基于Householder運算的基站發(fā)射天線波束成形方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于Householder運算的基站發(fā)射天線波束成形方法。
【背景技術】
[0002] 波束成形技術結合了智能天線賦形技術和MIM0的空間復用技術，同時傳輸多個 數(shù)據(jù)流實現(xiàn)空分復用，并能夠保持傳統(tǒng)單流下實現(xiàn)的廣覆蓋，提高小區(qū)容量和減少干擾。在 正交頻分復用（OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiple)多載波系統(tǒng)中，獲得最 優(yōu)波束成形權重的方法是特征波束成形方法，其根據(jù)最大信噪比準則來設計發(fā)送端的波束 成形矢量。通過對用戶每個子載波的信道相關矩陣進行特征值分解，找到特征值對應的特 征向量實現(xiàn)波束成形；或者是對用戶每個子載波信道進行奇異值分解，找到奇異值對應的 右奇異矩陣的列向量實現(xiàn)波束成形。
[0003] 利用接收的探測參考信號SRS做上行信道估計得到一個MXN維的矩陣H，H表示 發(fā)射天線和接收天線之間的復信道增益。在時分雙工（TDD)系統(tǒng)中，依據(jù)TDD信道的互易 對稱性，下行信道是上行信道的轉置，于是下行信道響應表示為H T，其中（?）T表示矩陣轉 置操作。對矩陣HT做奇異值分解，即H T= U2VH，其中U是信道矩陣HT的左奇異酉矩陣，V 是信道矩陣HT的右奇異酉矩陣，在基站的發(fā)射天線上用右奇異矩陣的列向量作為天線波束 成形的加權矢量，實現(xiàn)波束成形。
[0004] 傳統(tǒng)的矩陣奇異值分解技術是使用正交變換將原矩陣轉化為雙對角線矩陣，然后 對雙對角矩陣進行QR分解。經(jīng)過對現(xiàn)有矩陣奇異值分解技術，波束成形技術的專利、文獻 檢索發(fā)現(xiàn)：《使用C0RDIC運算的波束形成的MIM0接收器和方法》（【申請?zhí)枴?00780009980. X，英特爾公司），其主要是利用C0RDIC運算應用復相旋轉和Given旋轉對信道矩陣執(zhí)行QR 分解，從而生成上三角矩陣，然后對所述的上三角矩陣執(zhí)行SVD分解，確定波束成形矩陣。 專利《使用雅克比旋轉的矩陣本征值分解和奇異值分解》（申請?zhí)?200580046441. 4,高通 公司）描述了使用雅克比旋轉對復矩陣進行分解的技術，以多個復數(shù)雅克比旋轉矩陣對復 矩陣進行多次雅克比旋轉迭代，以將復矩陣的非對角元素變?yōu)榱?，實現(xiàn)信道矩陣的奇異值 分解。另外專利《頻道矩陣奇異值分解方法、裝置及集成電路》（申請?zhí)?：200680011322.X， 美商內數(shù)位科技公司）首先循環(huán)執(zhí)行Jacobi程序，實現(xiàn)信道相關矩陣的特征值分解，然后 應用特征值分解的正交矩陣和對角矩陣實現(xiàn)信道矩陣的奇異值分解。這些方法都是在完全 實現(xiàn)信道矩陣奇異值分解的情況下，獲得波束成形的加權矩陣，方法比較復雜。
[0005] 另據(jù)文獻：Yue Wang, Kevin Cunningham, Prawat and Jeremy Johnson. Singular Value Decomposition Hardware for MIM0: State of the Art and Custom Design.使用 雙邊Jacobi算法實現(xiàn)2X2復矩陣的奇異值分解，但是此方法不能夠實現(xiàn)信道矩陣維度大 于2的奇異值分解。
[0006] 隨著基站天線和用戶天線數(shù)量的增加，使得MIM0系統(tǒng)實現(xiàn)信道矩陣的奇異值分 解更加復雜。同時LTE系統(tǒng)中，每個子載波可以同時傳輸多個數(shù)據(jù)流。因此，在本領域中需 要有效地獲得多個數(shù)據(jù)流的波束成形矢量。

【發(fā)明內容】

[0007] 針對上述問題，本發(fā)明提供一種，降低了求解波束成形加權矩陣復雜度的基于 Householder運算基站的發(fā)射天線波束成形方法。
[0008] 為達到上述目的，本發(fā)明基于Householder運算基站的發(fā)射天線波束成形的權 向量的方法，所述方法包括：利用接收的探測參考信號SRS獲得上行信道估計矩陣H，利用 Householder變換將復矩陣H轉化為雙對角矩陣，取左邊Householder變換轉置的列向量作 為基站的發(fā)射天線波束成形的權向量。
[0009] 有益效果
[0010] 現(xiàn)有的技術通過完成矩陣的奇異值分解或者特征值分解得到波束成形加權矩陣。 首先，應用Householder變換算法，計算左邊Householder正交變換矩陣UpU2，…，UN和右 邊Householder正交變換矩陣Vi，V2，…，VN_i。令UMXM=UnUw%、VNXN= V…VN_i，則有
[0011]
【主權項】
1. 一種基于Householder運算的基站發(fā)射天線波束成形方法，其特征在于：所述方法 包括：利用接收的探測參考信號SRS獲得上行信道估計矩陣H，利用Householder變換將復 矩陣H轉化為雙對角矩陣，取左邊Householder變換轉置的列向量作為基站的發(fā)射天線波 束成形的權向量。
2. 根據(jù)權利要求1所述的基于Householder運算基站的發(fā)射天線波束成形的權向量的 方法，其特征在于：所述方法具體包括如下步驟： 利用接收的探測參考信號SRS獲得M個接收天線和N個發(fā)送天線構成的MIMO通信信 道上行信道估計矩陣H，其中H表示為：
使用Householder變換算法，計算左邊Householder正交變換矩陣U1, U2，…，Un和右邊 Householder 正交變換矩陣 V1, V2，…，Vim;取左邊 Householder 變換矩陣 Umxm= UnUnVUi 轉置的列向量作為基站的發(fā)射天線波束成形的權向量。
3. 根據(jù)權利要求2所述的基于Householder運算基站的發(fā)射天線波束成形的權向量的 方法，其特征在于：所述的矩陣Un的計算表達式如下：
所述的矩陣和對角矩陣AV1的計算表達式如下：
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于Householder運算的基站發(fā)射天線波束成形方法，主要針對現(xiàn)有技術中獲得波束成形加權矩陣算法復雜的問題而設計。所述方法包括：利用接收的探測參考信號SRS獲得上行信道估計矩陣H，利用Householder變換將復矩陣H轉化為雙對角矩陣，取左邊Householder變換轉置的列向量作為基站的發(fā)射天線波束成形的權向量。
【IPC分類】H04B7-06
【公開號】CN104539338
【申請?zhí)枴緾N201510008954
【發(fā)明人】王永兵, 林江南, 馮雪林, 蘇泳濤, 石晶林, 凌章
【申請人】中科晶上（蘇州）信息技術有限公司
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2015年1月8日