一種快速迭代波束成形的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種在無線多輸入多輸出（Multiple Input Multiple 0utput，MIM0)通信系統(tǒng)中利用時(shí)分雙工系統(tǒng)的信道互易性進(jìn)行迭代從而 同時(shí)快速地獲得多個(gè)波束成形的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在MMO系統(tǒng)中，根據(jù)接收端最大化信噪比準(zhǔn)則，獲得最優(yōu)波束成形矩陣的方法 是特征波束成形方法。在收發(fā)雙方都已知信道狀態(tài)信息（Channel State Information， CSI)的情況下，最優(yōu)的發(fā)送和接收波束成形矩陣可以通過對(duì)信道矩陣H進(jìn)行奇異值分解 (Singular Value Decomposition，SVD)得到。具體原理如下：
[0003] 假設(shè)MMO系統(tǒng)的接收天線數(shù)目為Nt，發(fā)送天線數(shù)目為Nk，信道矩陣H e C~xAV可 以進(jìn)行SVD分解，表示為H = UAVh,其中，（·）Η表示矩陣共軛轉(zhuǎn)置，
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種快速迭代波束成形的方法，其特征在于，包括如下步驟： 51、 初始化，具體為： 511、 在發(fā)送端隨機(jī)生成一fNTXl的向量A，將所述向量A的模值賦給變量|3 (!，13。= |r〇|| ； 512、 生成零向量qQ，qQ= 0 ; 513、 生成空矩陣Q，Q= □，所述空矩陣Q用于存儲(chǔ)迭代過程中產(chǎn)生的LANCZOS向量； 514、 定義迭代次數(shù)NITEK和迭代循環(huán)控制變量k，初始化k= 1，其中，NITEK為經(jīng)驗(yàn)值； 52、 進(jìn)行LANCZOS迭代，具體如下： 521、 計(jì)算第k次發(fā)送的LANCZOS向量
522、 令S13所述空矩陣Q的第k列為qk，即Q= [Q，qk]; 523、 發(fā)送端在乂個(gè)時(shí)隙上連續(xù)發(fā)送S21所述向量qk至接收端，同時(shí)接收端使用單位矩 陣1&作為接收波束成形矩陣，每一次接收，接收端依次使用所述單位矩陣的列作為波 束成形加權(quán)合并向量，通過乂次的發(fā)送，接收端得到一個(gè)包含NK個(gè)獨(dú)立方程的恰定方程組
，其中，NK為發(fā)送天線數(shù)目，n(〇表示第k次迭代接收端的加性高斯白噪聲向 量，
524、 為了保持迭代過程中的信噪比恒定，對(duì)S23所述g進(jìn)行歸一化，得到歸一化向量
525、 將S24得到的歸一化向量i發(fā)送至接收端，同時(shí)，將S24得到的歸一化向量i 取共軛發(fā)送到發(fā)送端，通過NT次收發(fā)，發(fā)送端得到一個(gè)包含NT個(gè)獨(dú)立方程的恰定方程組
，在時(shí)分雙工（TDD)模式下，由于信道互易性，反向信道矩陣（即從接收方 到發(fā)射方的信道矩陣）是前向信道矩陣的轉(zhuǎn)置，即H=IT，可以等效地將i取共軛后再發(fā) 送回發(fā)送端，對(duì)所述f?取共軛，f=f%結(jié)果仍存儲(chǔ)在所述f?中其中，7表示對(duì)g取共軛，H 表示信道矩陣，所述
，（*)T表示矩陣轉(zhuǎn)置； 526、 根據(jù)S25所述f構(gòu)建三對(duì)角矩陣的參數(shù)
和LANCZOS向量
在發(fā)送端進(jìn)行LANCZOS計(jì)算； 527、 由于舍入誤差的影響，LANCZOS向量rk之間會(huì)喪失正交性，極端情況下甚至 會(huì)變得線性相關(guān)，則每得到一個(gè)新的rk，都需要強(qiáng)制重正交化，對(duì)S26所述rk根據(jù)公式
進(jìn)行強(qiáng)制重正交化； 528、 根據(jù)S26所述rk構(gòu)建三對(duì)角矩陣的參數(shù)k在發(fā)送端進(jìn)行LANCZOS計(jì)算，k = |rk|| ； 53、 迭代循環(huán)控制，令k=k+1，若k彡N，則轉(zhuǎn)入S2,若k>N謂，則轉(zhuǎn)入S4 ; 54、 計(jì)算發(fā)送波束成形矩陣F，具體如下： 541、 根據(jù)S26所述ak和S28所述k構(gòu)建三對(duì)角矩陣T，
542、 對(duì)S41所述三對(duì)角矩陣T作特征值分解，并將特征值按照降序排列，S卩，從大到小 依次為入2，...，相應(yīng)的特征向量為V1，V2，〃*VWS; 543、 計(jì)算發(fā)送波束成形矩陣
55、 接收波束成形矩陣訓(xùn)練，具體為： 551、 將S4所述F的列fk依次發(fā)送到接收端，每一列在NK個(gè)時(shí)隙發(fā)送N^欠，同時(shí)，接收 端使用S23所述單位矩陣作為接收波束成形矩陣，其中，k= 1，2,...Ns; 552、 接收端對(duì)接收到的信息進(jìn)行歸一化處理得到wk=Hfk+nk，
，然后合并 為接收端波束成形矩陣
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速迭代波束成形的方法，其特征在于：S14所述Nitek= 4 或Nitek= 5〇
【專利摘要】本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種在無線多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)通信系統(tǒng)中利用時(shí)分雙工系統(tǒng)的信道互易性進(jìn)行迭代從而同時(shí)快速地獲得多個(gè)波束成形的方法。一種快速迭代波束成形的方法，包括如下步驟：初始化；進(jìn)行LANCZOS迭代；迭代循環(huán)控制；計(jì)算發(fā)送波束成形矩陣F；接收波束成形矩陣訓(xùn)練。本發(fā)明利用時(shí)分雙工系統(tǒng)的信道互易性，無需估計(jì)信道狀態(tài)信息，同時(shí)，利用LANCZOS算法的快速收斂性和同時(shí)獲得多個(gè)特征向量的性質(zhì)，大大提高了天線訓(xùn)練速度，減小了訓(xùn)練開銷。
【IPC分類】H04B7-06, H04B7-08
【公開號(hào)】CN104779988
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510204935
【發(fā)明人】付自剛, 成先濤
【申請(qǐng)人】電子科技大學(xué)
【公開日】2015年7月15日
【申請(qǐng)日】2015年4月27日