一種實現TD-LTE-Advanced中多流波束賦形的方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于移動通信技術領域，更具體地，涉及一種實現TD-LTE-Advanced中多 流波束賦形的方法。
【背景技術】
[0002] 近年來全球通信事業快速發展，無線通信的需求越來越大，無線通信事業得到了 蓬勃發展。但是隨著人們對無線通信需求的不斷加大，巨大的通信需求量與十分有限的頻 譜資源之間的矛盾越來越突出。如何高效的利用有限的頻譜資源，并在保證質量的前提下 大規模的提高系統容量成了無線通信界亟待解決的重要課題，智能天線中的波束賦形已經 成為解決這一問題的一個重要方向。
[0003] 波束賦形是應用于小間距的天線陣列傳輸技術，利用空間的強相關性及波的干涉 原理產生方向性的輻射方向圖，使輻射方向圖的主瓣自適應地指向用戶來波方向，從而提 高信噪比、系統容量和覆蓋范圍。
[0004] 傳統的計算波束賦形權矢量的算法為基于特征分解的波束賦形（Eigen-based Beamforming)的算法，該算法雖然實現簡單，但是在計算多流波束賦形權矢量時存在兩方 面的不足：（一）對初始向量的選擇依賴性很高，如果不能選擇良好的初始迭代向量，可能 導致難以收斂，不能求得波束賦形權矢量；（二）在信道矩陣存在相同特征值的情況下，只 能得到單流的波束賦形權矢量，最終將導致較高的誤碼率。

【發明內容】

[0005] 針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種實現TD-LTE-Advanced 中多流波束賦形權矢量的方法，其目的在于，克服現有EBB算法的不足，準確地計算多流波 束賦形權矢量，并有效降低誤碼率。
[0006] 為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種實現TD-LTE-Advanced中 多流波束賦形的方法，包括以下步驟：
[0007] (1)從TD-LTE-Advanced基站的上行探測參考信號獲取4X8的信道矩陣A1;
[0008] (2)將信道矩陣A1進行分解，以得到兩個4X4子信道矩陣A(p''其分別對應于兩 個子天線陣列，其中P表示子天線陣列的序號；
[0009] (3)對每個子信道矩陣A(fU)進行Household變換，以生成上Hessenberg矩陣J⑴
[0010](4)對上Hessenberg矩陣進行Givens旋轉，以將該矩陣J變換成對角矩 陣；
[0011] (5)重復上述步驟（4)的運算達至少5次，其中上一次計算得到的矩陣又會作為下 一次計算中所使用的Hessenberg矩陣；
[0012] (6)將步驟（3)中得到的右乘Household變換矩陣和步驟⑷中得到的右乘 Givens矩陣疊乘，以得到一個4*4的矩陣V，即
，該矩陣V的每一 列記為Vi, v2, v3, v4。
[0013](7)利用最大比傳輸算法對步驟（6)生成的矩陣V的每一列Vi,v2, v3, v4?行加權 處理，以生成最終的波束賦形權矢量V' D V' 2,v' v'4:
[0014] vr ! = p jVj
[0015] v'2= P 2V2
[0016] y'3 = p 3v3
[0017] v' 4= p 4v4
[0018] 其中p為發射功率因子。
[0019] 優選地，步驟⑶包括以下子步驟：
[0020] (3-1)設置計數器k = 1 ;
[0021] (3-2)構造左乘Household矩陣L(k)，使用該矩陣對A (p'k)進行左乘，以得到矩陣 ^(p, k+1/2)_l (k)^(p，k).
[0022] (3-3)判斷是否有k+1 = 4成立，如果是則矩陣A(fU)成為上Hessenberg矩陣J (1)， 過程結束，否則進入步驟（3-4);
[0023] (3-4)構造右乘 Household 矩陣 R(k)，使用右乘 Household 矩陣 R(k)對 A (p'k+1/2)進 行右乘，以得到矩陣A(p'k+1)= A (p'k+1/2￥k);
[0024] (3-5)設置k=k+1，并返回步驟（3-2);
[0025] 優選地，構造左乘Household矩陣采用以下方式：
[0026] (3-2-1)先計算縮放因子&，令表示被變換矩陣A(p' k)中的第i行第j列的元 素：
[0027]
[0028] (3-2-2)構造列向量{xtemp}k:
[0029]
[0030] (3-2-3)將{xtemp}1^#化為單位向量{x}(k):
[0031]
[0032] (3-2-4)根據{x}(k)構造左乘 Household 矩陣 L(k):
[0033] L(k)= I-2{x} (k) {x}(k)% 其中 I 是 4*4 的單位矩陣。
[0034] 優選地，構造右乘Household矩陣采用以下方式：
[0035] (3-4-1)先計算縮放因子\，令表示被變換矩陣A(p' k+1/2)中的第k行第i列 的元素
[0036]
[0037] (3_4_2)構造列向量{ytemp} k:
[0038]
[0039] (3-4-3)將{ytemp}k化為單位向量{y}(k):
[0040]
[0041] (3-4-4)根據{y}°° 構造 R°°
[0042] R(k)= I_2{y} (k) {y}(k)% 其中 I 是 4*4 的單位矩陣。
[0043] 優選地，步驟⑷包括以下子步驟：
[0044] (4-1)設置計數器m = 1;
[0045] (4-2)構造右旋 Givens 矩陣 Q(m)，對 J(m)進行右乘，以得到 J (m+1/2)。即：J(m+1/2) = J(m) Q(m);
[0046] (4-3)構造左旋 Givens 矩陣 P(m)，對 J(m+1/2)進行左乘，得到 J (m+1)。即：J(m+1) = P (m) j-(m+l/2)
[0047] (4-4)設置計數器 m = m+1 ;
[0048] (4-5)判斷是否有m = 4,如果是過程結束，否則返回步驟（4-2)。
[0049] 優選地，構造右乘Givens矩陣采用以下方式：
[0050] (4-2-1)設置初始向量
其中為j?中的第i行第j 列元素；
[0051] (4-2-2)由[f(m)，g(m)]計算Givens右旋矩陣Q (m)，對于Q(m)中對角線上的元素 免(.了)=1> 且 1辛 m且 1辛 m+1;
[0052] (4-2-3)令 Q(m)中矩陣塊
[0053]
[0054] 其中r為初始向量的模，Rf為f(m)的模；
[0055] (4-2-4)對于其余元素，取0。
[0056] 優選地，構造左乘Givens矩陣采用以下方式：
[0057] (4-3-1)設置初始向量
[0058]
:其中f+i/2)為J(m+1/2)中的第i行第j列的 元素；
[0059](4-3-2)由[f(m+1/2)，g(m+1/2)]T計算Givens左旋矩陣P(m)，對于對角線上的元素 竚;0 = 1，1 g [1,4]且 1 乒 m 且 1 乒 m+1 ;
[0060] (4_3-3)令矩陣塊
[0061]
其中r為初始向量的模，Rf 為f(m+1/2)的模；
[0062] (4-3-4)對于其余元素，取0。
[0063] 優選地，加權因子是通過如下公式求得：
[0064]
[0065] 其中〇 〇 2, 〇 3, 〇 4分別為子信道矩陣A(fU)的奇異值。
[0066] 按照本發明的另一方面，提供了一種實現TD-LTE-Advanced中多流波束賦形的， 包括：
[0067] 第一模塊，用于從TD-LTE-Advanced基站的上行探測參考信號獲取4X8的信道矩 陣A1;
[0068] 第二模塊，用于將信道矩陣A1進行分解，以得到兩個4X4子信道矩陣A其分 別對應于兩個子天線陣列，其中P表示子天線陣列的序號；
[0069] 第三模塊，用于對每個子信道矩陣A(M)進行Household變換，以生成上 Hessenberg矩陣J(1)
[0070] 第四模塊，用于對上Hessenberg矩陣J(1)進行Givens旋轉，以將該矩陣J (1)變換 成對角矩陣；
[0071] 第五模塊，用于重復上述第四模塊的運算達至少5次，其中上一次計算得到的矩 陣又會作為下一次計算中所使用的Hessenberg矩陣；
[0072] 第六模塊，用于將第三模塊得到的右乘Household變換矩陣和第四模塊得到的右 乘Givens矩陣疊乘，以得到一個4*4的矩陣V，即
> 該矩陣V的 每一列記為Vi,v2, v3, v4。
[0073] 第七模塊，用于利用最大比傳輸算法對第六模塊生成的矩陣V的每一列 A, V；5, ％進行加權處理，以生成最終的波束賦形權矢量V'1，V'2,V' V' 4:
[0074] V'i=PiVi
[0075] V1 2=P2V2
[0076] y'3 = p 3v3
[0077] vr4= p 4v4
[0078] 其中p為發射功率因子。
[0079] 總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，能夠取得下列有 益效果：
[0080] 1、本發明能夠克服現有方法中存在的對初始向量的選擇依賴性很高的問題：由于 本發明沒有采用初始向量，因此本發明不依賴于初始向量的選擇；
[0081] 2、由于本發明采用了豪斯霍爾德變換和吉文斯旋轉實現了信道矩陣的奇異值分 解。因此，本發明在信道矩陣存在相同特征值的情況下，也能得到多流的波束賦形權矢量， 這樣就降低了誤碼率。
【附圖說明】
[0082] 圖1是本發明使用的天線陣列示意圖。
[0083] 圖2是本發明實現TD-LTE-Advanced中多流波束賦形的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0084] 為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并 不用于限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要 彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0085] 本發明的基本思路在于，通過對信道矩陣進行豪斯霍爾德變換將信道矩陣轉化為 上海森伯格矩陣，之后對上海森伯格矩陣進行吉文斯旋轉，將其轉化為對角陣，這樣就實現 了信道矩陣的奇異值分解，將得到信道矩陣的右奇異值矩陣的每一列作為波束賦形的權矢 量使用。
[0086] 本發明采用圖1中的4X4交叉極化天線陣列，該天線陣列由兩個子陣列構成，1， 2,3,4組成子陣列1，采用-45°極化，5,6,7,8組成子陣列2,采用+45°極化。
[0087] 該天線陣列模式支持2. 6GHz載頻，本發明基站側配置八天線，用戶側配置四天 線。
[0088] 如圖2所示，本發明實現TD-LTE-Advanced中多流波束賦形的方法，包括以下步 驟：
[0089] (1)從 TD-LTE-Advanced 基站的上行探測參考信號（sounding reference signal，簡稱SRS)獲取4X8的信道矩陣A1;
[0090] (2)將信道矩陣A1進行分解，以得到兩個4X4子信道矩陣Afel)，其分別對應于兩 個子天線陣列，其中P表示子天線陣列的序號；
[0091] (3)對每個子信道矩陣V15'1)進行Household變換，以生成上Hessenberg矩陣J (1)， 本步驟包括以下子步驟：
[0092] (3-1)設置計數器k = 1 ;
[0093] (3-2)構造左乘Household矩陣L(k)，使用該矩陣對A(p' k)進行左乘，以得到矩陣 A(p'k+1/2)，即：A(p' k+1/2)= L (k)A(p'k);其中構造左乘Household矩陣采用以下方式：
[0094] (3-2-1)先計算縮放因子&，令<^表示被變換矩陣