CN103259579A - 一种波束赋形向量确定方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种波束赋形向量确定方法及装置，涉及通信技术，本发明实施例通过对上行信道矢量进行复共轭转置处理，获得赋形向量，由于不再使用特征值分解的方式确定波束赋形向量，其计算的过程中的复杂度大幅度降低，向量计算的精度也不会受信道的特性的影响。

Description

一种波束赋形向量确定方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术，尤其涉及一种波束赋形向量确定方法及装置。

背景技术

目前在多天线系统中采用的波束赋形技术广泛采用的是基于特征值分解的波束赋形算法(Eigenvalue Based Beamforming，EBB)。EBB算法采用的赋形向量满足：

$w=\arg \underset{w_k}{\max }{w_k}^H{R}_{\mathrm{xx}}{w}_k$

即选取够使传输获得最大功率增益的向量作为赋形向量，该赋形向量是信道相关矩阵的R_xx的最大特征值对应的特征向量。该特征向量需要通过对R_xx的特征值分解获得，在实际系统中，计算赋形向量方法采用的都是迭代搜索的方法，如乘幂法，雅克比法和子空间迭代法。这些算法的共同特点是，通过对输入的初始向量进行不断的迭代，迭代过程中不断的更新，输出的矢量逐渐的收敛，当达到一定的收敛门限时，结束迭代，将矢量输出。

EBB算法通过采用信道相关矩阵的最大特征值对应的特征向量做赋形向量，使得传输能够获得最大的信道增益。EBB算法在不同的信道下均可以获得明显的增益，在多天线系统中广泛采用，但是计算特征向量的复杂度较高，目前较成熟的赋形向量计算方法有乘幂法，雅克比法和子空间迭代法，都是通过迭代搜索的方法寻找特征向量，不仅复杂度较高，而且精度受信道特性和迭代次数的影响。

发明内容

本发明实施例提供一种波束赋形向量确定方法及装置，以降低确定赋形向量的复杂度。

一种波束赋形向量确定方法，包括：

确定上行信道矢量；

对所述上行信道矢量进行复共轭转置；

根据所述复共轭转置后得到的矢量确定波束赋形向量。

一种波束赋形向量确定装置，包括：

矢量确定单元，用于确定上行信道矢量；

处理单元，用于对所述上行信道矢量进行复共轭转置；

波束赋形向量确定单元，用于根据所述复共轭转置后得到的矢量确定波束赋形向量。

本发明实施例提供一种波束赋形向量确定方法及装置，通过对上行信道矢量进行复共轭转置处理，获得赋形向量，由于不再使用特征值分解的方式确定波束赋形向量，其计算的过程中的复杂度大幅度降低，向量计算的精度也不会受信道的特性的影响。

附图说明

图1为本发明实施例提供的波束赋形向量确定方法流程图；

图2a和图2b为本发明实施例提供的波束赋形仿真示意图；

图3为本发明实施例提供的波束赋形向量确定装置结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供一种波束赋形向量确定方法及装置，通过对上行信道矢量进行复共轭转置处理，获得赋形向量，由于不再使用特征值分解的方式确定波束赋形向量，其计算的过程中的复杂度大幅度降低，向量计算的精度也不会受信道的特性的影响。

如图1所示，本发明实施例提供的波束赋形向量确定方法包括：

步骤S101、确定上行信道矢量；

步骤S102、对上行信道矢量进行复共轭转置；

步骤S103、根据复共轭转置后得到的矢量确定波束赋形向量。

由于不用进行矩阵分解和迭代运算，只需要获得上行信道矢量并进行复共轭转置运算，运算复杂度大幅度降低，由于本发明实施例提供的波束赋形向量确定方法不进行矩阵分解，所以可以称为非矩阵分解的波束赋形(None-Decomposition based Beamforming，ND-BB)。

通常，在步骤S101中，可以通过信道估计的方式获得上行信道矢量，当然，本领域技术人员也可以通过其它方式获得上行信道矢量。

在步骤S103中，根据复共轭转置后得到的矢量确定波束赋形向量时，可以进一步进行功率调整，以符合所应用的装置的功率要求。此时，根据复共轭转置后得到的矢量确定波束赋形向量，具体包括：

对复共轭转置后得到的矢量进行功率调整；

根据进行功率调整后得到的矢量，确定波束赋形向量。

具体的，可以采用对复共轭转置后得到的矢量进行模值归一的方式对复共轭转置后得到的矢量进行功率调整。

通常，进行功率调整后，即可得到可以作为波束赋形向量的较佳的矢量，在一些应用场景下，还可以对进行功率调整后的到的矢量进行角度调整，确定波束赋形向量为进行功率调整后得到的矢量与e^jθ的乘积。

下面通过具体的计算对本发明实施例提供的波束赋形向量确定方法进行说明：

首先通过信道估计获得上行信道矢量H₁；第二步，对H₁进行复共轭转置和向量的模值归一，即得到波束赋形向量

其中||H₁||表示向量H₁中所有元素的平方和的开方。

对于单流波束赋形，波束赋形向量为

则可以得到：

$v_1^H{H_1}^H{H}_1{v}_1=\frac{H_1{H_1}^H{H}_1{H_1}^H}{{\left|\right|H_1\left|\right|}^2}{=H}_1{H_1}^H$

$=\mathrm{trace}\left({H_1}^H{H}_1\right)={\mathrm{\λ}}_1$

而由特征值分解的性质可知：

所以，理论上用两种赋形向量计算方法得到的增益是一致，ND-BB单流波束赋形的情况下的性能是和EBB算法的性能是一致的。也就是说，新算法计算出来的赋形向量也是信道相关矩阵H₁ ^HH₁的特征向量。

图2a和图2b是在TD-LTE(时分双工长期演进)系统中采用EBB和ND-BB算法的性能对比示意图。

仿真条件如下：

在UMA LOS(城市宏小区-直射信道)环境下，单流波束赋形仿真示意图如图2a所示，在UMANLOS(城市宏小区-非直射信道)环境下。

由图2a和图2b的仿真结果可知，在各种不同终端移动速度，不同SRS(探测参考信号)周期及发送方式下，ND-BB和EBB算法的性能都很接近。

本发明实施例还提供一种波束赋形向量确定装置，如图3所示，包括：

矢量确定单元301，用于确定上行信道矢量；

处理单元302，用于对上行信道矢量进行复共轭转置；

波束赋形向量确定单元303，用于根据复共轭转置后得到的矢量确定波束赋形向量。

其中，矢量确定单元301具体用于：通过信道估计获得上行信道矢量。

波束赋形向量确定单元303具体用于：

对复共轭转置后得到的矢量进行功率调整；

根据进行功率调整后得到的矢量，确定波束赋形向量。

波束赋形向量确定单元303对复共轭转置后得到的矢量进行功率调整，具体包括：

对复共轭转置后得到的矢量进行模值归一。

波束赋形向量确定单元303根据进行功率调整后得到的矢量，确定波束赋形向量，具体为：

确定波束赋形向量为进行功率调整后得到的矢量；或者

确定波束赋形向量为进行功率调整后得到的矢量与e^jθ的乘积。

本发明实施例提供一种波束赋形向量确定方法及装置，通过对上行信道矢量进行复共轭转置处理，获得赋形向量，由于不再使用特征值分解的方式确定波束赋形向量，其计算的过程中的复杂度大幅度降低，向量计算的精度也不会受信道的特性的影响。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种波束赋形向量确定方法，其特征在于，包括：

确定上行信道矢量；

对所述上行信道矢量进行复共轭转置；

根据所述复共轭转置后得到的矢量确定波束赋形向量。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定上行信道矢量，具体为：

通过信道估计获得上行信道矢量。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述复共轭转置后得到的矢量确定波束赋形向量，具体包括：

对所述复共轭转置后得到的矢量进行功率调整；

根据进行功率调整后得到的矢量，确定所述波束赋形向量。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对复共轭转置后得到的矢量进行功率调整，具体包括：

对复共轭转置后得到的矢量进行模值归一。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据进行功率调整后得到的矢量，确定所述波束赋形向量，具体为：

确定所述波束赋形向量为进行功率调整后得到的矢量；或者

确定所述波束赋形向量为进行功率调整后得到的矢量与e^jθ的乘积。

6.一种波束赋形向量确定装置，其特征在于，包括：

矢量确定单元，用于确定上行信道矢量；

处理单元，用于对所述上行信道矢量进行复共轭转置；

波束赋形向量确定单元，用于根据所述复共轭转置后得到的矢量确定波束赋形向量。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述矢量确定单元具体用于：

通过信道估计获得上行信道矢量。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述波束赋形向量确定单元具体用于：

对所述复共轭转置后得到的矢量进行功率调整；

根据进行功率调整后得到的矢量，确定所述波束赋形向量。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述波束赋形向量确定单元对复共轭转置后得到的矢量进行功率调整，具体包括：

对复共轭转置后得到的矢量进行模值归一。

10.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述波束赋形向量确定单元根据进行功率调整后得到的矢量，确定所述波束赋形向量，具体为：

确定所述波束赋形向量为进行功率调整后得到的矢量；或者

确定所述波束赋形向量为进行功率调整后得到的矢量与e^jθ的乘积。

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