CN103297102A - 波束赋形的预编码矩阵提供和获得方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种波束赋形的预编码矩阵提供和获得方法、装置及系统，该方法包括：接收到中心接入点发送的探测导频信号时，进行信道估计，获得多径信道增益矩阵H；采用设定的矩阵分解方式，对所述矩阵H进行矩阵奇异值SVD分解，得到满足设定条件的预编码矩阵V；其中，所述满足设定条件的矩阵V为选定的部分元素相同或共轭，其他部分元素相同或实部符号相反的矩阵V；从所述选定的部分元素中提取一个元素和所述其他部分元素中提取一个元素，将提取的元素封装到矩阵V数据包中提供给中心接入点。减少了传递信息量，减少了占用的系统资源，提高了系统性能。

Description

波束赋形的预编码矩阵提供和获得方法、装置及系统

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种适用于多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Out-put，MIMO)系统的波束赋形的预编码矩阵提供和获得方法、装置及系统。

背景技术

NUHT闭环MIMO系统中，需要在中心接入点(Central Access Point，CAP)端进行预编码，而为了减少CAP的硬件媒体接入控制(MediaAccess Control，MAC)的复杂度与矩阵奇异值分解(Singular Value Decomposition，SVD)分解所带来的运算压力，增加CAP可用调度时间，SVD分解获取波束赋形预编码矩阵V的操作，一般是放在站点(Station，STA)一侧完成的。

现有技术中，获取预编码矩阵V时，通常是CAP发送一个探测导频信号给STA，STA接收到探测导频后，对信道进行估计，获取多径信道增益矩阵H，并对获取的多劲增益矩阵H进行SVD分解，获取波束赋形的预编码矩阵V，然后将获取的预编码矩阵V传送给CAP，以便CAP根据预编码矩阵V进行预编码，实现信号发射。这种方式，在发送波束赋形的预编码矩阵V时传输的是矩阵V的全部数据，其传送的数据量比较大，占用的信道资源多，进而可能会影响系统或设备的整体性能。

发明内容

有鉴于此，本发明的一个目的是提供一种波束赋形的预编码矩阵提供和获得方法、装置及系统，要以解决现有技术中预编码矩阵获取传送的数据量大，占用信道资源多的问题。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

本发明实施例提供一种波束赋形的预编码矩阵提供方法，包括：

接收到中心接入点发送的探测导频信号时，进行信道估计，获得多径信道增益矩阵H；

采用设定的矩阵分解方式，对所述矩阵H进行SVD分解，得到满足设定条件的预编码矩阵V；其中，所述满足设定条件的矩阵V为选定的部分元素相同或共轭，其他部分元素相同或实部符号相反的矩阵V；

从所述选定的部分元素中提取一个元素和所述其他部分元素中提取一个元素，将提取的元素封装到矩阵V数据包中提供给中心接入点。

在一些可选的实施例中，采用设定的矩阵分解方式，对所述矩阵H进行SVD分解，得到满足设定条件的矩阵V，具体包括：

按照设定的元素实数化和矩阵旋转规则，对所述矩阵H通过左乘至少一个酉矩阵和/或至少一个Givens旋转矩阵，以及右乘至少一个酉矩阵和/或至少一个Givens旋转矩阵，将所述矩阵H转化为对应的奇异值矩阵；

将右乘的至少一个酉矩阵和/或至少一个Givens旋转矩阵按照奇异值矩阵转化过程中右乘的顺序累计相乘，得到所述满足设定条件的矩阵V。

在一些可选的实施例中，当所述矩阵H为针对2输入2输出的多输入多输出系统的2*2的复数矩阵时，对所述矩阵H进行SVD分解的过程具体包括：

通过左乘酉矩阵E₁，将所述矩阵H的第一列实数化，得到第一列实数化后的矩阵H₁；

通过左乘Givens旋转矩阵G₁，将所述矩阵H₁的左下角元素归零，得到归零处理后的矩阵H₂；

通过左乘酉矩阵E₂以及左乘和右乘酉矩阵E₃，将所述矩阵H₂的第二列实数化，得到第二列实数化后的矩阵H₄；

通过左乘Givens旋转矩阵G₂和右乘Givens旋转矩阵G₃，将所述矩阵H₄的右上角元素归零，得到所述矩阵H对应的奇异值矩阵H₅。

在一些可选的实施例中，转化得到的奇异值矩阵中的奇异值有非正值时，还包括对所述奇异值矩阵进行修正的过程，具体包括：

根据非正值在奇异值矩阵中的位置，选择对应的修正矩阵；

通过右乘所述修正矩阵，将所述奇异值矩阵中的非正值修正为正值，得到修正后的奇异值矩阵。

在一些可选的实施例中，得到满足设定条件的矩阵V的过程具体包括：

若未对所述奇异值矩阵进行修正，则将右乘的酉矩阵和右乘的Givens旋转矩阵，按照奇异值矩阵转化过程中右乘的顺序累计相乘，得到所述满足设定条件的矩阵V；

若对所述奇异值矩阵进行修正，则将右乘的酉矩阵、右乘的Givens旋转矩阵和右乘的修正矩阵，按照奇异值矩阵转化过程中右乘的顺序累计相乘，得到所述满足设定条件的矩阵V。

本发明的另一个目的是提供一种波束赋形的预编码矩阵获得方法，包括：

发送探测导频信号给接入站点；

接收所述接入站点采用设定的矩阵分解方式对获得多径信道增益矩阵H进行SVD分解得到预编码矩阵V后返回的矩阵V数据包；

根据所述矩阵V数据包中包括的矩阵V中选定的部分元素中的一个元素和其他部分元素中的一个元素，采用所述矩阵分解方式对应的选定的矩阵恢复规则，将所述矩阵V中选定的部分元素和其他部分元素恢复出来，得到矩阵V；其中选定的部分元素相同或共轭，其他部分元素相同或实部符号相反。

在一些可选的实施例中，所述矩阵恢复规则包括选定的部分元素根据其相同或共轭特性恢复，其他部分元素根据其相同或实部符号相反的特性恢复。

在一些可选的实施例中，将选定的部分元素和其他部分元素恢复出来，得到矩阵V的过程，具体包括：

根据所述矩阵V数据包中包括的矩阵V中选定的部分元素中的一个元素，以及所述选定的部分元素之间存在的相同或共轭的特性，将所述选定的部分元素恢复出来；以及

根据所述矩阵V数据包中包括的矩阵V中其他部分元素中的一个元素，以及所述选定的部分元素之间存在的相同或实部符号相反的特性，将所述其他部分元素恢复出来。

在一些可选的实施例中，当所述矩阵H为针对2输入2输出的多输入多输出系统的2*2的复数矩阵时，所述选定的部分元素为所述矩阵V的主对角线上的元素；将选定的部分元素和其他部分元素恢复出来，得到矩阵V的过程具体包括：

根据主对角线上的一个元素，将与其共轭的另一个元素恢复出来；

根据非主对角线上的一个元素，将与其实部符号相反的另一个元素恢复出来。

本发明实施例还提供一种波束赋形的预编码矩阵提供装置，包括：

矩阵获取模块，用于接收到中心接入点发送的探测导频信号时，进行信道估计，获得多径信道增益矩阵H；

矩阵分解模块，用于采用设定的矩阵分解方式，对所述矩阵H进行SVD分解，得到满足设定条件的矩阵V；其中，所述满足设定条件的矩阵V为选定的部分元素相同或共轭，其他部分元素相同或实部符号相反的矩阵V；

矩阵提供模块，用于从所述选定的部分元素中提取一个元素和所述其他部分元素中提取一个元素，将提取的元素封装到矩阵V数据包中提供给中心接入点。

在一些可选的实施例中，所述矩阵分解模块，具体用于：

按照设定的元素实数化和矩阵旋转规则，对所述矩阵H通过左乘至少一个酉矩阵和/或至少一个Givens旋转矩阵，以及右乘至少一个酉矩阵和/或至少一个Givens旋转矩阵，将所述矩阵H转化为对应的奇异值矩阵；

将右乘的至少一个酉矩阵和/或至少一个Givens旋转矩阵按照奇异值矩阵转化过程中右乘的顺序累计相乘，得到所述满足设定条件的矩阵V。

在一些可选的实施例中，所述矩阵分解模块，具体用于：

当所述矩阵H为针对2输入2输出的多输入多输出系统的2*2的复数矩阵时，通过左乘酉矩阵E₁，将所述矩阵H的第一列实数化，得到第一列实数化后的矩阵H₁；通过左乘Givens旋转矩阵G₁，将所述矩阵H₁的左下角元素归零，得到归零处理后的矩阵H₂；通过左乘酉矩阵E₂以及左乘和右乘酉矩阵E₃，将所述矩阵H₂的第二列实数化，得到第二列实数化后的矩阵H₄；通过左乘Givens旋转矩阵G₂和右乘Givens旋转矩阵G₃，将所述矩阵H₄的右上角元素归零，得到所述矩阵H对应的奇异值矩阵H₅。

在一些可选的实施例中，所述矩阵分解模块，还用于：

转化得到的奇异值矩阵中的奇异值有非正值时，对所述奇异值矩阵进行修正的过程，具体包括：根据非正值在奇异值矩阵中的位置，选择对应的修正矩阵；通过右乘所述修正矩阵，将所述奇异值矩阵中的非正值修正为正值，得到修正后的奇异值矩阵。

在一些可选的实施例中，所述矩阵分解模块，具体用于：

若未对所述奇异值矩阵进行修正，则将右乘的酉矩阵和右乘的Givens旋转矩阵，按照奇异值矩阵转化过程中右乘的顺序累计相乘，得到所述满足设定条件的矩阵V；

若对所述奇异值矩阵进行修正，则将右乘的酉矩阵、右乘的Givens旋转矩阵和右乘的修正矩阵，按照奇异值矩阵转化过程中右乘的顺序累计相乘，得到所述满足设定条件的矩阵V。

本发明实施例还提供一种接入站点，包括上述的波束赋形的预编码矩阵提供装置。

本发明实施例还提供一种波束赋形的预编码矩阵获得装置，包括：

信号发送模块，用于发送探测导频信号给接入站点；

信息接收模块，用于接收所述接入站点采用设定的矩阵分解方式对获得多径信道增益矩阵H进行SVD分解得到预编码矩阵V后返回的矩阵V数据包；

矩阵恢复模块，用于根据所述矩阵V数据包中包括的矩阵V中选定的部分元素中的一个元素和其他部分元素中的一个元素，采用所述矩阵分解方式对应的选定的矩阵恢复规则，将所述矩阵V中选定的部分元素和其他部分元素恢复出来，得到矩阵V；其中选定的部分元素相同或共轭，其他部分元素相同或实部符号相反。

在一些可选的实施例中，所述矩阵恢复模块，具体用于：

根据所述矩阵V数据包中包括的矩阵V中选定的部分元素中的一个元素，以及所述选定的部分元素之间存在的相同或共轭的特性，将所述选定的部分元素恢复出来；以及

根据所述矩阵V数据包中包括的矩阵V中其他部分元素中的一个元素，以及所述选定的部分元素之间存在的相同或实部符号相反的特性，将所述其他部分元素恢复出来。

在一些可选的实施例中，所述矩阵恢复模块，具体用于：

当所述矩阵H为针对2输入2输出的多输入多输出系统的2*2的复数矩阵时，确定所述选定的部分元素为所述矩阵V的主对角线上的元素；

根据主对角线上的一个元素，将与其共轭的另一个元素恢复出来；

根据非主对角线上的一个元素，将与其实部符号相反的另一个元素恢复出来。

本发明实施例还提供一种中心接入点，包括上述的波束赋形的预编码矩阵获得装置。

本发明实施例还提供一种多输入多输出MIMO系统，包括上述的接入站点和上述的中心接入点。

本发明实施例提供的波束赋形的预编码矩阵提供和获得方法、装置及系统，在STA端获取波束赋形的预编码矩阵时，是获取的预编码矩阵满足设定的条件，其元素符合设定的规律，从而使得在向CAP传送预编码矩阵时，可以只传输预编码矩阵中的部分元素，在CAP端再进行恢复得到预编码矩阵即可，该方法在不增加CAP设备计算数据量的情况下，减少了预编码矩阵获取过程中的数据传输量，节约了信道资源，提高了系统和系统中设备的整体性能。

为了上述以及相关的目的，一个或多个实施例包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明某些示例性方面，并且其指示的仅仅是各个实施例的原则可以利用的各种方式中的一些方式。其它的益处和新颖性特征将随着下面的详细说明结合附图考虑而变得明显，所公开的实施例是要包括所有这些方面以及它们的等同。

说明书附图

图1是本发明实施例中预编码矩阵提供和获得系统的结构示意图；

图2是本发明实施例中波束赋形的预编码矩阵提供和获得方法的流程图；

图3是本发明实施例中波束赋形的预编码矩阵提供方法的流程图；

图4是本发明实施例中波束赋形的预编码矩阵获得方法的流程图；

图5是本发明实施例中STA侧生成波束赋形预编码矩阵的流程图；

图6是本发明实施例中波束赋形的预编码矩阵提供装置的结构示意图；

图7是本发明实施例中波束赋形的预编码矩阵获得装置的结构示意图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。

为了解决现有技术中超高吞吐(UHT，Ultra High Throughput)无线通信系统中波束赋形的预编码矩阵传送过程中存在的反馈信息量大、传输数据量大、占用信道资源多的问题，本发明实施例提供一种波束赋形的预编码矩阵提供和获得方法，该方法既适用于UHT系统，同样也适用于其他的闭环MIMO系统。

本发明实施例提供一种波束赋形的预编码矩阵提供和获得方法，可以在如图1所示的MIMO系统中实现，该系统包括中心接入点1和接入站点2。其中：

中心接入点1发送探测导频信号给接入站点，接收接入站点采用设定的矩阵分解方式对获得多径信道增益矩阵H进行SVD分解后返回的矩阵V数据包，根据与矩阵分解方式对应的选定的矩阵恢复规则，将矩阵V中选定的部分元素和其他部分元素恢复出来，得到矩阵V。

接入站点2接收到中心接入点发送的探测导频信号时，进行信道估计，获得多径信道增益矩阵H；采用设定的矩阵分解方式，对矩阵H进行SVD分解，得到满足设定条件的矩阵V；从选定的部分元素中提取一个矩阵元素和其他部分元素中提取一个矩阵元素，将提取的矩阵元素封装到矩阵V数据包中提供给中心接入点。其中，满足设定条件的矩阵V为选定的部分元素相同或共轭，其他部分元素相同或实部符号相反的矩阵V。

本发明实施例提供的上述波束赋形的预编码矩阵获取方法，其流程如图2所示，包括下列步骤：

S11：中心接入点(CAP)发送探测导频信号给接入站点(STA)。

UHT闭环MIMO系统在CAP端需要做波束赋形的预编码操作，为了减小CAP侧的计算压力，降低硬件复杂度，增加CAP可用调度时间，一般将波束赋形的预编码矩阵V的计算生成放在STA侧完成，STA计算生成预编码矩阵V之后，在提供给CAP。因此，CAP在进行波束赋形的预编码之前，需要向STA发送探测导频信号以获得波束赋形的预编码矩阵V。

一般STA在实现SVD分解得到预编码矩阵V这一运算功能的同时，也需要满足发送和接收的时序。

S12：SAT接收到CAP发送的探测导频信号时，进行信道估计，获得多径信道增益矩阵H。

STA在接收到CAP发送的下行探测导频信号后，对信道进行估计，以获取多径信道增益矩阵H。针对具有多个多径接收端和多个多径发送端的MIMO系统，该矩阵H中的每个元素表示一个多径接收端和一个多径发送端之间的信道增益。

S13：采用设定的矩阵分解方式，对矩阵H进行SVD分解，得到满足设定条件的矩阵V。

获取到矩阵H后，STA启动SVD分解运算，对矩阵H进行SVD分解，得到预编码矩阵V，例如，对矩阵H中的元素进行实数化以及对矩阵H进行旋转等操作，得到矩阵H对应的奇异值矩阵。根据得到奇异值矩阵的过程中使用的一些进行实数化转化的酉矩阵和实现旋转的旋转矩阵，得到满足设定条件的矩阵V。一般STA需要在6～8符号(symbol)的延时内做好全部矩阵的SVD分解操作。

其中，满足设定条件的矩阵V为选定的部分元素相同或共轭，其他部分元素相同或实部符号相反的矩阵V。例如，当矩阵H为2*2的复数矩阵时，选定的元素为主对角线的元素，主对角线的元素(1，1)与元素(2，2)互为共轭；其他元素，如元素(1，2)与元素(2，1)的实部符号相反。

上述采用设定的矩阵分解方式，对矩阵H进行SVD分解，得到满足设定条件的矩阵V，具体包括：按照设定的元素实数化和矩阵旋转规则，对矩阵H通过左乘至少一个酉矩阵和/或至少一个吉文斯旋转(Givens Rotation)矩阵，以及右乘至少一个酉矩阵和/或至少一个Givens旋转矩阵，将所述矩阵H转化为对应的奇异值矩阵；将右乘的至少一个酉矩阵和/或至少一个Givens旋转矩阵按照奇异值矩阵转化过程中右乘的顺序累计相乘，得到满足设定条件的矩阵V。

优选的，转化得到的奇异值矩阵中的奇异值有非正值时，还包括对奇异值矩阵进行修正的过程，具体的，根据非正值在奇异值矩阵中的位置，选择对应的修正矩阵；通过右乘修正矩阵，将奇异值矩阵中的非正值修正为正值，得到修正后的奇异值矩阵。

相应的，得到满足设定条件的矩阵V的过程具体包括：若未对奇异值矩阵进行修正，则将右乘的酉矩阵和右乘的Givens旋转矩阵，按照奇异值矩阵转化过程中右乘的顺序累计相乘，得到满足设定条件的矩阵V；若对奇异值矩阵进行修正，则将右乘的酉矩阵、右乘的Givens旋转矩阵和右乘的修正矩阵，按照奇异值矩阵转化过程中右乘的顺序累计相乘，得到满足设定条件的矩阵V。

S14：接入站点从选定的部分元素中提取一个元素和其他部分元素中提取一个元素。

STA对矩阵H进行分解，得到矩阵V后，按照设定的元素提取规则，从矩阵V提取部分特征元素，进行封装后发送给CAP。提取的部分特征元素可以是从矩阵V中某一行、某一列或某一组元素中提取一个元素。一般可以按照一定的提取规则进行提取，具体根据矩阵V的元素之间的特性关系确定提取规则，提取规则可以指明提取哪一组元素中的哪一个元素，以及该组中的其他的元素与被提取的元素之间存在什么关系。

例如：当矩阵H为2*2的复数矩阵时，由于得到的矩阵V主对角线的元素(1，1)与元素(2，2)互为共轭；其他元素，如元素(1，2)与元素(2，1)的实部符号相反。因此，可以提取对角线元素中的一个元素和其他元素中的一个元素作为要发送的元素数据即可。

S15：STA将提取的元素封装到矩阵V数据包中提供给CAP。

STA将提取的元素进行压缩封装，将封装得到的矩阵V数据包发送给CAP，由于发送的是矩阵V的部分数据，因此减少了数据发送量，从而节约了信道资源，减少了运算延时，提高了系统性能。

S16：CAP接收STA返回的矩阵V数据包。

CAP接收STA采用设定的矩阵分解方式对获得多径信道增益矩阵H进行SVD分解得到预编码矩阵V后返回的矩阵V数据包；CAP接收到的矩阵V数据包中包括的仅仅是矩阵V的部分元素，因此还需要根据相应的提取和恢复操作才能得到完整的矩阵V。

S17：CAP从矩阵V数据包中提取矩阵V中选定的部分元素中的一个元素和其他部分元素中的一个元素。

例如：当矩阵H为2*2的复数矩阵时，则将矩阵V数据包中包括的对角线元素中的一个元素和其他元素中的一个元素提取出来。

S18：CAP根据提取的矩阵V中选定的部分元素中的一个元素和其他部分元素中的一个元素，将矩阵V中选定的部分元素和其他部分元素恢复出来。

CAP根据矩阵V数据包中包括的矩阵V中选定的部分元素中的一个元素和其他部分元素中的一个元素，采用矩阵分解方式对应的选定的矩阵恢复规则，将矩阵V中选定的部分元素和其他部分元素恢复出来，得到矩阵V；其中选定的部分元素相同或共轭，其他部分元素相同或实部符号相反。

具体的，上述矩阵恢复规则包括选定的部分元素根据其相同或共轭特性恢复，其他部分元素根据其相同或实部符号相反的特性恢复。

具体的，将选定的部分元素和其他部分元素恢复出来，得到矩阵V的过程包括：根据矩阵V数据包中包括的矩阵V中选定的部分元素中的一个元素，以及选定的部分元素之间存在的相同或共轭的特性，将选定的部分元素恢复出来；以及根据矩阵V数据包中包括的矩阵V中其他部分元素中的一个元素，以及选定的部分元素之间存在的相同或实部符号相反的特性，将其他部分元素恢复出来。

该部分的矩阵恢复规则，对应于上述步骤S14中的元素提取规则，例如，提取的是第一列的元素中的一个元素，那么相应的每一行中其他元素与第一列元素的关系是什么样的，在恢复时做相应的处理即可。又例如提取的是主对角线元素中的一个，主对角线中其他元素与提取的元素之间的关系是什么样的，相同还是共轭，则可以据此恢复出主对角线元素。

仍以矩阵H为2*2的复数矩阵时为例，选定的矩阵分解方式使得获得的矩阵V中主对角线的元素互为共轭；其他元素的实部符号相反。则在进行元素恢复时，采用对应的矩阵恢复规则，根据对角线元素(1，1)与元素(2，2)中的一个元素以及对角线元素之间共轭的特性，恢复对角线元素中的另外一个元素；根据其他部分元素(1，2)与元素(2，1)中的一个元素，以及其他部分元素实部符号相反的特性，恢复其他部分元素中的另一个元素。

CAP获得预编码矩阵V后，就可以进行预编码操作而后进行信号发射了。一般STA通过SVD分解计算，在预编码码本中寻找到最接近的一个码本，将此码本的信息反馈给CAP，在CAP端进行码本重建，实现发射端预编码。

下面分别具体说明中心接入点(CAP)侧和接入站点(STA)侧的具体实现流程。

本发明实施例提供的波束赋形的预编码矩阵提供方法，在接入站点侧实现，接入站点得到预编码矩阵后提供给中心接入点，具体实现流程如图3所示，具体包括下列步骤：

S21：STA接收到CAP发送的探测导频信号时，进行信道估计，获得多径信道增益矩阵H。

参照步骤S12，此处不再赘述。

S22：采用设定的矩阵分解方式，对矩阵H进行SVD分解，得到满足设定条件的矩阵V。参照步骤S13，此处不再赘述。

其中，满足设定条件的矩阵V为选定的部分元素相同或共轭，其他部分元素相同或实部符号相反的矩阵V；

具体的，当矩阵H为针对2输入2输出的多输入多输出系统的2*2的复数矩阵时，对矩阵H进行SVD分解的过程具体包括：

通过左乘酉矩阵E₁，将矩阵H的第一列实数化，得到第一列实数化后的矩阵H₁；通过左乘Givens旋转矩阵G₁，将矩阵H₁的左下角元素归零，得到归零处理后的矩阵H₂；通过左乘酉矩阵E₂以及左乘和右乘酉矩阵E₃，将矩阵H₂的第二列实数化，得到第二列实数化后的矩阵H₄；通过左乘Givens旋转矩阵G₂和右乘Givens旋转矩阵G₃，将矩阵H₄的右上角元素归零，得到所述矩阵H对应的奇异值矩阵H₅。

假设不需要对得到的奇异值矩阵进行修正，则将酉矩阵E₃和Givens旋转矩阵G₃按顺序相乘，得到预编码矩阵V。假设需要对奇异值矩阵进行修正，则将酉矩阵E₃、Givens旋转矩阵G₃和修正矩阵按顺序相乘，得到预编码矩阵V。

S23：从选定的部分元素中提取一个元素和其他部分元素中提取一个元素，将提取的元素封装到矩阵V数据包中提供给CAP。

参照步骤S14和步骤S15，此处不再赘述。

本发明实施例提供的波束赋形的预编码矩阵获得方法，在中心接入点侧实现，中心接入点侧获得预编码矩阵的具体实现流程如图4所示，具体包括下列步骤：

S31：CAP发送探测导频信号给STA。

参见步骤S11，此处不再赘述。

S32：CAP接收STA采用设定的矩阵分解方式对获得多径信道增益矩阵H进行SVD分解得到预编码矩阵V后返回的矩阵V数据包。

参见步骤S16，此处不再赘述。

S33：CAP根据接收到的矩阵V数据包中包括的矩阵V中选定的部分元素中的一个元素和其他部分元素中的一个元素，采用矩阵分解方式对应的选定的矩阵恢复规则，将矩阵V中选定的部分元素和其他部分元素恢复出来，得到矩阵V。其中选定的部分元素相同或共轭，其他部分元素相同或实部符号相反。

参见步骤S17和步骤S18，此处不再赘述。具体的，当矩阵H为针对2输入2输出的多输入多输出系统的2*2的复数矩阵时，选定的部分元素为矩阵V的主对角线上的元素；将选定的部分元素和其他部分元素恢复出来，得到矩阵V的过程具体包括：根据主对角线上的一个元素，将与其共轭的另一个元素恢复出来；根据非主对角线上的一个元素，将与其实部符号相反的另一个元素恢复出来。

在一些可选的实施例中，以2输入2输出的MIMO闭环系统(即2X2闭环MIMO系统)为例详细说明在STA侧实现波束赋形中预编码矩阵生成的过程，该实现过程中，对于实数化操作采用左乘和/或右乘酉矩阵的方式实现，对于旋转操作，采用左乘和/或右乘Givens旋转矩阵的方式实现。当然在实际应用中还以采用其它方式实现，此处仅是例举一个可实现的例子。该预编码矩阵生成的流程如图5所示，包括下列步骤：

S101：CAP发送探测导频信号给STA。

CAP需要进行波束赋形预编码以便发射信号时，向接入站点发送探测导频信号，以便获取预编码矩阵V。即CAP需要获取预编码矩阵V时，会发送探测导频给STA。

S102：STA接收到探测导频信号后，进行信道估计，获得多径信道增益矩阵H。

以2输入2输出系统为例时，获取到的矩阵H为2*2的复数矩阵，例如获取到的多径信道增益矩阵H为：

$H=\left[\begin{array}{cc}{a}_r+a_{i}i& c_r+c_{i}i\\ b_r+b_{i}i& d_r+d_{i}i\end{array}\right]$

其中，a_r和a_i为复数的实部和虚部，b_r和b_i为复数的实部和虚部，c_r和c_i为复数的实部和虚部，d_r和d_i为复数的实部和虚部；

上述多径信道增益矩阵H中，每个矩阵元素表示一个多径接收端和一个多径发送端之间的信道增益。2输入2输出系统包括两个多径接收端和两个多径发送端，因此得到的多径信道增益矩阵H为2*2的复数矩阵。

S103：将获得的多径信道增益矩阵H中的第一列实数化。具体通过左乘酉矩阵E₁，将矩阵H的第一列实数化，得到第一列实数化后的矩阵H₁。

即将矩阵 $H=\left[\begin{array}{cc}{a}_r+a_{i}i& c_r+c_{i}i\\ b_r+b_{i}i& d_r+d_{i}i\end{array}\right]$ 的第一列实数化可以得到转化后的矩阵 $H_1=\left[\begin{array}{cc}A& c_r^{\′}+c_i^{\′}i\\ B& d_r^{\′}+d_i^{\′}i\end{array}\right].$

将多径信道增益矩阵H实数化的实现方法，可以直接对矩阵H的第一列进行实数化转换，也可以是先将矩阵H转化为极坐标，然后再将其第一列实数化。

以进行极坐标转化后再实数化为例：

将矩阵 $H=\left[\begin{array}{cc}{a}_r+a_{i}i& c_r+c_{i}i\\ b_r+b_{i}i& d_r+d_{i}i\end{array}\right]$ 转化为极坐标矩阵：

$H=\left[\begin{array}{cc}A{e}^{j{\mathrm{\θ}}_a}& C{e}^{j{\mathrm{\θ}}_c}\\ B{e}^{j{\mathrm{\θ}}_b}& D{e}^{j{\mathrm{\θ}}_d}\end{array}\right]$

其中，A、B、C和D分别为矩阵H中对应元素的模；θ_a、θ_b、θ_c和θ_d分别为矩阵中对应元素在极坐标中的旋角。

然后，对转化后的极坐标矩阵H左乘一个酉矩阵 $E_1=\left[\begin{array}{cc}{e}^{-j{\mathrm{\θ}}_a}& 0\\ 0& e^{-j{\mathrm{\θ}}_b}\end{array}\right],$ 得到转化后的矩阵H₁：

$H_1=E_1*H=\left[\begin{array}{cc}{e}^{-j{\mathrm{\θ}}_a}& 0\\ 0& e^{-j{\mathrm{\θ}}_b}\end{array}\right]*\left[\begin{array}{cc}A{e}^{j{\mathrm{\θ}}_a}& C{e}^{j{\mathrm{\θ}}_c}\\ B{e}^{j{\mathrm{\θ}}_b}& D{e}^{j{\mathrm{\θ}}_d}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}A& C{e}^{j({\mathrm{\θ}}_c-{\mathrm{\θ}}_a)}\\ B& D{e}^{j({\mathrm{\θ}}_d-{\mathrm{\θ}}_b)}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}A& c_r^{\′}+c_i^{\′}i\\ B& d_r^{\′}+d_i^{\′}i\end{array}\right]$

从而得到了将矩阵H第一列实数化后的矩阵H₁。

上述过程中，对矩阵左乘一个酉矩阵E₁，将矩阵H的第一列实数化，例如：将第一列的两个复数分别旋转到其模的大小，即A、B，直接作为乘积后的结果，同时也得到了θ_a，θ_b。与此同时，对矩阵第二列做相应的旋转操作。

S104：将第一列实数化后得到的矩阵H₁的左下角元素归零。通过左乘Givens旋转矩阵G₁，将矩阵H₁的左下角元素归零，得到归零处理后的矩阵H₂。

对第一列实数化后的得到的矩阵 $H_1=\left[\begin{array}{cc}A& c_r^{\′}+c_i^{\′}i\\ B& d_r^{\′}+d_i^{\′}i\end{array}\right]$ 的左下角元素，即第二行第一列(2，1)位置处的元素进行归零。

通过左乘Givens旋转矩阵G₁，将左下角(2，1)位置处的矩阵元素B旋转为0，旋转角为θ＝-tan^-1(B/A)。左乘Givens Rotation矩阵得到如下结果：

$H_2=G_1{H}_1=\left[\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\θ}& -\sin \mathrm{\θ}\\ \sin \mathrm{\θ}& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right]*\left[\begin{array}{cc}A& c_r^{\′}+c_i^{\′}i\\ B& d_r^{\′}+d_i^{\′}i\end{array}\right]$

$=\left[\begin{array}{cc}\sqrt{A^2+B^2}& (\cos \mathrm{\θ}\·c_r^{\′}-\sin \mathrm{\θ}\·d_r^{\′})+(\cos \mathrm{\θ}\·c_i^{\′}-\sin \mathrm{\θ}\·d_i^{\′})i\\ 0& (\sin \mathrm{\θ}\·c_r^{\′}+\cos \mathrm{\θ}\·d_r^{\′})+(\sin \mathrm{\θ}\·c_i^{\′}+\cos \mathrm{\θ}\·d_i^{\′})i\end{array}\right]$

上述归零处理后的矩阵H₂可以表示为 $H_2=\left[\begin{array}{cc}X& y_r+y_{i}i\\ 0& z_r+z_{i}i\end{array}\right],$ 其中

通过左乘Givens旋转矩阵G₁，将矩阵H₁的左下角元素归零，例如：通过向量操作模式旋转出第一列的模

和角度θ＝tan^-1(B/A)。模

作为旋转结果元素(1，1)的结果，元素(1，2)直接置零。第二列的复数向量也要左乘Givens Rotation矩阵，旋转同样的角度。

S105：将归零处理后得到的矩阵H₂的第二列实数化。通过左乘酉矩阵E₂以及左乘和乘酉矩阵E₃，将矩阵H₂的第二列实数化，得到第二列实数化后的矩阵H₄。

将归零处理后的矩阵 $H_2=\left[\begin{array}{cc}X& y_r+y_{i}i\\ 0& z_r+z_{i}i\end{array}\right]$ 的第一列实数化可以得到转化后的矩阵 $H_4=\left[\begin{array}{cc}X& Y\\ 0& Z\end{array}\right].$

将矩阵H₂实数化的实现方法，可以直接对矩阵H₂的第二列进行实数化转换，也可以是先将矩阵H₂转化为极坐标，然后再将其第二列实数化。

以进行极坐标转化后再实数化为例：

将矩阵 $H_2=\left[\begin{array}{cc}X& y_r+y_{i}i\\ 0& z_r+z_{i}i\end{array}\right]$ 转化为极坐标形式：

$H_2=\left[\begin{array}{cc}X& Y{e}^{j{\mathrm{\θ}}_y}\\ 0& Z{e}^{j{\mathrm{\θ}}_z}\end{array}\right]$

其中，Y和Z为矩阵中对应元素的模；θ_y和θ_z分别为矩阵元素在极坐标中的旋角。

然后，对矩阵H₂左乘矩阵

使矩阵H₂的第二行第二列转化为实数，即得到矩阵H₃：

$H_3=E_2{H}_2=\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& e^{-j{\mathrm{\θ}}_z}\end{array}\right]*\left[\begin{array}{cc}X& Y{e}^{j{\mathrm{\θ}}_y}\\ 0& Z{e}^{j{\mathrm{\θ}}_z}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}X& Y{e}^{j{\mathrm{\θ}}_y}\\ 0& Z\end{array}\right];$

对上述的到的矩阵H₃左乘一个酉矩阵 $E_3=\left[\begin{array}{cc}{e}^{-j{\mathrm{\θ}}_y/2}& 0\\ 0& e^{j{\mathrm{\θ}}_y/2}\end{array}\right]$ 右乘一个酉矩阵 $E_3=\left[\begin{array}{cc}{e}^{-j{\mathrm{\θ}}_y/2}& 0\\ 0& e^{j{\mathrm{\θ}}_y/2}\end{array}\right],$ 将矩阵H₃第一行第二列，即(1，2)位置处的矩阵元素消为实数，得到第二列实数化后的矩阵H₄：

$H_4=E_3{H}_3{E}_3\left[\begin{array}{cc}{e}^{-j{\mathrm{\θ}}_y/2}& 0\\ 0& e^{j{\mathrm{\θ}}_y/2}\end{array}\right]*\left[\begin{array}{cc}X& Y{e}^{j{\mathrm{\θ}}_y}\\ 0& Z\end{array}\right]*\left[\begin{array}{cc}{e}^{j{\mathrm{\θ}}_y/2}& 0\\ 0& e^{-j{\mathrm{\θ}}_y/2}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}X& Y\\ 0& Z\end{array}\right]$

通过以上运算过程，整个2*2的多径信道增益矩阵H就转变为上三角实数矩阵了。

上述通过左乘酉矩阵E₂和右乘酉矩阵E₃，将矩阵H₂的第二列实数化，由于并不改变元素的模，只是将角度旋转为0，可以直接将第二列的两个直角坐标表示的复数旋转成极坐标表示，直接取模作为第二列的结果。其中，角度θ_y/2还要保留用于求预编码矩阵V。

S106：对第二列实数化后的矩阵H₄进行归零处理。通过左乘Givens旋转矩阵G₂和右乘Givens旋转矩阵G₃，将矩阵H₄的右上角元素归零，得到矩阵H对应的奇异值矩阵H₅。

对第二列实数化后的矩阵H₄左乘Givens旋转矩阵G₂和右乘Givens旋转矩阵G₃，将右上角元素旋转为0，得到归零处理后的奇异值矩阵H₅或称为奇异值矩阵∑，具体通过下式实现：

$H_5=G_2{H}_5{G}_3=\left[\begin{array}{cc}\cos {\mathrm{\θ}}_r& -\sin {\mathrm{\θ}}_r\\ \sin {\mathrm{\θ}}_r& \cos {\mathrm{\θ}}_r\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}X& Y\\ 0& Z\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}\cos {\mathrm{\θ}}_1& \sin {\mathrm{\θ}}_1\\ -\sin {\mathrm{\θ}}_1& \cos {\mathrm{\θ}}_1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{d}_1& 0\\ 0& d_2\end{array}\right]$

其中，θ_r、θ₁通过下列公式组确定：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{sum}}={\mathrm{\θ}}_r+{\mathrm{\θ}}_1={\tan }^{-1}\left(\frac{Y}{Z-X}\right)\\ {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{diff}}={\mathrm{\θ}}_r-{\mathrm{\θ}}_1={\tan }^{-1}\left(\frac{Y}{X+Z}\right)\end{array}\right.$

这样，就完成了SVD求奇异值的分解。得到的矩阵H₅即为原始H的奇异值矩阵，d1，d2为矩阵H的奇异值。

优选的，若得到的奇异值为负值，则需要进行修正，具体修正过程在下面具体描述。

上述实际上是双平面旋转SVD求解的过程，该过程分为两步：

第一步：求出θ_sum和θ_diff。然后，用求出的θ_r和θ₁以便分别对第二列实数化后的矩阵H₄进行左乘Givens旋转矩阵G₂，右乘Givens旋转矩阵G₃。

第二步：左乘和右乘Givens旋转矩阵。左乘Givens Rotation矩阵G₂，右乘Givens Rotation矩阵G₃。

这样虽然得到了奇异值矩阵，但是因为奇异值必须非负，且降序排列，因此，在必要时，还需要对得到的奇异值矩阵中的奇异值d₁和d₂进行符号修正与排序。

S107：通过将上述SVD分解过程中右乘的举证按顺序累计相乘得到预编码矩阵V。

前述步骤的算法得到了奇异值矩阵，将上述处理过程中右乘的各个矩阵按顺序累乘得到酉矩阵V，即在STA侧生成了预编码矩阵V。

以上述2*2的矩阵H的奇异值矩阵计算过程为例，得到的预编码矩阵V如下：

$V=\left[\begin{array}{cc}{e}^{j{\mathrm{\θ}}_y/2}& 0\\ 0& e^{-j{\mathrm{\θ}}_y/2}\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}\cos {\mathrm{\θ}}_1& \sin {\mathrm{\θ}}_1\\ -\sin {\mathrm{\θ}}_1& \cos {\mathrm{\θ}}_1\end{array}\right]$

令

则a＝cos(θ_y/2)，b＝sin(θ_y/2)，则：

$V=\left[\begin{array}{cc}a+i*b& 0\\ 0& a-i*b\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}\cos {\mathrm{\θ}}_1& \sin {\mathrm{\θ}}_1\\ -\sin {\mathrm{\θ}}_1& \cos {\mathrm{\θ}}_1\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}a\cos {\mathrm{\θ}}_1+i*b\cos {\mathrm{\θ}}_1& a\sin {\mathrm{\θ}}_1+i*b\sin {\mathrm{\θ}}_1\\ -a\sin {\mathrm{\θ}}_1+i*b\sin {\mathrm{\θ}}_1& a\cos {\mathrm{\θ}}_1-i*b\cos {\mathrm{\θ}}_1\end{array}\right]$

计算酉矩阵V的实现过程也分两步：

第一步：求矩阵 $\left[\begin{array}{cc}{e}^{j{\mathrm{\θ}}_y/2}& 0\\ 0& e^{-j{\mathrm{\θ}}_y/2}\end{array}\right],$ 即求出a和b。例如：横坐标输入1，纵坐标输入0，旋转角度输入θ_y/2，则输出横纵坐标分别为a＝cos(θ_y/2)和b＝sin(θ_y/2)。

第二步：求 $\left[\begin{array}{cc}a\cos {\mathrm{\θ}}_1+i*b\cos {\mathrm{\θ}}_1& a\sin {\mathrm{\θ}}_1+i*b\sin {\mathrm{\θ}}_1\\ -a\sin {\mathrm{\θ}}_1+i*b\sin {\mathrm{\θ}}_1& a\cos {\mathrm{\θ}}_1-i*b\cos {\mathrm{\θ}}_1\end{array}\right].$ 例如：横坐标输入a，纵坐标输入0，旋转角度输入θ₁，相当于将向量(a，0)逆时针旋转角度θ₁，则输出的横纵坐标分别为a cosθ₁和a sinθ₁；横坐标输入b，纵坐标输入0，则输出的横纵坐标分别为b cosθ₁和b sinθ₁。

优选的，若对奇异值进行了修正，则在计算预编码矩阵V时，也要考虑修正矩阵。

下面具体描述需要对奇异值进行修正的情况下，计算预编码矩阵V的实现过程：

当上述计算得到的奇异值矩阵中的奇异值有非正值时，或者没有从大到小降序排列时，需要对奇异值进行修正，修正奇异值的符号并进行排序。

例如：将上述计算得到的奇异值矩阵中的d₁和d₂，分别表示为±l和±s，其中，l和s均为正值，则奇异值矩阵可以表示为 $\mathrm{\Σ}=\left[\begin{array}{cc}\±l& \\ & \±s\end{array}\right].$ 其中：“±”代表奇异值的符号，l代表large，s代表small，l≥s。例如奇异值矩阵若为 $\mathrm{\Σ}=\left[\begin{array}{cc}+l& \\ & -s\end{array}\right],$ 则表示奇异值矩阵中的d₁为正，d₂为负，且|d₁|≥|d₂|。所以计算得到的奇异值矩阵可能有以下8种情况：

Case 1：

奇异值矩阵为 $\mathrm{\Σ}=\left[\begin{array}{cc}+l& \\ & +s\end{array}\right];$

输出的奇异值矩阵和酉矩阵V不做任何修正。

Case 2：

奇异值矩阵为 $\mathrm{\Σ}=\left[\begin{array}{cc}+l& \\ & -s\end{array}\right];$

则通过左乘修正矩阵 $\left[\begin{array}{cc}1& \\ & -1\end{array}\right]$ 对奇异值进行修正得到 $\mathrm{\Σ}=\mathrm{\Σ}\left[\begin{array}{cc}1& \\ & -1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}+l& \\ & +s\end{array}\right].$

因此，奇异值d₂取反输出。

酉矩阵V也要做同样的修正，即 $V=V\left[\begin{array}{cc}1& \\ & -1\end{array}\right].$

因此，酉矩阵V的第二列取反输出。

Case 3：

奇异值矩阵为 $\mathrm{\Σ}=\left[\begin{array}{cc}-l& \\ & +s\end{array}\right];$

则通过左乘修正矩阵 $\left[\begin{array}{cc}-1& \\ & 1\end{array}\right]$ 对奇异值进行修正得到 $\mathrm{\Σ}=\mathrm{\Σ}\left[\begin{array}{cc}-1& \\ & 1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}+l& \\ & +s\end{array}\right].$

因此，奇异值d₁取反输出。

酉矩阵V也要做同样的修正，即 $V=V\left[\begin{array}{cc}-1& \\ & 1\end{array}\right].$

因此，酉矩阵V的第一列取反输出。

Case 4：

奇异值矩阵为 $\mathrm{\Σ}=\left[\begin{array}{cc}-l& \\ & -s\end{array}\right];$

则通过左乘修正矩阵 $\left[\begin{array}{cc}-1& \\ & -1\end{array}\right]$ 对奇异值进行修正得到 $\mathrm{\Σ}=\mathrm{\Σ}\left[\begin{array}{cc}-1& \\ & -1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}+l& \\ & +s\end{array}\right].$

因此，奇异值d₁和d₂均取反输出。

酉矩阵V也要做同样的修正，即 $V=V\left[\begin{array}{cc}-1& \\ & -1\end{array}\right].$

因此，酉矩阵V的第一列和第二列均取反输出。

Case 5：

奇异值矩阵为 $\mathrm{\Σ}=\left[\begin{array}{cc}+s& \\ & +l\end{array}\right];$

则通过左乘和右乘修正矩阵 $\left[\begin{array}{cc}0& 1\\ 1& 0\end{array}\right]$ 对奇异值进行修正得到：

$\mathrm{\Σ}=\left[\begin{array}{cc}0& 1\\ 1& 0\end{array}\right]\mathrm{\Σ}\left[\begin{array}{cc}0& 1\\ 1& 0\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}+l& \\ & +s\end{array}\right].$

因此，奇异值d₁和d₂交换后输出。

酉矩阵V需要右乘相应的矩阵，即 $V=V\left[\begin{array}{cc}0& 1\\ 1& 0\end{array}\right].$

因此，酉矩阵V的第一列和第二列交换后输出。

CaSe 6：

奇异值矩阵为 $\mathrm{\Σ}=\left[\begin{array}{cc}+s& \\ & -l\end{array}\right];$

则通过左乘修正矩阵 $\left[\begin{array}{cc}0& 1\\ 1& 0\end{array}\right],$ 以及右乘修正矩阵 $\left[\begin{array}{cc}0& 1\\ 1& 0\end{array}\right]$ 和 $\left[\begin{array}{cc}-1& \\ & 1\end{array}\right]$ 对奇异值进行修正得到：

$\mathrm{\Σ}=\left[\begin{array}{cc}0& 1\\ 1& 0\end{array}\right]\mathrm{\Σ}\left[\begin{array}{cc}0& 1\\ 1& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}-1& \\ & 1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}+l& \\ & +s\end{array}\right].$

因此，先将奇异值d₁和d₂交换，然后d₁取反输出。

酉矩阵V需要右乘相应的矩阵，即 $V=V\left[\begin{array}{cc}0& 1\\ 1& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}-1& \\ & 1\end{array}\right]$

因此，先将酉矩阵V的第一列和第二列交换，然后第一列取反输出。

CaSe 7：

奇异值矩阵为 $\mathrm{\Σ}=\left[\begin{array}{cc}-s& \\ & +l\end{array}\right];$

则通过左乘修正矩阵 $\left[\begin{array}{cc}0& 1\\ 1& 0\end{array}\right],$ 以及右乘修正矩阵 $\left[\begin{array}{cc}0& 1\\ 1& 0\end{array}\right]$ 和 $\left[\begin{array}{cc}1& \\ & -1\end{array}\right]$ 对奇异值进行修正得到：

$\mathrm{\Σ}=\left[\begin{array}{cc}0& 1\\ 1& 0\end{array}\right]\mathrm{\Σ}\left[\begin{array}{cc}0& 1\\ 1& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}1& \\ & -1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}+l& \\ & +s\end{array}\right].$

因此，先将奇异值d₁和d₂交换，然后d₂取反输出。

酉矩阵V需要右乘相应的矩阵，即 $V=V\left[\begin{array}{cc}0& 1\\ 1& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}1& \\ & -1\end{array}\right].$

因此，先将酉矩阵V的第一列和第二列交换，然后第二列取反输出。

Case 8：

奇异值矩阵为 $\mathrm{\Σ}=\left[\begin{array}{cc}-s& \\ & -l\end{array}\right]$

则通过左乘修正矩阵 $\left[\begin{array}{cc}0& 1\\ 1& 0\end{array}\right],$ 以及右乘修正矩阵 $\left[\begin{array}{cc}0& 1\\ 1& 0\end{array}\right]$ 和 $\left[\begin{array}{cc}-1& \\ & -1\end{array}\right]$ 对奇异值进行修正得到：

$\mathrm{\Σ}=\left[\begin{array}{cc}0& 1\\ 1& 0\end{array}\right]\mathrm{\Σ}\left[\begin{array}{cc}0& 1\\ 1& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}-1& \\ & -1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}+l& \\ & +s\end{array}\right].$

因此，先将奇异值d₁和d₂交换，然后d₁和d₂均取反输出。

酉矩阵V需要右乘相应的矩阵，即 $V=V\left[\begin{array}{cc}0& 1\\ 1& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}-1& \\ & -1\end{array}\right].$

因此，先将酉矩阵V的第一列和第二列交换，然后第一列和第二列均取反输出。

经过以上修正与排序操作之后，输出结果即为最终的奇异值矩阵∑和酉矩阵V。

在一些可选的实施例中，还可以实现多输入多输出的波束赋形，此时获取到的矩阵H为n*n(n＞3)的矩阵，其获取预编码矩阵V的过程与上述矩阵H为2*2时类似，此处不再一一赘述。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种波束赋形的预编码矩阵提供装置，该装置可以设置在接入站点中，其结构如图6所示，包括：矩阵获取模块11、矩阵分解模块12和矩阵提供模块13。

矩阵获取模块11，用于接收到中心接入点发送的探测导频信号时，进行信道估计，获得多径信道增益矩阵H。

矩阵分解模块12，用于采用设定的矩阵分解方式，对矩阵H进行SVD分解，得到满足设定条件的矩阵V；其中，满足设定条件的矩阵V为选定的部分元素相同或共轭，其他部分元素相同或实部符号相反的矩阵V。

矩阵提供模块13，用于从选定的部分元素中提取一个元素和其他部分元素中提取一个元素，将提取的元素封装到矩阵V数据包中提供给中心接入点。

优选的，上述矩阵分解模块12，具体用于：按照设定的元素实数化和矩阵旋转规则，对矩阵H通过左乘至少一个酉矩阵和/或至少一个Givens旋转矩阵，以及右乘至少一个酉矩阵和/或至少一个Givens旋转矩阵，将矩阵H转化为对应的奇异值矩阵；将右乘的至少一个酉矩阵和/或至少一个Givens旋转矩阵按照奇异值矩阵转化过程中右乘的顺序累计相乘，得到满足设定条件的矩阵V。

优选的，上述矩阵分解模块12，具体用于：当矩阵H为针对2输入2输出的多输入多输出系统的2*2的复数矩阵时，通过左乘酉矩阵E₁，将矩阵H的第一列实数化，得到第一列实数化后的矩阵H₁；通过左乘Givens旋转矩阵G₁，将矩阵H₁的左下角元素归零，得到归零处理后的矩阵H₂；通过左乘酉矩阵E₂以及左乘和右乘酉矩阵E₃，将矩阵H₂的第二列实数化，得到第二列实数化后的矩阵H₄；通过左乘Givens旋转矩阵G₂和右乘Givens旋转矩阵G₃，将矩阵H₄的右上角元素归零，得到所述矩阵H对应的奇异值矩阵H₅。

优选的，上述矩阵分解模块12，还用于：转化得到的奇异值矩阵中的奇异值有非正值时，对所述奇异值矩阵进行修正的过程，具体包括：根据非正值在奇异值矩阵中的位置，选择对应的修正矩阵；通过右乘所述修正矩阵，将所述奇异值矩阵中的非正值修正为正值，得到修正后的奇异值矩阵。

优选的，上述矩阵分解模块12，具体用于：若未对奇异值矩阵进行修正，则将右乘的酉矩阵和右乘的Givens旋转矩阵，按照奇异值矩阵转化过程中右乘的顺序累计相乘，得到满足设定条件的矩阵V；若对奇异值矩阵进行修正，则将右乘的酉矩阵、右乘的Givens旋转矩阵和右乘的修正矩阵，按照奇异值矩阵转化过程中右乘的顺序累计相乘，得到满足设定条件的矩阵V。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种波束赋形的预编码矩阵获得装置，该装置可以设置在中心接入点中，其结构如图7所示，包括：信号发送模块21、信息接收模块22和矩阵恢复模块23。

信号发送模块21，用于发送探测导频信号给接入站点。

信息接收模块22，用于接收接入站点采用设定的矩阵分解方式对获得多径信道增益矩阵H进行SVD分解得到预编码矩阵V后返回的矩阵V数据包。

矩阵恢复模块23，用于根据矩阵V数据包中包括的矩阵V中选定的部分元素中的一个元素和其他部分元素中的一个元素，采用矩阵分解方式对应的选定的矩阵恢复规则，将矩阵V中选定的部分元素和其他部分元素恢复出来，得到矩阵V；其中选定的部分元素相同或共轭，其他部分元素相同或实部符号相反。

优选的，上述矩阵恢复模块23，具体用于：根据矩阵V数据包中包括的矩阵V中选定的部分元素中的一个元素，以及选定的部分元素之间存在的相同或共轭的特性，将选定的部分元素恢复出来；以及根据矩阵V数据包中包括的矩阵V中其他部分元素中的一个元素，以及选定的部分元素之间存在的相同或实部符号相反的特性，将其他部分元素恢复出来。

优选的，上述矩阵恢复模块23，具体用于当矩阵H为针对2输入2输出的多输入多输出系统的2*2的复数矩阵时，确定选定的部分元素为所述矩阵V的主对角线上的元素；根据主对角线上的一个元素，将与其共轭的另一个元素恢复出来；根据非主对角线上的一个元素，将与其实部符号相反的另一个元素恢复出来。

上述至少一个包括上述波束赋形的预编码矩阵获得装置的中心接入点和至少一个包括上述波束赋形的预编码矩阵提供装置的接入站点组成如图1所示的波束赋形的预编码矩阵提供和获得系统。

本发明实施例提供的上述波束赋形的预编码矩阵提供和获得方法，在接入站点侧，可选的，可以通过向量操作模式和旋转操作模式两种算法之一或组合实现：

(1)向量操作模式，对应于上述方法中的矩阵元素的实数化操作，例如：输入为直角坐标复数a+bj，通过旋转得到其模

与其旋角θ为a+bj在极坐标中的角度；当复数在二、三象限时需要先做预处理将将其变换至一、四象限再做旋转操作。可选的，复数在二、三象限时也可以直接进行旋转操作。

(2)旋转操作模式，对应于上述方法中的归零化操作，输入为直角坐标a+bj，与旋角θ，输出为a+bj旋转θ角后的新的直角坐标系坐标。

除非另外具体陈述，术语比如处理、计算、运算、确定等等可以指一个或更多个处理或者计算系统、或类似设备的动作和/或过程，所述动作和/或过程将表示为处理系统的寄存器或存储器内的物理(如电子)量的数据操作和转换成为类似地表示为处理系统的存储器、寄存器或者其他此类信息存储、发射或者显示设备内的物理量的其他数据。信息和信号可以使用多种不同的技术和方法中的任何一种来表示。

应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于所述的特定顺序或层次。

在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。

对于软件实现，本申请中描述的技术可用执行本申请所述功能的模块(例如，过程、函数等)来实现。这些软件代码可以存储在存储器单元并由处理器执行。存储器单元可以实现在处理器内，也可以实现在处理器外，在后一种情况下，它经由各种手段以通信方式耦合到处理器，这些都是本领域中所公知的。

上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。

Claims (20)

1.一种波束赋形的预编码矩阵提供方法，其特征在于，包括：

接收到中心接入点发送的探测导频信号时，进行信道估计，获得多径信道增益矩阵H；

采用预定的矩阵分解方式，对所述矩阵H进行矩阵奇异值SVD分解，得到满足设定条件的预编码矩阵V；其中，所述满足设定条件的矩阵V为选定的部分元素相同或共轭，其他部分元素相同或实部符号相反的矩阵；

从所述选定的部分元素中提取一个元素和所述其他部分元素中提取一个元素，将提取的元素封装到矩阵V数据包中提供给中心接入点。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用设定的矩阵分解方式，对所述矩阵H进行SVD分解，得到满足设定条件的矩阵V，具体包括：

按照设定的元素实数化和矩阵旋转规则，对所述矩阵H通过左乘至少一个酉矩阵和/或至少一个吉文斯旋转矩阵，以及右乘至少一个酉矩阵和/或至少一个吉文斯旋转矩阵，将所述矩阵H转化为对应的奇异值矩阵；

将右乘的至少一个酉矩阵和/或至少一个吉文斯旋转矩阵按照奇异值矩阵转化过程中右乘的顺序累计相乘，得到所述满足设定条件的矩阵V。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，当所述矩阵H为针对2输入2输出的多输入多输出系统的2*2的复数矩阵时，对所述矩阵H进行SVD分解的过程具体包括：

通过左乘酉矩阵E₁，将所述矩阵H的第一列实数化，得到第一列实数化后的矩阵H₁；

通过左乘吉文斯旋转矩阵G₁，将所述矩阵H₁的左下角元素归零，得到归零处理后的矩阵H₂；

通过左乘酉矩阵E₂以及左乘和右乘酉矩阵E₃，将所述矩阵H₂的第二列实数化，得到第二列实数化后的矩阵H₄；

通过左乘吉文斯旋转矩阵G₂和右乘吉文斯旋转矩阵G₃，将所述矩阵H₄的右上角元素归零，得到所述矩阵H对应的奇异值矩阵H₅。

4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，转化得到的奇异值矩阵中的奇异值有非正值时，还包括对所述奇异值矩阵进行修正的过程，具体包括：

根据非正值在奇异值矩阵中的位置，选择对应的修正矩阵；

通过右乘所述修正矩阵，将所述奇异值矩阵中的非正值修正为正值，得到修正后的奇异值矩阵。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，得到满足设定条件的矩阵V的过程具体包括：

若未对所述奇异值矩阵进行修正，则将右乘的酉矩阵和右乘的吉文斯旋转矩阵，按照奇异值矩阵转化过程中右乘的顺序累计相乘，得到所述满足设定条件的矩阵V；

若对所述奇异值矩阵进行修正，则将右乘的酉矩阵、右乘的吉文斯旋转矩阵和右乘的修正矩阵，按照奇异值矩阵转化过程中右乘的顺序累计相乘，得到所述满足设定条件的矩阵V。

6.一种波束赋形的预编码矩阵获得方法，其特征在于，包括：

发送探测导频信号给接入站点；

接收所述接入站点采用设定的矩阵分解方式对获得多径信道增益矩阵H进行矩阵奇异值SVD分解得到预编码矩阵V后返回的矩阵V数据包；

根据所述矩阵V数据包中包括的矩阵V中选定的部分元素中的一个元素和其他部分元素中的一个元素，采用所述矩阵分解方式对应的选定的矩阵恢复规则，将所述矩阵V中选定的部分元素和其他部分元素恢复出来，得到矩阵V；其中选定的部分元素相同或共轭，其他部分元素相同或实部符号相反。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述矩阵恢复规则包括选定的部分元素根据其相同或共轭特性恢复，其他部分元素根据其相同或实部符号相反的特性恢复。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，将选定的部分元素和其他部分元素恢复出来，得到矩阵V的过程，具体包括：

根据所述矩阵V数据包中包括的矩阵V中选定的部分元素中的一个元素，以及所述选定的部分元素之间存在的相同或共轭的特性，将所述选定的部分元素恢复出来；以及

根据所述矩阵V数据包中包括的矩阵V中其他部分元素中的一个元素，以及所述选定的部分元素之间存在的相同或实部符号相反的特性，将所述其他部分元素恢复出来。

9.如权利要求6-8任一所述的方法，其特征在于，当所述矩阵H为针对2输入2输出的多输入多输出系统的2*2的复数矩阵时，所述选定的部分元素为所述矩阵V的主对角线上的元素；将选定的部分元素和其他部分元素恢复出来，得到矩阵V的过程具体包括：

根据主对角线上的一个元素，将与其共轭的另一个元素恢复出来；

根据非主对角线上的一个元素，将与其实部符号相反的另一个元素恢复出来。

10.一种波束赋形的预编码矩阵提供装置，其特征在于，包括：

矩阵获取模块，用于接收到中心接入点发送的探测导频信号时，进行信道估计，获得多径信道增益矩阵H；

矩阵分解模块，用于采用设定的矩阵分解方式，对所述矩阵H进行矩阵奇异值SVD分解，得到满足设定条件的矩阵V；其中，所述满足设定条件的矩阵V为选定的部分元素相同或共轭，其他部分元素相同或实部符号相反的矩阵V；

矩阵提供模块，用于从所述选定的部分元素中提取一个元素和所述其他部分元素中提取一个元素，将提取的元素封装到矩阵V数据包中提供给中心接入点。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述矩阵分解模块，具体用于：

按照设定的元素实数化和矩阵旋转规则，对所述矩阵H通过左乘至少一个酉矩阵和/或至少一个吉文斯旋转矩阵，以及右乘至少一个酉矩阵和/或至少一个Givens旋转矩阵，将所述矩阵H转化为对应的奇异值矩阵；

将右乘的至少一个酉矩阵和/或至少一个吉文斯旋转矩阵按照奇异值矩阵转化过程中右乘的顺序累计相乘，得到所述满足设定条件的矩阵V。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述矩阵分解模块，具体用于：

当所述矩阵H为针对2输入2输出的多输入多输出系统的2*2的复数矩阵时，通过左乘酉矩阵E₁，将所述矩阵H的第一列实数化，得到第一列实数化后的矩阵H₁；通过左乘吉文斯旋转矩阵G₁，将所述矩阵H₁的左下角元素归零，得到归零处理后的矩阵H₂；通过左乘酉矩阵E₂以及左乘和右乘酉矩阵E₃，将所述矩阵H₂的第二列实数化，得到第二列实数化后的矩阵H₄；通过左乘吉文斯旋转矩阵G₂和右乘吉文斯旋转矩阵G₃，将所述矩阵H₄的右上角元素归零，得到所述矩阵H对应的奇异值矩阵H₅。

13.如权利要求11或12所述的装置，其特征在于，所述矩阵分解模块，还用于：

转化得到的奇异值矩阵中的奇异值有非正值时，对所述奇异值矩阵进行修正的过程，具体包括：根据非正值在奇异值矩阵中的位置，选择对应的修正矩阵；通过右乘所述修正矩阵，将所述奇异值矩阵中的非正值修正为正值，得到修正后的奇异值矩阵。

14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述矩阵分解模块，具体用于：

若未对所述奇异值矩阵进行修正，则将右乘的酉矩阵和右乘的吉文斯旋转矩阵，按照奇异值矩阵转化过程中右乘的顺序累计相乘，得到所述满足设定条件的矩阵V；

若对所述奇异值矩阵进行修正，则将右乘的酉矩阵、右乘的吉文斯旋转矩阵和右乘的修正矩阵，按照奇异值矩阵转化过程中右乘的顺序累计相乘，得到所述满足设定条件的矩阵V。

15.一种接入站点，其特征在于，包括如权利要求10-14任一所述的波束赋形的预编码矩阵提供装置。

16.一种波束赋形的预编码矩阵获得装置，其特征在于，包括：

信号发送模块，用于发送探测导频信号给接入站点；

信息接收模块，用于接收所述接入站点采用设定的矩阵分解方式对获得多径信道增益矩阵H进行矩阵奇异值SVD分解得到预编码矩阵V后返回的矩阵V数据包；

矩阵恢复模块，用于根据所述矩阵V数据包中包括的矩阵V中选定的部分元素中的一个元素和其他部分元素中的一个元素，采用所述矩阵分解方式对应的选定的矩阵恢复规则，将所述矩阵V中选定的部分元素和其他部分元素恢复出来，得到矩阵V；其中选定的部分元素相同或共轭，其他部分元素相同或实部符号相反。

17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述矩阵恢复模块，具体用于：

根据所述矩阵V数据包中包括的矩阵V中选定的部分元素中的一个元素，以及所述选定的部分元素之间存在的相同或共轭的特性，将所述选定的部分元素恢复出来；以及

根据所述矩阵V数据包中包括的矩阵V中其他部分元素中的一个元素，以及所述选定的部分元素之间存在的相同或实部符号相反的特性，将所述其他部分元素恢复出来。

18.如权利要求16或17所述的装置，其特征在于，所述矩阵恢复模块，具体用于：

当所述矩阵H为针对2输入2输出的多输入多输出系统的2*2的复数矩阵时，确定所述选定的部分元素为所述矩阵V的主对角线上的元素；

根据主对角线上的一个元素，将与其共轭的另一个元素恢复出来；

根据非主对角线上的一个元素，将与其实部符号相反的另一个元素恢复出来。

19.一种中心接入点，其特征在于，包括如权利要求16-18任一所述的波束赋形的预编码矩阵获得装置。

20.一种多输入多输出MIMO系统，其特征在于，包括如权利要求15所述的接入站点和如权利要求19所述的中心接入点。

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