CN106712818A - 一种预编码矩阵获取方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种预编码矩阵获取方法及装置，所述方法包括：发射输入信号并获取输出信号；确定各基站天线与目标无线接入端口间的目标信道的目标信道信息矩阵，以及各基站天线与其他无线接入端口间的信道的信道信息矩阵；确定目标信道信息矩阵对应的干扰信道矩阵；对干扰信道矩阵进行单位矩阵拓展，得到拓展干扰信道矩阵；对拓展干扰信道矩阵进行共轭转置处理，得到目标共轭转置矩阵；对目标共轭转置矩阵进行QR分解，得到第一层预编码矩阵；根据第一层预编码矩阵得到第二层预编码矩阵，根据第一次预编码矩阵和第二层预编码矩阵得到预编码矩阵。本实施例可减小计算第一层预编码矩阵时的运算量，从而减小预编码方法的运算量。

Description

一种预编码矩阵获取方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种预编码矩阵获取方法及装置。

背景技术

在分布式大规模MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出)系统中，一个基站上通常设置有超过128根的基站天线。同时基站通过有线线缆分别与多个无线接入端口(Radio Access Port，RAP)连接，这些无线接入端口分布在该基站覆盖范围下的蜂窝小区的不同位置处，每个无线接入端口上都部署有多个射频天线。

在分布式大规模MIMO系统中，基站发射端在利用基站天线发射信号之前，需要对待发射的信号进行预编码。预编码技术是一种基站发射端利用信道状态信息对发射信号进行预处理，以提高系统容量或降低系统的误码率为目的的信号处理技术。

现有技术中公开了一种正交块对角化(Regularized block diagonalization，RBD)的预编码方法，该方法的过程为：

获取基站天线与多个无线接入端口之间的信道的信道信息矩阵；根据信道信息矩阵得到干扰信道矩阵；对干扰信道矩阵进行拓展，得到拓展干扰信道矩阵；对拓展干扰信道矩阵的共轭转置矩阵进行奇异值分解(Singular Value Decomposition，SVD)，得到第一层预编码矩阵；对第一层预编码矩阵左乘信道信息矩阵后得到的矩阵进行SVD分解，得到第二层预编码矩阵；根据第一层预编码矩阵和第二层预编码矩阵计算得到预编码矩阵。

但是，上述方法中，SVD分解过程的复杂度较高，计算第一层预编码矩阵时的运算量较大，从而导致预编码方法的运算量较大。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种预编码矩阵获取方法及装置，以减小计算第一层预编码矩阵时的运算量，从而减小预编码方法的运算量。

为达到上述目的，本发明实施例提供了一种预编码矩阵获取方法，应用于任一基站，所述方法包括：

通过各基站天线向各无线接入端口发射输入信号，并获取各无线接入端口接收到的输出信号；

根据所述输入信号和所述输出信号，确定各基站天线与目标无线接入端口间的目标信道的目标信道信息矩阵，以及各基站天线与其他无线接入端口间的信道的信道信息矩阵；其中，所述目标无线接入端口为所述基站连接的所有无线接入端口中任一个；

根据所述各基站天线与其他无线接入端口间的信道的信道信息矩阵，确定所述目标信道信息矩阵对应的干扰信道矩阵；

对所述干扰信道矩阵进行单位矩阵拓展，得到拓展干扰信道矩阵；

对所述拓展干扰信道矩阵进行共轭转置处理，得到目标共轭转置矩阵；

对所述目标共轭转置矩阵进行QR分解，得到第一层预编码矩阵。

优选地，所述对所述目标共轭转置矩阵进行QR分解，得到第一层预编码矩阵的步骤，包括：

对所述目标共轭转置矩阵进行QR分解，得到目标酉矩阵；

根据除所述目标无线接入端口之外的其他无线接入端口的射频天线的数量和基站天线数量对所述目标酉矩阵的共轭转置矩阵进行分块，得到预设数量的块矩阵；

将各块矩阵中N×N阶的目标块矩阵确定为第一层预编码矩阵；其中，所述N为基站天线数量。

优选地，所述方法还包括：

存储所述目标酉矩阵以及对所述目标共轭转置矩阵进行QR分解得到的目标上三角矩阵；

当检测到各基站天线与第一无线接入端口间的第一信道发生变化时，判断所述第一信道是否为所述目标信道；其中，所述第一无线接入端口为所述基站连接的所有无线接入端口中任一个；

如果否，确定所述第一信道对应的第一信道信息矩阵，并利用所述第一信道信息矩阵更新所述目标共轭转置矩阵；根据更新后的目标共轭转置矩阵以及所述目标上三角矩阵，对存储的目标酉矩阵进行Givens变换，得到Givens变换后的目标酉矩阵；将Givens变换后的目标酉矩阵确定为当前的目标酉矩阵，并返回执行所述根据除所述目标无线接入端口之外的其他无线接入端口的射频天线的数量和基站天线数量对所述目标酉矩阵的共轭转置矩阵进行分块，得到预设数量的块矩阵的步骤。

优选地，所述根据更新后的目标共轭转置矩阵以及所述目标上三角矩阵，对存储的目标酉矩阵进行Givens变换，得到Givens变换后的目标酉矩阵的步骤，包括：

根据所述第一信道信息矩阵对更新后的目标共轭转置矩阵进行分块，得到与所述第一信道信息矩阵对应的第一块矩阵；

根据所述第一信道信息矩阵对所述目标上三角矩阵进行分块，得到与所述第一信道信息矩阵对应的第二块矩阵；

对存储的目标酉矩阵以及所述第二块矩阵进行Givens变换，当所述第一块矩阵、Givens变换后的目标酉矩阵和Givens变换后的第二块矩阵满足QR分解条件时，得到Givens变换后的目标酉矩阵。

优选地，所述确定所述第一信道对应的第一信道信息矩阵，并利用所述第一信道信息矩阵更新所述目标共轭转置矩阵的步骤，包括：

判断是否满足

如果返回执行所述通过各基站天线向各无线接入端口发射输入信号，并获取各无线接入端口接收到的输出信号的步骤；

如果则确定所述第一信道对应的第一信道信息矩阵，并利用所述第一信道信息矩阵更新所述目标共轭转置矩阵；

其中，所述所述M_k为所述第k个无线接入端口的射频天线数量，所述K为无线接入端口的数量，所述M_i为所述目标无线接入端口的射频天线数量。

优选地，所述拓展干扰信道矩阵的计算公式为：

其中，

所述H_i为目标信道信息矩阵，所述为所述干扰信道矩阵，所述所述I为单位矩阵，所述所述M_k为所述第k个无线接入端口的射频天线数量，所述为所述目标无线接入端口的噪声的方差，所述P_T为功率限制，所述K为无线接入端口的数量，所述H_K为各基站天线与第K个无线接入端口间信道的信道信息矩阵，所述为所述H_K的转置矩阵，所述为所述拓展干扰信道矩阵。

本发明实施例还提供了一种预编码矩阵获取装置，应用于任一基站，所述装置包括：

获取模块，用于通过各基站天线向各无线接入端口发射输入信号，并获取各无线接入端口接收到的输出信号；

第一确定模块，用于根据所述输入信号和所述输出信号，确定各基站天线与目标无线接入端口间的目标信道的目标信道信息矩阵，以及各基站天线与其他无线接入端口间的信道的信道信息矩阵；其中，所述目标无线接入端口为所述基站连接的所有无线接入端口中任一个；

第二确定模块，用于根据所述各基站天线与其他无线接入端口间的信道的信道信息矩阵，确定所述目标信道信息矩阵对应的干扰信道矩阵；

拓展模块，用于对所述干扰信道矩阵进行单位矩阵拓展，得到拓展干扰信道矩阵；

共轭转置模块，用于对所述拓展干扰信道矩阵进行共轭转置处理，得到目标共轭转置矩阵；

QR分解模块，用于对所述目标共轭转置矩阵进行QR分解，得到第一层预编码矩阵。

优选地，所述QR分解模块，包括：

QR分解单元，用于第一对所述目标共轭转置矩阵进行QR分解，得到目标酉矩阵；

第一分块单元，用于根据除所述目标无线接入端口之外的其他无线接入端口的射频天线的数量和基站天线数量对所述目标酉矩阵的共轭转置矩阵进行分块，得到预设数量的块矩阵；

确定单元，用于将各块矩阵中N×N阶的目标块矩阵确定为第一层预编码矩阵；其中，所述N为基站天线数量。

优选地，所述装置还包括：

存储模块，用于存储所述目标酉矩阵以及对所述目标共轭转置矩阵进行QR分解得到的目标上三角矩阵；

判断模块，用于当检测到各基站天线与第一无线接入端口间的第一信道发生变化时，判断所述第一信道是否为所述目标信道；其中，所述第一无线接入端口为所述基站连接的所有无线接入端口中任一个；

第三确定模块，用于当判断模块的判断结果为否时，确定所述第一信道对应的第一信道信息矩阵，并利用所述第一信道信息矩阵更新所述目标共轭转置矩阵；根据更新后的目标共轭转置矩阵以及所述目标上三角矩阵，对存储的目标酉矩阵进行Givens变换，得到Givens变换后的目标酉矩阵；将Givens变换后的目标酉矩阵确定为当前的目标酉矩阵，并触发所述第一分块单元。

优选地，所述第三确定模块包括：

第二分块单元，用于根据所述第一信道信息矩阵对更新后的目标共轭转置矩阵进行分块，得到与所述第一信道信息矩阵对应的第一块矩阵；

第三分块单元，用于根据所述第一信道信息矩阵对所述目标上三角矩阵进行分块，得到与所述第一信道信息矩阵对应的第二块矩阵；

Givens变换单元，用于对存储的目标酉矩阵以及所述第二块矩阵进行Givens变换，当所述第一块矩阵、Givens变换后的目标酉矩阵和Givens变换后的第二块矩阵满足QR分解条件时，得到Givens变换后的目标酉矩阵。

本发明实施例提供的预编码矩阵获取方法及装置，采用对目标共轭转置矩阵进行QR分解的方式计算第一层预编码矩阵，可减小计算第一层预编码矩阵时的运算量，从而减小预编码方法的运算量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的预编码矩阵获取方法的第一种流程图；

图2为对目标共轭转置矩阵进行QR分解得到第一层预编码矩阵的流程图；

图3为本发明实施例提供的预编码矩阵获取方法的第二种流程图；

图4为本发明实施例提供的系统容量和信噪比的关系图；

图5为本发明实施例提供的误码率和信噪比的关系图；

图6为本发明实施例提供的预编码矩阵获取装置的第一种结构示意图；

图7为本发明实施例提供的QR分解模块的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的预编码矩阵获取装置的第二种结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种预编码矩阵获取方法，该方法应用于分布式大规模MIMO系统中的任意一个基站，具体可应用于该基站的控制器。

图1为本发明实施例提供的预编码矩阵获取方法的第一种流程图，该方法包括：

S110，通过各基站天线向各无线接入端口发射输入信号，并获取各无线接入端口接收到的输出信号。

S120，根据所述输入信号和所述输出信号，确定各基站天线与目标无线接入端口间的目标信道的目标信道信息矩阵，以及各基站天线与其他无线接入端口间的信道的信道信息矩阵；其中，所述目标无线接入端口为所述基站连接的所有无线接入端口中任一个。

需要说明的是，基站发射端包含有多个基站天线，为了计算第一层预编码，需要获取各基站天线与各无线接入端口之间的信道信息矩阵，本实施例中，可采用信道检测的方式获取各基站天线与各无线接入端口之间的信道信息矩阵。

具体地，信道检测的方式为：基站控制器通过各基站天线向各无线接入端口发射输入信号，各输入信号经过信道后会发生变化，各无线接入端口接收到输出信号后，将输出信号上传给基站控制器，然后基站控制器根据输入信号和输出信号计算各基站天线与各无线接入端口间的信道的信道信息矩阵。信道信息矩阵具体的计算方法为现有技术，此处不再赘述。

举例而言，预设基站天线数量为N，均匀分布在蜂窝小区内的无线接入端口的数量为K，第k个无线接入端口上设置有M_k个射频天线，则有如下计算公式：

其中，x_k为各基站天线向第k个无线接入端口发射的输入信号，W_k为基站与第k个无线接入端口间的预编码矩阵，W_k满足P_T为功率限制。

预设第i个无线接入端口为目标无线接入端口，v_i表示目标无线接入端口的噪声，其方差为 为各基站天线与目标无线接入端口间的目标信道的目标信道信息矩阵，H_i为M_i×N阶的矩阵，M_i为目标无线接入端口的射频天线数量，各基站天线与第k个无线接入端口间的信道的信道信息矩阵为H_k，y_i为目标无线接入端口接收到的输出信号。

S130，根据所述各基站天线与其他无线接入端口间的信道的信道信息矩阵，确定所述目标信道信息矩阵对应的干扰信道矩阵。

具体地，目标信道信息矩阵对应的干扰信道矩阵可以为：

其中，为阶矩阵，为信道信息矩阵H_k的转置矩阵， 为除了目标无线接入端口外其他所有无线接入端口的射频天线数量，M_R为所有无线接入端口的射频天线数量，M_k为第k个无线接入端口的射频天线数量。

S140，对所述干扰信道矩阵进行单位矩阵拓展，得到拓展干扰信道矩阵。

具体地，对干扰信道矩阵进行单位矩阵拓展，得到的拓展干扰信道矩阵可以为：

其中，I为阶的单位矩阵，为阶的矩阵，(此为现有技术)。

S150，对所述拓展干扰信道矩阵进行共轭转置处理，得到目标共轭转置矩阵。

具体地，对拓展干扰信道矩阵进行共轭转置处理，得到目标共轭转置矩阵具体的处理过程为现有技术，此处不再赘述。

S160，对所述目标共轭转置矩阵进行QR分解，得到第一层预编码矩阵。

本实施例中，QR分解方法是将矩阵分解成一个酉矩阵Q与上三角形矩阵R，所以称为QR分解法。在实际计算时，QR分解较SVD分解的复杂度小(此为现有技术)，从而能够减小计算第一层预编码矩阵时的运算量，进而减小预编码方法的运算量。

具体地，为了便于理解步骤S160的具体实现方式，S160可包括图2所示的过程。图2为对目标共轭转置矩阵进行QR分解得到第一层预编码矩阵的流程图，该过程包括：

S161，对所述目标共轭转置矩阵进行QR分解，得到目标酉矩阵。

具体地，根据以下公式对目标共轭转置矩阵进行QR分解

得到目标酉矩阵Q_i和上三角矩阵R_i。其中，Q_i为阶矩阵，且R_i为阶矩阵。

可以得到

其中，为矩阵R_i的前行矩阵，为矩阵R_i的后N行矩阵。因此，为阶的上三角方阵，为阶的全零矩阵。

S162，根据除所述目标无线接入端口之外的其他无线接入端口的射频天线的数量和基站天线数量对所述目标酉矩阵的共轭转置矩阵进行分块，得到预设数量的块矩阵。

具体地，预设数量可根据具体分块的方式自由设定，本实施例中，预设数量优选为4。

根据除目标无线接入端口之外的其他无线接入端口的射频天线的数量和基站天线数量N对目标酉矩阵的共轭转置矩阵进行分块，得到

其中，Q_i,1，Q_i,2，Q_i,3，Q_i,4分别是N×N阶的矩阵。

S163，将各块矩阵中N×N阶的目标块矩阵确定为第一层预编码矩阵；其中，所述N为基站天线数量。

具体地，由于[Q_i,3 Q_i,4]的列是标准正交单位向量，我们可以获得：

根据公式(5)，有

有公式(7)可知，Q_i,4可以很好的平衡噪声和各无线端口之间的干扰，因此可以将Q_i,4作为第一层预编码矩阵。

设第一层预编码矩阵为F_i ^a，则有

其中，代表了目标酉矩阵的共轭转置矩阵的倒数N行和倒数N列所组成的方阵，即Q_i,4。

本发明实施例提供的预编码矩阵获取方法，采用对目标共轭转置矩阵进行QR分解的方式计算第一层预编码矩阵，可减小计算第一层预编码矩阵时的运算量，从而减小预编码方法的运算量。

当各基站天线与某一个无线接入端口间的信道发生变化时，现有技术的方法通常采用重新计算的方式计算第一层预编码矩阵，这样将导致计算第一层预编码矩阵时的计算量增加，为了解决该问题，本实施例还提供了另外一种预编码矩阵获取方法的实现方式。

图3为本发明实施例提供的预编码矩阵获取方法的第二种流程图，与图1和图2所示的方法不同之处在于，所述方法还包括：

S170，存储所述目标酉矩阵以及对所述目标共轭转置矩阵进行QR分解得到的目标上三角矩阵。

具体的，将根据公式(3)得到目标酉矩阵Q_i和上三角矩阵R_i进行存储，以待后续使用。

S180，当检测到各基站天线与第一无线接入端口间的第一信道发生变化时，判断所述第一信道是否为所述目标信道；其中，所述第一无线接入端口为所述基站连接的所有无线接入端口中任一个。如果否，执行步骤S190；如果是，执行步骤S1100，获取第一层预编码矩阵。

具体地，当基站控制器检测到各基站天线与某一个无线接入端口(命名为第一无线接入端口)间的第一信道发生变化时，会判断该第一信道是否为目标信道。

需要说明的是，根据公式(2)可知，目标无线接入端口对应的干扰信道矩阵与目标信道信息矩阵无关，如果是目标信道发生变化，则干扰信道矩阵不变，此时，根据步骤S110-S170计算得到的第一层预编码矩阵没有改变，因此，可直接获取第一层预编码矩阵。

S190，确定所述第一信道对应的第一信道信息矩阵，并利用所述第一信道信息矩阵更新所述目标共轭转置矩阵；根据更新后的目标共轭转置矩阵以及所述目标上三角矩阵，对存储的目标酉矩阵进行Givens变换，得到Givens变换后的目标酉矩阵；将Givens变换后的目标酉矩阵确定为当前的目标酉矩阵，并返回执行所述根据除所述目标无线接入端口之外的其他无线接入端口的射频天线的数量和基站天线数量对所述目标酉矩阵的共轭转置矩阵进行分块，得到预设数量的块矩阵的步骤。

具体地，如果判断第一信道不为目标信道，则确定第一信道对应的第一信道信息矩阵，并利用第一信道信息矩阵更新目标共轭转置矩阵。

举例而言，设各基站天线与第p个无线接入端口间的信道发生变化，且p>i，根据公式(3)可知，原始的目标共轭转置矩阵可表示为

其中， 为阶矩阵；H_p为原始第一信道信息矩阵，H_{i_p}为阶矩阵； 为阶矩阵，M_p为第p个无线接入端口的射频天线数量；

更新后的目标共轭转置矩阵为

其中，为更新后的目标共轭转置矩阵，H'_p为第一信道变化后的第一信道信息矩阵。

在获取更新后的目标共轭转置矩阵后，根据更新后的目标共轭转置矩阵以及所述目标上三角矩阵，对存储的目标酉矩阵进行Givens变换，得到Givens变换后的目标酉矩阵。具体地，Givens变换后的目标酉矩阵获取方法包括如下步骤：

A1、根据所述第一信道信息矩阵对更新后的目标共轭转置矩阵进行分块，得到与所述第一信道信息矩阵对应的第一块矩阵。

具体地，根据第一信道变化后的第一信道信息矩阵H'_p对更新后的目标共轭转置矩阵进行分块，则公式(10)还可以表示为

其中，H'_{i_p}为第一块矩阵，其为阶矩阵。

A2、根据所述第一信道信息矩阵对所述目标上三角矩阵进行分块，得到与所述第一信道信息矩阵对应的第二块矩阵。

具体地，根据第一信道变化后的第一信道信息矩阵H'_p对目标上三角矩阵R_i进行分块，则有

R_i＝{R₁,R_p,R₂} (12)

其中，R_i为阶矩阵，R₁为阶矩阵；R_p为第二块矩阵，其为阶矩阵，R₂为阶矩阵。

A3、对存储的目标酉矩阵以及所述第二块矩阵进行Givens变换，当所述第一块矩阵、Givens变换后的目标酉矩阵和Givens变换后的第二块矩阵满足QR分解条件时，得到Givens变换后的目标酉矩阵。

具体地，根据公式有

但由于第一信道发生了变化，矩阵H_{i_p}变为了H_i'_{_p}，因此，H_i'_{_p}、Q_i和R_p已经不满足QR分解条件了，为了满足QR分解条件，则需要对Q_i和R_p进行Givens变换。

具体地，将{R_p,R₂}(从矩阵的第列开始到最后一列)化解：对于R_p第一列(矩阵的第列)，构造一系列Givens变换矩阵使其后项为零；对于R_p的第2列(矩阵的第列)，构造一系列Givens变换矩阵使其后项为零；以此类推，对于R_p的第M_p列(矩阵的第列)，构造一系列Givens变换矩阵使得其后项为零。对于R_p的第一列(矩阵的第列)构造一系列Givens变换矩阵以此类推。

最终得到Givens变换后的第二块矩阵为

Givens变换后的目标酉矩阵为

具体地，当Givens变换后的目标酉矩阵计算完成后，将其确定为当前的目标酉矩阵，并返回步骤S162。

在另一个实施例中，当p<i时，根据公式(3)可知，原始的目标共轭转置矩阵可表示为

其中， 为阶矩阵；H_p为原始第一信道信息矩阵，H_{i_p}为阶矩阵； 为阶矩阵，M_p为第p个无线接入端口的射频天线数量；

更新后的目标共轭转置矩阵为

其中，为更新后的目标共轭转置矩阵，H'_p为第一信道变化后的第一信道信息矩阵。

根据第一信道变化后的第一信道信息矩阵H'_p对目标上三角矩阵R_i进行分块，则有

R_i＝{R₁,R_p,R₂} (12)

其中，R_i为阶矩阵，R₁为阶矩阵；R_p为第二块矩阵，其为阶矩阵，R₂为阶矩阵。

将{R_p,R₂}(从矩阵的第项开始到最后一列)化解：对于R_p第一列(矩阵的第列)，构造一系列Givens变换矩阵使其后项为零；对于R_p的第2列(矩阵的第列)，构造一系列Givens变换矩阵使其后项为零；以此类推，对于R_p的第M_p列(矩阵的第列)，构造一系列Givens变换矩阵使得其后项为零。对于R_p的第一列(矩阵的第列)构造一系列Givens变换矩阵以此类推。

最终得到Givens变换后的第二块矩阵为

Givens变换后的目标酉矩阵为

本实施例中，通过对目标共轭转置矩阵进行QR分解，然后把QR分解的结果保存起来，当用户更新信道时，可以利用之前存储的结果在此基础上进行Givens变换，可得到更新后的目标酉矩阵，无需重新计算整个过程，因此，在计算目标酉矩阵可降低计算量。

优选地，所述确定第一信道对应的第一信道信息矩阵，并利用所述第一信道信息矩阵更新所述目标共轭转置矩阵的步骤，包括：

B1、判断是否满足如果是，执行步骤B2；如果否，执行步骤B3。

B2、返回执行所述通过各基站天线向各无线接入端口发射输入信号，并获取各无线接入端口接收到的输出信号的步骤。

具体地，为了进一步降低计算量，本实施例中，基站控制器在更新目标共轭转置矩阵之前，需要判断是否满足如果说明基站天线的数量和射频天线的数量较少，目标共轭转置矩阵的维度较小，此时无需采用更新目标共轭转置矩阵的方式，可重新根据输入信号和输出信号再次计算第一层预编码。

B3、确定所述第一信道对应的第一信道信息矩阵，并利用所述第一信道信息矩阵更新所述目标共轭转置矩阵。

具体地，当判断出说明基站天线的数量和射频天线的数量较多，目标共轭转置矩阵的维度较大，可根据上述S190所述的利用第一信道信息矩阵更新目标共轭转置矩阵的方法计算目标共轭转置矩阵，从而进一步计算第一层预编码矩阵。

S1110，根据获得的第一层预编码矩阵，计算第二层预编码矩阵；根据第一层预编码矩阵和第二层预编码矩阵，计算预编码矩阵。

具体地，在获得第一层预编码矩阵后，可以对第一层预编码矩阵左乘目标信道信息矩阵H_i后的矩阵进行SVD分解，得到第二层预编码矩阵

其中，与V_i∈C^N×N均为酉矩阵，为对角矩阵，有l_i个非零元。包含了矩阵V_i的前l_i列，包含了矩阵V_i的最后的N-l_i列。

第二层预编码矩阵F_i ^b为：

然后，根据和可计算得到预编码矩阵W_p，

其中，W_p为预编码矩阵，β为功率比例因子，可以通过获得，具体的预编码矩阵的计算过程为现有技术，此处不再赘述。

值得注意的是，在本实施例中，根据步骤S163得到的第一层预编码矩阵也可以计算得到第二层预编码矩阵，进而得到预编码矩阵，因此，本实施例既适用于信道不变的情况，也适用于信道改变的情况。

图4为本发明实施例提供的系统容量和信噪比的关系图，系统容量和信噪比可通过现有的计算公式计算得到。如图4所示，横坐标表示信噪比，纵坐标表示系统容量。

曲线410为根据现有的BD(block diagonalization，块对角化)算法得到的系统容量和信噪比的关系图，曲线420为根据现有的SLNP(Signal to leakage Plus noiseRatio，信漏噪比)算法得到的系统容量和信噪比的关系图，曲线430为根据现有的RBD算法得到的系统容量和信噪比的关系图，曲线440为根据本实施例提供的算法得到的系统容量和信噪比的关系图，但由于曲线430和曲线440差距很小，因此无法明显的区分二者。

由于在相同信噪比下，系统容量越高算法平衡多个无线接入端口间的干扰和噪声的效果越好，因此，从图中可以看出，本实施例提供的算法的效果较BD算法和SLNP算法的效果好，与RBD算法的效果差距很小。

图5为本发明实施例提供的误码率和信噪比的关系图，误码率和信噪比可通过现有的计算公式计算得到。如图5所述，横坐标表示信噪比，纵坐标表示误码率。

曲线510为根据现有的BD算法得到的误码率和信噪比的关系图，曲线520为根据现有的SLNP算法得到的误码率和信噪比的关系图，曲线530为根据现有的RBD算法得到的误码率和信噪比的关系图，曲线540为根据本实施例提供的算法得到的误码率和信噪比的关系图，但由于曲线530和曲线540差距很小，因此无法明显的区分二者。

由于在相同信噪比下，误码率越小算法平衡多个无线接入端口间的干扰和噪声的效果越好，因此，从图中可以看出，本实施例提供的算法的效果较BD算法和SLNP算法的效果好，与RBD算法的效果差距很小。

本发明实施例还提供了一种预编码矩阵获取装置，应用于任一基站，具体应用于该基站的控制器。图6为本发明实施例提供的预编码矩阵获取装置的第一种结构示意图，所述装置包括：

获取模块610，用于通过各基站天线向各无线接入端口发射输入信号，并获取各无线接入端口接收到的输出信号；

第一确定模块620，用于根据所述输入信号和所述输出信号，确定各基站天线与目标无线接入端口间的目标信道的目标信道信息矩阵，以及各基站天线与其他无线接入端口间的信道的信道信息矩阵；其中，所述目标无线接入端口为所述基站连接的所有无线接入端口中任一个；

第二确定模块630，用于根据所述各基站天线与其他无线接入端口间的信道的信道信息矩阵，确定所述目标信道信息矩阵对应的干扰信道矩阵；

拓展模块640，用于对所述干扰信道矩阵进行单位矩阵拓展，得到拓展干扰信道矩阵；

共轭转置模块650，用于对所述拓展干扰信道矩阵进行共轭转置处理，得到目标共轭转置矩阵；

QR分解模块660，用于对所述目标共轭转置矩阵进行QR分解，得到第一层预编码矩阵。

本发明实施例提供的预编码矩阵获取装置，采用对目标共轭转置矩阵进行QR分解的方式计算第一层预编码矩阵，可减小计算第一层预编码矩阵时的运算量，从而减小预编码方法的运算量。

图7为本发明实施例提供的QR分解模块的结构示意图，所述QR分解模块660，包括：

QR分解单元661，用于第一对所述目标共轭转置矩阵进行QR分解，得到目标酉矩阵；

第一分块单元662，用于根据除所述目标无线接入端口之外的其他无线接入端口的射频天线的数量和基站天线数量对所述目标酉矩阵的共轭转置矩阵进行分块，得到预设数量的块矩阵；

确定单元663，用于将各块矩阵中N×N阶的目标块矩阵确定为第一层预编码矩阵；其中，所述N为基站天线数量。

图8为本发明实施例提供的预编码矩阵获取装置的第二种结构示意图，与图6和图7不同之处在于，所述装置还包括：

存储模块670，用于存储所述目标酉矩阵以及对所述目标共轭转置矩阵进行QR分解得到的目标上三角矩阵；

判断模块680，用于当检测到各基站天线与第一无线接入端口间的第一信道发生变化时，判断所述第一信道是否为所述目标信道；其中，所述第一无线接入端口为所述基站连接的所有无线接入端口中任一个；

第三确定模块690，用于当判断模块680的判断结果为否时，确定所述第一信道对应的第一信道信息矩阵，并利用所述第一信道信息矩阵更新所述目标共轭转置矩阵；根据更新后的目标共轭转置矩阵以及所述目标上三角矩阵，对存储的目标酉矩阵进行Givens变换，得到Givens变换后的目标酉矩阵；将Givens变换后的目标酉矩阵确定为当前的目标酉矩阵，并触发所述第一分块单元662；

第四确定模块6100，用于当判断模块680的判断结果为是时，获取第一层预编码矩阵；

计算模块6110，用于根据获得的第一层预编码矩阵，计算第二层预编码矩阵；根据第一层预编码矩阵和第二层预编码矩阵，计算预编码矩阵。

优选地，所述第三确定模块690包括：

第二分块单元，用于根据所述第一信道信息矩阵对更新后的目标共轭转置矩阵进行分块，得到与所述第一信道信息矩阵对应的第一块矩阵；

第三分块单元，用于根据所述第一信道信息矩阵对所述目标上三角矩阵进行分块，得到与所述第一信道信息矩阵对应的第二块矩阵；

Givens变换单元，用于对存储的目标酉矩阵以及所述第二块矩阵进行Givens变换，当所述第一块矩阵、Givens变换后的目标酉矩阵和Givens变换后的第二块矩阵满足QR分解条件时，得到Givens变换后的目标酉矩阵。

本实施例中，通过对目标共轭转置矩阵进行QR分解，然后把QR分解的结果保存起来，当用户更新信道时，可以利用之前存储的结果在此基础上进行Givens变换，可得到更新后的目标酉矩阵，无需重新计算整个过程，因此，在计算目标酉矩阵可降低计算量。

所述第三确定模块690包括：

判断单元，用于判断是否满足

触发单元，用于当判断单元判断结果为时，触发所述获取模块610；

更新单元，用于当判断单元判断结果为确定所述第一信道对应的第一信道信息矩阵，并利用所述第一信道信息矩阵更新所述目标共轭转置矩阵；

其中，所述所述M_k为所述第k个无线接入端口的射频天线数量，所述K为无线接入端口的数量，所述M_i为所述目标无线接入端口的射频天线数量。

优选地，所述拓展干扰信道矩阵的计算公式为：

其中，

所述H_i为目标信道信息矩阵，所述为所述干扰信道矩阵，所述所述I为单位矩阵，所述所述M_k为所述第k个无线接入端口的射频天线数量，所述为所述目标无线接入端口的噪声的方差，所述P_T为功率限制，所述K为无线接入端口的数量，所述H_K为各基站天线与第K个无线接入端口间信道的信道信息矩阵，所述为所述H_K的转置矩阵，所述为所述拓展干扰信道矩阵。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种预编码矩阵获取方法，其特征在于，应用于任一基站，所述方法包括：

通过各基站天线向各无线接入端口发射输入信号，并获取各无线接入端口接收到的输出信号；

根据所述输入信号和所述输出信号，确定各基站天线与目标无线接入端口间的目标信道的目标信道信息矩阵，以及各基站天线与其他无线接入端口间的信道的信道信息矩阵；其中，所述目标无线接入端口为所述基站连接的所有无线接入端口中任一个；

根据所述各基站天线与其他无线接入端口间的信道的信道信息矩阵，确定所述目标信道信息矩阵对应的干扰信道矩阵；

对所述干扰信道矩阵进行单位矩阵拓展，得到拓展干扰信道矩阵；

对所述拓展干扰信道矩阵进行共轭转置处理，得到目标共轭转置矩阵；

对所述目标共轭转置矩阵进行QR分解，得到第一层预编码矩阵。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述目标共轭转置矩阵进行QR分解，得到第一层预编码矩阵的步骤，包括：

对所述目标共轭转置矩阵进行QR分解，得到目标酉矩阵；

根据除所述目标无线接入端口之外的其他无线接入端口的射频天线的数量和基站天线数量对所述目标酉矩阵的共轭转置矩阵进行分块，得到预设数量的块矩阵；

将各块矩阵中N×N阶的目标块矩阵确定为第一层预编码矩阵；其中，所述N为基站天线数量。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

存储所述目标酉矩阵以及对所述目标共轭转置矩阵进行QR分解得到的目标上三角矩阵；

当检测到各基站天线与第一无线接入端口间的第一信道发生变化时，判断所述第一信道是否为所述目标信道；其中，所述第一无线接入端口为所述基站连接的所有无线接入端口中任一个；

如果否，确定所述第一信道对应的第一信道信息矩阵，并利用所述第一信道信息矩阵更新所述目标共轭转置矩阵；根据更新后的目标共轭转置矩阵以及所述目标上三角矩阵，对存储的目标酉矩阵进行Givens变换，得到Givens变换后的目标酉矩阵；将Givens变换后的目标酉矩阵确定为当前的目标酉矩阵，并返回执行所述根据除所述目标无线接入端口之外的其他无线接入端口的射频天线的数量和基站天线数量对所述目标酉矩阵的共轭转置矩阵进行分块，得到预设数量的块矩阵的步骤。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据更新后的目标共轭转置矩阵以及所述目标上三角矩阵，对存储的目标酉矩阵进行Givens变换，得到Givens变换后的目标酉矩阵的步骤，包括：

根据所述第一信道信息矩阵对更新后的目标共轭转置矩阵进行分块，得到与所述第一信道信息矩阵对应的第一块矩阵；

根据所述第一信道信息矩阵对所述目标上三角矩阵进行分块，得到与所述第一信道信息矩阵对应的第二块矩阵；

对存储的目标酉矩阵以及所述第二块矩阵进行Givens变换，当所述第一块矩阵、Givens变换后的目标酉矩阵和Givens变换后的第二块矩阵满足QR分解条件时，得到Givens变换后的目标酉矩阵。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述确定所述第一信道对应的第一信道信息矩阵，并利用所述第一信道信息矩阵更新所述目标共轭转置矩阵的步骤，包括：

判断是否满足

如果返回执行所述通过各基站天线向各无线接入端口发射输入信号，并获取各无线接入端口接收到的输出信号的步骤；

如果则确定所述第一信道对应的第一信道信息矩阵，并利用所述第一信道信息矩阵更新所述目标共轭转置矩阵；

其中，所述所述M_k为所述第k个无线接入端口的射频天线数量，所述K为无线接入端口的数量，所述M_i为所述目标无线接入端口的射频天线数量。

6.根据权利要求1-5任一所述的方法，其特征在于，所述拓展干扰信道矩阵的计算公式为：

${\stackrel{\&OverBar;}{\stackrel{\&OverBar;}{H}}}_i=\{\&part;I,{\stackrel{\&OverBar;}{H}}_i\}=\{\&part;I,{\&lsqb;H_1^T,...,H_{i-1}^T,H_{i+1}^T,...,H_K^T\&rsqb;}^T\}$

其中，

${\stackrel{\&OverBar;}{H}}_i={\&lsqb;H_1^T,...,H_{i-1}^T,H_{i+1}^T,...,H_K^T\&rsqb;}^T$

所述H_i为目标信道信息矩阵，所述为所述干扰信道矩阵，所述所述I为单位矩阵，所述所述M_k为所述第k个无线接入端口的射频天线数量，所述为所述目标无线接入端口的噪声的方差，所述P_T为功率限制，所述K为无线接入端口的数量，所述H_K为各基站天线与第K个无线接入端口间信道的信道信息矩阵，所述为所述H_K的转置矩阵，所述为所述拓展干扰信道矩阵。

7.一种预编码矩阵获取装置，其特征在于，应用于任一基站，所述装置包括：

获取模块，用于通过各基站天线向各无线接入端口发射输入信号，并获取各无线接入端口接收到的输出信号；

第一确定模块，用于根据所述输入信号和所述输出信号，确定各基站天线与目标无线接入端口间的目标信道的目标信道信息矩阵，以及各基站天线与其他无线接入端口间的信道的信道信息矩阵；其中，所述目标无线接入端口为所述基站连接的所有无线接入端口中任一个；

第二确定模块，用于根据所述各基站天线与其他无线接入端口间的信道的信道信息矩阵，确定所述目标信道信息矩阵对应的干扰信道矩阵；

拓展模块，用于对所述干扰信道矩阵进行单位矩阵拓展，得到拓展干扰信道矩阵；

共轭转置模块，用于对所述拓展干扰信道矩阵进行共轭转置处理，得到目标共轭转置矩阵；

QR分解模块，用于对所述目标共轭转置矩阵进行QR分解，得到第一层预编码矩阵。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述QR分解模块，包括：

QR分解单元，用于第一对所述目标共轭转置矩阵进行QR分解，得到目标酉矩阵；

第一分块单元，用于根据除所述目标无线接入端口之外的其他无线接入端口的射频天线的数量和基站天线数量对所述目标酉矩阵的共轭转置矩阵进行分块，得到预设数量的块矩阵；

确定单元，用于将各块矩阵中N×N阶的目标块矩阵确定为第一层预编码矩阵；其中，所述N为基站天线数量。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

存储模块，用于存储所述目标酉矩阵以及对所述目标共轭转置矩阵进行QR分解得到的目标上三角矩阵；

判断模块，用于当检测到各基站天线与第一无线接入端口间的第一信道发生变化时，判断所述第一信道是否为所述目标信道；其中，所述第一无线接入端口为所述基站连接的所有无线接入端口中任一个；

第三确定模块，用于当判断模块的判断结果为否时，确定所述第一信道对应的第一信道信息矩阵，并利用所述第一信道信息矩阵更新所述目标共轭转置矩阵；根据更新后的目标共轭转置矩阵以及所述目标上三角矩阵，对存储的目标酉矩阵进行Givens变换，得到Givens变换后的目标酉矩阵；将Givens变换后的目标酉矩阵确定为当前的目标酉矩阵，并触发所述第一分块单元。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第三确定模块包括：

第二分块单元，用于根据所述第一信道信息矩阵对更新后的目标共轭转置矩阵进行分块，得到与所述第一信道信息矩阵对应的第一块矩阵；

第三分块单元，用于根据所述第一信道信息矩阵对所述目标上三角矩阵进行分块，得到与所述第一信道信息矩阵对应的第二块矩阵；

Givens变换单元，用于对存储的目标酉矩阵以及所述第二块矩阵进行Givens变换，当所述第一块矩阵、Givens变换后的目标酉矩阵和Givens变换后的第二块矩阵满足QR分解条件时，得到Givens变换后的目标酉矩阵。