WO2011032421A1 - 一种基于联合收发端信息的多路波束形成方法及系统 - Google Patents

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WO2011032421A1
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matrix
signal
transmitted signal
beamforming
channel
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王衍文
刘文豪
李岩
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中兴通讯股份有限公司
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
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    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0613—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission
    • H04B7/0615—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal
    • H04B7/0617—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal for beam forming
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0413—MIMO systems
    • H04B7/0426—Power distribution
    • H04B7/0434—Power distribution using multiple eigenmodes
    • H04B7/0443—Power distribution using multiple eigenmodes utilizing "waterfilling" technique

Definitions

  • the present invention relates to the field of communications technologies, and in particular, to a method and system for forming a multipath beam based on joint transceiver information.
  • MIMO Multiple Input Multiple Output
  • SISO single input single output
  • CCI Co-Channel Interference
  • common techniques include transmitter beamforming or precoding, multi-user detection at the receiving end, or joint design of the transceiver. Since multi-user detection at the receiving end is susceptible to error spread, the use of transmitter beamforming or precoding to eliminate CCI has a performance advantage.
  • the joint transceiver research based on the known channel information at both ends of the transceiver has attracted widespread attention, such as the Singular Value Decomposition (SVD) beamforming algorithm.
  • the SVD beamforming algorithm can decompose the MIMO interface into parallel independent. Multiple single-input and single-output sub-channels, with a total transmit power of a certain amount, use the water injection algorithm for power allocation, which can achieve the maximum channel capacity.
  • the channel gains of the subchannels corresponding to the respective beams are different, the channel gain of some subchannels may be low, resulting in a large bit error rate (BER), and the existing binagonal decomposition may be seen.
  • the method (such as SVD) decomposes the MIMO channel into binaural channels with different diagonal element values, so that each channel has a different gain.
  • this channel imbalance will interfere with the search perturbation vector, resulting in performance loss.
  • the channel corresponding to each beam is ill-conditioned, it will interfere with the search disturbance vector, thereby causing a problem of performance loss.
  • An embodiment of the present invention provides a multi-path beamforming method based on joint transceiver information, including: performing a geometric mean decomposition (GMD) on a channel matrix H by a transmitting end, and decomposing a unitary matrix P; and using a unitary matrix P as a transmitting end
  • the weighting matrix of the GMD beamforming performs multi-beamforming processing on the original transmitted signal X.
  • the embodiment of the present invention further provides a multi-channel beamforming device based on joint transceiver information, including: a geometric mean decomposition module, which is configured to: perform geometric mean decomposition (GMD) on the channel matrix H, and decompose the unitary matrix P; And a beamforming processing module, configured to: perform multiplex beamforming processing on the original transmitted signal X by using the unitary matrix P as a weighting matrix for GMD beamforming.
  • GMD geometric mean decomposition
  • a further embodiment of the present invention provides a transmitting apparatus for supporting multiple beamforming of joint transceiver information, comprising: a geometric mean decomposition module configured to: perform geometric mean decomposition (GMD) on the channel matrix H, and decompose the ⁇ a matrix P; a beamforming processing module, configured to: perform a multi-beamforming process on the original transmitted signal X with a unitary matrix P as a weighting matrix of GMD beamforming; and a transmission module, which is configured to: The processed transmission signal is formed for transmission.
  • GMD geometric mean decomposition
  • K, f is the rank of the channel matrix ,
  • R is the upper triangular matrix with equal diagonal elements, and its diagonal element is ⁇ : ⁇ .) 1 , ⁇ . ⁇ ⁇ , ⁇ is the correlation matrix
  • the non-zero eigenvalue is an integer, 1 ⁇ ; the equalization processing module, which is set to: equalize the received signal r by using the unitary matrix Q- 1 ,
  • the signal received after equalization on each subchannel is r, r I ! + Ja y . + ⁇ ; is an integer, l ⁇ j ⁇ K, which is the element of the upper triangular matrix of the geometric mean decomposition, x
  • the first original transmitted signal in the original transmitted signal sequence, X is the _/ ⁇ th original transmitted signal in the original transmitted signal sequence, which is the first noise in the equalized processed noise sequence; and the signal recovery module is set as:
  • the signal received after equalization restores the transmitted signal X.
  • the present invention is due to the geometric mean decomposition of the channel matrix H, so that the subchannels corresponding to the beams obtain equal gains.
  • the channel is an ill-conditioned channel, the channel is Balance will not interfere with the search perturbation vector, thus avoiding performance loss.
  • FIG. 1 is a flow chart of a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a system structural diagram of a second embodiment provided by the present invention.
  • the first embodiment of the present invention provides a multi-path beamforming method based on joint transceiver information, where the transmitting end performs Geometric Mean Decomposition (GMD) on the channel matrix H. , the ⁇ matrix ⁇ is decomposed, and the transmitting end uses the ⁇ matrix ⁇ as the weighting matrix of the GMD beamforming to perform multiplex beamforming processing on the original transmitted signal X.
  • GMD Geometric Mean Decomposition
  • the invention uses a geometric averaging decomposition method, which can decompose the ⁇ channel matrix into a binagonal channel having the same diagonal element value, all diagonal element values being equal to the geometric mean of the channel matrix eigenvalues, so that the subchannel is obtained Equal gain.
  • a geometric averaging decomposition method which can decompose the ⁇ channel matrix into a binagonal channel having the same diagonal element value, all diagonal element values being equal to the geometric mean of the channel matrix eigenvalues, so that the subchannel is obtained Equal gain.
  • the multi-beam forming method based on the combined transceiver information, as shown in FIG.
  • Step 101 In the case that the transmitting end knows the channel information, the channel matrix is decomposed into GMD, ie, 1 , where Q, ⁇
  • the upper-angle-1 is the conjugate transpose operator, that is, ⁇ 2 , where I is the unit matrix, the lower corner, and f 2 are the number of rows and columns of the matrix, respectively.
  • the transmitted signal W ⁇ .x after beamforming where is the original transmitted signal sequence
  • r ⁇ is the i-th received signal of the equalized received signal sequence
  • a is the element of the geometric mean decomposition upper triangular matrix
  • _/ ⁇ is an integer
  • ⁇ j ⁇ K is the first original transmission in the original transmitted signal sequence
  • the signal is the first noise in the noise sequence after equalization processing, thereby making it possible to utilize the progressive interference pair
  • the signal-to-noise ratio is the same, so at the transmitting end, the transmit power of each signal is equal.
  • the second embodiment of the present invention provides a multi-beamforming system based on joint transceiver information.
  • the structure is as shown in FIG. 2, and includes: a geometric mean decomposition module 201 configured to: perform geometry on the channel matrix H The average decomposition (GMD) decomposes the unitary matrix P; the beamforming processing module 202 is configured to: perform multi-beamforming processing on the original transmitted signal X by using the unitary matrix P as a weighting matrix for GMD beamforming.
  • a geometric mean decomposition module 201 configured to: perform geometry on the channel matrix H
  • the average decomposition (GMD) decomposes the unitary matrix P
  • the beamforming processing module 202 is configured to: perform multi-beamforming processing on the original transmitted signal X by using the unitary matrix P as a weighting matrix for GMD beamforming.
  • the system further includes: a transmission module 203, configured to: transmit the transmitted signal ⁇ after the beamforming through the channel matrix ,, and the transmitted signal S is: s:!!. 1 ⁇ X.
  • the geometric mean decomposes the elements of the upper triangular matrix, ⁇ , is the first original transmitted signal in the initial transmitted signal sequence, and is the first original transmitted signal in the original transmitted signal sequence, which is the first noise in the equalized processed noise sequence;
  • the recovery module 206 is configured to resume the transmission signal according to the equalized received signal.
  • the signal recovery module 206 is configured to use the progressive interference cancellation according to the signal received after the equalization.
  • the embodiment of the present invention further provides a transmitting apparatus for supporting multiple beamforming of joint transceiver information, which includes: X X...I,
  • a geometric mean decomposition module which is configured to: perform a geometric mean decomposition (GMD) on the channel matrix H, and decompose the unitary matrix P
  • a beamforming processing module which is configured to: use a unitary matrix P as a weighting matrix for GMD beamforming,
  • the transmission signal X performs multi-beamforming processing
  • a transmission module is configured to: transmit the beamforming processed transmission signal through the channel matrix H.
  • K, f is the rank of the channel matrix ⁇ , R is the upper triangular matrix with equal diagonal elements, and its diagonal elements are - ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ 0, 4 is a non-zero eigenvalue of the correlation matrix, which is an integer, i ⁇ ⁇ 'i;
  • the transmitted signal W after beam formation ( is the original transmitted signal sequence
  • the transmission module is configured to transmit the beam-formed transmission signal ⁇ through the channel matrix
  • H is the channel matrix
  • X is the original transmitted signal
  • ⁇ is the ⁇ matrix
  • the channel matrix ⁇ is geometrically average-decomposed HzQRP- 1
  • Q is the unitary matrix;
  • K, f is the rank of the channel matrix ⁇ , R is the upper triangular matrix with equal diagonal elements, and its diagonal element is ⁇ : ⁇ .) 1 , ⁇ . ⁇ ⁇ , ⁇ is the correlation matrix
  • the non-zero eigenvalue is an integer, ⁇ ; an equalization processing module, which is set to: equalize the received signal r by using the unitary matrix Q- 1 ,
  • the signal received after equalization on each subchannel is r
  • An integer, l ⁇ j ⁇ K, is the element of the upper triangular matrix of the geometric mean decomposition, x, the first original transmitted signal in the original transmitted signal sequence, and X is the _/. original transmitted signal in the original transmitted signal sequence, To equalize the first noise in the processed noise sequence; and the signal recovery module, which is configured to: recover the transmitted signal X according to the received signal after equalization.
  • the signal recovery module is configured to recover the transmission signal by using a progressive interference cancellation technique
  • the present invention performs geometric mean decomposition on the channel matrix H such that the subchannels corresponding to the beams obtain equal gains.
  • the channel is an ill-conditioned channel, the balance of such channels will not interfere with the search perturbation vector. Avoid performance loss.

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Description

一种基于联合收发端信息的多路波束形成方法及系统
技术领域 本发明属于通信技术领域， 特别涉及一种基于联合收发端信息的多路波 束形成方法及系统。
背景技术
在第三代合作伙伴计划长期演进（ The 3rd Generation Partnership Project Long-Term Evolution, 3GPP LTE ) 系统中， 上行链路和下行链路均确定釆用 多输入多输出 （ Multiple Input Multiple Output , MIMO )的方式。 MIMO系统 可以成倍地提高信道容量， 并且具有很高的频谱利用率。 但是相比较于单输 入单输出 （ Single Input Single Output, SISO ) 系统， MIMO系统会导致共信 道干扰 (Co-Channel Interference, CCI)。 为了消除 CCI, 常用的技术包括发送 端波束形成或预编码， 接收端多用户检测， 或者收发端联合设计。 由于接收 端多用户检测容易受到误码扩散的影响， 所以使用发送端波束形成或预编码 消除 CCI更具有性能上的优势。 目前基于收发两端已知信道信息的联合收发研究引起广泛的关注， 如奇 异值分解（Singular Value Decomposition, SVD ) 波束形成算法， 通过 SVD 波束形成算法可以把多输入多输出信道分解为并行独立的多个单输入单输出 子信道， 在总发射功率一定的情况下， 釆用注水算法进行功率分配， 可以达 到最大的信道容量。
发明内容 现有技术中， 由于各个波束对应的子信道的信道增益不同， 可能某些子 信道的信道增益低， 导致大的误码率 （Bit Error Rate, BER ) , 可见现有的 二角分解方法 (如 SVD),会把 MIMO信道分解为具有不同对角元素值的二角 信道， 从而使各信道具有不同的增益。 当信道是病态的信道时， 这种信道的 不平衡将会对搜索扰动矢量产生干扰， 从而导致性能损失。 为了解决釆用现有的二角分解方法， 当各波束对应的信道病态时会对搜 索扰动矢量产生干扰， 从而导致性能损失的问题。 本发明实施例提供了一种基于联合收发端信息的多路波束形成方法， 包 括： 发送端对信道矩阵 H进行几何平均分解（GMD ) , 分解出酉矩阵 P; 以 及 发送端以酉矩阵 P作为 GMD波束形成的加权矩阵， 对原始发射信号 X 进行多路波束形成处理。 同时本发明实施例还提供一种基于联合收发端信息的多路波束形成装 置， 包括： 几何平均分解模块，其设置为：对信道矩阵 H进行几何平均分解（ GMD ), 分解出酉矩阵 P; 以及 波束形成处理模块， 其设置为： 以酉矩阵 P作为 GMD波束形成的加权 矩阵， 对原始发射信号 X进行多路波束形成处理。
本发明还实施例提供了一种支持联合收发端信息的多路波束形成的发送 装置， 其包括： 几何平均分解模块，其设置为：对信道矩阵 H进行几何平均分解（ GMD ), 分解出酉矩阵 P; 波束形成处理模块， 其设置为： 以酉矩阵 P作为 GMD波束形成的加权 矩阵， 对原始发射信号 X进行多路波束形成处理； 以及 传输模块， 其设置为： 通过信道矩阵 H对波束形成处理后的发射信号进 行传输。
本发明还实施例提供了一种支持联合收发端信息的多路波束形成的接收 装置， 其包括： 接收模块， 其设置为： 接收信号 r, r = HWGI^x + n, n为噪声； 其中： H 为信道矩阵， X为原始发射信号， 为发射权值， \^^=^; P为酉矩阵， 将信道矩阵 H进行几何平均分解 HzQRP-1 , Q为酉矩阵； 上角标 -1为共扼转 置算子， 即满足 Q- 'Q=p- 'Ρ=ΙΚ1, Κ2 , 其中 I是单位阵， 下角标 ， 分别为矩 阵的行数和列数，
Figure imgf000005_0001
K, f是信道矩阵 Η的秩， R为具有相等对角元 素的上三角矩阵， 且其对角元素为^^^： ^^.)1 , ^^Α^.^ ^ , ^是 相关矩阵 的非零特征值， 为整数， 1≤ ； 均衡处理模块， 其设置为： 利用酉矩阵 Q-1对接收信号 r进行均衡处理,
为均衡后的接收信号序列， 将 H分解为
Figure imgf000005_0002
Κ个相同的子信道， 各子信道上均衡后接收的信号为 r, r I ! +Jay. +^ ; 为整数， l≤j≤K, 为几何平均分解的上三角矩阵的元素， x,. 原始发射 信号序列中第 个原始发射信号， X为原始发射信号序列中第 _/·个原始发射信 号， 为均衡处理后噪声序列中第 个噪声； 以及 信号恢复模块， 其设置为： 根据均衡后接收的信号， 恢复发射信号 X。
由上述本发明提供的具体实施方案可以看出， 本发明正是由于对信道矩 阵 H进行几何平均分解， 使得各波束对应的子信道获得等增益， 当信道是病 态的信道时， 这种信道的平衡将不会对搜索扰动矢量产生干扰， 从而避免性 能损失。
附图概述 图 1为本发明提供的第一实施例方法流程图； 图 2为本发明提供的第二实施例系统结构图。 本发明的较佳实施方式 为了解决的问题， 本发明第一实施例提供一种基于联合收发端信息的多 路波束形成方法， 发送端对信道矩阵 H进行几何平均分解（ Geometric Mean Decomposition , GMD ) , 分解出酉矩阵 Ρ , 发送端以酉矩阵 Ρ作为 GMD波 束形成的加权矩阵， 对原始发射信号 X进行多路波束形成处理。 本发明釆用 几何平均分解方法，这种分解方法可以将 ΜΙΜΟ信道矩阵分解为具有相同对 角元素值的二角信道， 所有对角元素值均等于信道矩阵特征值的几何均值， 使得子信道获得等增益。 当信道是病态的， 这种信道的平衡将不会对搜索扰 动矢量产生干扰， 从而避免性能损失。 基于联合收发端信息的多路波束形成方法， 如图 1所示， 包括： 步骤 101: 在发端已知信道信息的情况下， 将信道矩阵 Η进行 GMD分 解， 即 Η ,1 , 其中 Q, Ρ为酉矩阵， 上角标 -1为共轭转置算子， 即满足
Figure imgf000006_0001
κ2 , 其中 I是单位阵， 下角标 , f2分别为矩阵的行数和列数，
Κι = Κ2 = Κ, f是信道矩阵 H的秩， 即 K=rank (H) ； R为具有相等对角元 素的实上三角矩阵，且其对角元素为 ^^ Ι,.)1 , λι≥λ2≥---≥λκ≥0, ^是 相关矩阵 的非零特征值， 为整数， 1≤ ί ； 由于所有对角元素值都等 于 H特征值的几何均值， 从而分解能够获得具有相等增益的子信道。 步骤 102: 估计发射权值 W^; 包括： 为了在接收端分离多路信号， 选择 P作为 GMD波束形成的加权矩阵， 即： \^^=^。 因发射端的加权矩阵 P为酉阵， 不会降低发射功率的效率。 步骤 103: 多路波束形成； 包括： 根据估计得到的发射权值 W„ ^对原始发射信号 X进行波束形成处理，得
到波束形成后的发射信号 W^.x , 其中 为原始发射信号序列,
Figure imgf000006_0002
为第 1个原始发射信号， χ,.为第 个原始发射信号， 为第 Α个原始发射信 步骤 104: 利用信道矩阵 H对波束形成后的发射信号 \ναι^·χ进行传输, 传输的信号 S为： s = H.W(}M3-x。 步骤 105: 接收端逐级干扰对消处理；
接收端接收到的信号 Γ为： r = H - WGMD ·χ + η； 其中 η为噪声。
在接收端用酉矩阵 Q-1对接收信号 r进行均衡处理， 由于 Q-1为酉阵， 因 此不会改变噪声 n的统计特性， 得到均衡后的接收信号 r~ = 为均衡 τδ ~：.
Figure imgf000007_0002
后的接收信号序列， 其中:
f=Q-〗r
=Q_1(HPx + n)
=Q_1(QRx+n) (1)
=Rx+Q_1n
=Rx+n
衡处理后噪声， 为均衡处理后噪声序列， 上三角阵
R = ( 1 ) 式最后一个等式 f= x+fi用矩阵表示为
Figure imgf000007_0001
分解为 Κ个相同的子信道:
Figure imgf000008_0001
X X X：.：."I,
r~为均衡后的接收信号序列第 i个接收信号， a为几何平均分解上三角矩 阵的元素， _/·为整数， \≤j≤K , ^为原始发射信号序列中第 ·个原始发射信 号， 为均衡处理后噪声序列中第 个噪声， 由此根据 可以利用逐级干扰对
消技术来恢复出发送信号 x= 釆用 GMD波束形成算法时， 各个子信道
的信噪比相同， 因此在发射端， 各个信号的发射功率相等的
本发明提供的第二实施例是一种基于联合收发端信息的多路波束形成的 系统， 其结构如图 2所示， 包括： 几何平均分解模块 201 , 其设置为： 对信道矩阵 H进行几何平均分解 ( GMD ) , 分解出酉矩阵 P; 波束形成处理模块 202, 其设置为： 以酉矩阵 P作为 GMD波束形成的 加权矩阵， 对原始发射信号 X进行多路波束形成处理。 进一步， 几何平均分解模块 201是设置为按如下方式将信道矩阵 H进行 几何平均分解： H = QRP - 其中 Q, P为酉矩阵， 上角标 -1为共扼转置算子， 即满足 Q- 'Q=P- ^=1^ , K2 , 其中 I是单位阵， 下角标 ， 分别为矩阵的行数 和列数， Κι = Κ2 = Κ , f是信道矩阵 H的秩， 即 K=rank ( H ) , R为具有相 等对角 元素的上三角 矩阵， 且其对角 元素为
Figure imgf000009_0001
,
Αι≥λ2≥·--≥λκ≥0, ^是相关矩阵 的非零特征值， 为整数， 1≤ΐ≤Κ; 波束形成处理模块 202是设置为按如下方式对原始发射信号 X进行多路 波束形成处理：以酉矩阵 Ρ作为加权矩阵，估计得到发射权值 W^, \^^=尸， 根据估计得到的发射权值对原始发射信号 X进行多路波束形成处理， 得到波
束形成后的发射信号 w«^'x, x= 为原始发射信号序列
Figure imgf000009_0002
该系统还包括： 传输模块 203, 其设置为： 通过信道矩阵 Η对波束形成后的发射信号 ·χ进行传输， 传输的信号 S为： s:!!.1^^ X。 该系统还包括接收模块 204, 其设置为： 接收信号 r, r = H-WGM3-x + n, n为噪声； 均衡处理模块 205, 其设置为： 利用酉矩阵 Q—1对接收信号 r进行均衡处
为均衡后的接收信号序列， 将11
Figure imgf000009_0003
解为 K个相同的子信道， K为信道矩阵 H的秩，各子信道上均衡后接收的信 号为 , r^ ^+ ^a^+^； _/为整数， 1< j≤K, 为几何平均分解上三角矩 阵的元素， χ,.为 Γ始发射信号序列中第 个原始发射信号， .为原始发射信号 序列中第 个原始发射信号， 为均衡处理后噪声序列中第 个噪声； 信号恢复模块 206,其设置为：根据均衡后的接收信号，恢复发送信号 χ。 信号恢复模块 206是设置为根据均衡后接收的信号， 利用逐级干扰对消 技术来恢复发送信号 x=
本发明实施例还提供了一种支持联合收发端信息的多路波束形成的发送 装置， 其包括： X X…I,
几何平均分解模块，其设置为：对信道矩阵 H进行几何平均分解（ GMD ), 分解出酉矩阵 P; 波束形成处理模块， 其设置为： 以酉矩阵 P作为 GMD波束形成的加权 矩阵， 对原始发射信号 X进行多路波束形成处理； 以及 传输模块， 其设置为： 通过信道矩阵 H对波束形成处理后的发射信号进 行传输。 所述几何平均分解模块是设置为按如下方式对信道矩阵 H进行 GMD: 将信道矩阵 H进行几何平均分解 HzQRP-1 , 其中 Q, P为酉矩阵， 上角标 -1 为共扼转置算子， 即满足 Q- =P- ^=1^, ， 其中 I是单位阵， 下角标 ， 分 别为矩阵的行数和列数，
Figure imgf000010_0001
K, f是信道矩阵 Η的秩， R为具有相等 对角元素的上三角矩阵， 且其对角元素为
Figure imgf000010_0002
-≥λκ≥0, 4是相关矩阵 的非零特征值， 为整数， i≤ ≤'i;
波束形成处理模块是设置为按如下方式对原始发射信号 X进行多路波束 形成处理： 以酉矩阵 P作为加权矩阵， 估计得到发射权值 W^, WGM3=,P, 根据估计得到的发射权值对原始发射信号 X进行多路波束形成处理， 得到波
束形成后的发射信号 W( 为原始发射信号序列
Figure imgf000010_0003
所述传输模块是设置为通过信道矩阵 Η 对波束形成后的发射信号 ·χ进行传输， 传输的信号 S为： s = H.Wn^ X。 本发明实施例还提供了一种支持联合收发端信息的多路波束形成的接收 装置， 其包括： 接收模块， 其设置为： 接收信号 r, r = HWGI^x + n, n为噪声； 其中： H 为信道矩阵， X为原始发射信号， W„ ^为发射权值， \ν„^=Ρ; Ρ为酉矩阵， 将信道矩阵 Η进行几何平均分解 HzQRP-1 , Q为酉矩阵； 上角标 -1为共扼转 置算子， 即满足 Q- 'Q=p- 'Ρ=ΙΚ1, Κ2 , 其中 I是单位阵， 下角标 ， 分别为矩 阵的行数和列数，
Figure imgf000011_0001
K, f是信道矩阵 Η的秩， R为具有相等对角元 素的上三角矩阵， 且其对角元素为^^^： ^^.)1 , ^^Α^.^ ^, ^是 相关矩阵 的非零特征值， 为整数， ι≤Γίκ; 均衡处理模块， 其设置为： 利用酉矩阵 Q-1对接收信号 r进行均衡处理,
为均衡后的接收信号序列， 将 H分解为
Figure imgf000011_0004
Κ个相同的子信道， 各子信道上均衡后接收的信号为 r,
Figure imgf000011_0002
为整数， l≤j≤K, 为几何平均分解的上三角矩阵的元素， x,. 原始发射 信号序列中第 个原始发射信号， X为原始发射信号序列中第 _/·个原始发射信 号， 为均衡处理后噪声序列中第 个噪声； 以及 信号恢复模块， 其设置为： 根据均衡后接收的信号， 恢复发射信号 X。 ， 所述信号恢复模块是设置为利用逐级干扰对消技术来恢复发射信
Figure imgf000011_0003
本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序 来指令相关硬件完成， 所述程序可以存储于计算机可读存储介质中， 如只读 存储器、 磁盘或光盘等。 可选地， 上述实施例的全部或部分步骤也可以使用 一个或多个集成电路来实现。 相应地， 上述实施例中的各模块 /单元可以釆用 硬件的形式实现， 也可以釆用软件功能模块的形式实现。 本发明不限制于任 何特定形式的硬件和软件的结合。
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。
工业实用性 本发明通过对信道矩阵 H进行几何平均分解，使得各波束对应的子信道 获得等增益， 当信道是病态的信道时， 这种信道的平衡将不会对搜索扰动矢 量产生干扰， 从而避免性能损失。

Claims

权 利 要 求 书
1、 一种基于联合收发端信息的多路波束形成方法， 其包括： 发送端对信道矩阵 H进行几何平均分解（GMD ) , 分解出酉矩阵 P; 以 及 发送端以酉矩阵 P作为 GMD波束形成的加权矩阵， 对原始发射信号 X 进行多路波束形成处理。
2、 如权利要求 1所述的方法， 其中： 发送端对信道矩阵 H进行 GMD的步骤包括：发送端将信道矩阵 H进行 几何平均分解 H : ^-1 , 其中： Q, P为酉矩阵， 上角标 -1为共扼转置算子， 即满足 Q- 'Q=P- ^=1^, K2 , 其中 I是单位阵， 下角标 ， 分别为矩阵的行数 和列数， Κι = Κ2 = Κ , f是信道矩阵 H的秩， R为具有相等对角元素的上三 角矩阵， 且其对角元素为^^ , 4是相关矩阵 的非零特征值， 为整数，
Figure imgf000013_0001
对原始发射信号 X进行多路波束形成处理的步骤包括： 发送端以酉矩阵 Ρ作为加权矩阵， 估计得到发射权值 W^ , WQMD = P , 根据估计得到的发射 权值 W„ ^对原始发射信号 X进行多路波束形成处理，得到波束形成后的发射
信号 W。^ .X， 其中， 为原始发射信号序列
Figure imgf000013_0002
3、如权利要求 2所述的方法， 其中，对原始发射信号 X进行多路波束 成处理的步骤之后， 所述方法还包括： 所述发送端通过信道矩阵 Η对波束形成处理后的发射信号\¥( 传输， 传输的信号 s为： s = HWn^x。
4、 如权利要求 3所述的方法， 其中， 发送端通过信道矩阵 H对波束 成后的发射信号 · X进行传输的步骤之后， 所述方法还包括： 接收端接收信号 r, r = H-WGM3 - x + n , n为噪声； 接收端利用酉矩阵 Q-1对接收信号 r进行均衡处理，得到均衡后的接收信
为均衡后的接收信号序列， 将 H分解为 f个相同的子信道,
Figure imgf000014_0001
各子信道上均衡后的接收的信号为 ^ r I ! + ^ay. +^ ; _/·为整数， l≤j≤K , α,为几何平均分解的上三角矩阵的元素， χ,.为 '始发射信号序列中第 i个原始 发射信号， X为原始发射信号序列中第 _/·个原始发射信号， ¾为均衡处理后噪 声序列中第 个噪声； 以及 根据均衡后的接收信号， 恢复发射信号 X。
5、 如权利要求 4所述的方法， 其中， 根据均衡后的接收信号， 恢复发射
信号 X的步骤中， 是利用逐级干扰对消技术来恢复发射信号 χ=
X,
6、 一种基于联合收发端信息的多路波束形成系统， 其包括： 几何平均分解模块，其设置为：对信道矩阵 H进行几何平均分解（ GMD ), 分解出酉矩阵 P; 以及 波束形成处理模块， 其设置为： 以酉矩阵 P作为 GMD波束形成的加权 矩阵， 对原始发射信号 X进行多路波束形成处理。
7、 如权利要求 6所述的系统， 其中： 几何平均分解模块是设置为按如下方式对信道矩阵 H进行 GMD: 将信 道矩阵 H进行几何平均分解 HzQRP-1 , 其中 Q, P为酉矩阵， 上角标 -1为共 扼转置算子， 即满足 Q- =P- ^=1^, ， 其中 I是单位阵， 下角标 ， 分别 为矩阵的行数和列数，
Figure imgf000015_0001
K, f是信道矩阵 Η的秩， R为具有相等对 角元素的上三角矩阵，且其对角元素为
Figure imgf000015_0002
-≥λκ≥0, λ, 是相关矩阵 的非零特征值， 为整数， 1≤Λ;
波束形成处理模块是设置为按如下方式对原始发射信号 X进行多路波束 形成处理： 以酉矩阵 Ρ作为加权矩阵， 估计得到发射权值 W^, WGM3=,P, 根据估计得到的发射权值对原始发射信号 X进行多路波束形成处理， 得到波
束形成后的发射信号 W( GMD
Figure imgf000015_0003
为原始发射信号序列
Figure imgf000015_0005
8、 如权利要求 7所述的系统， 其还包括： 传输模块， 其设置为： 通过信道矩阵 Η对波束形成处理后的发射信号 ·χ进行传输， 传输的信号 S为： s:!!.1^^ X。
9、 如权利要求 8所述的系统， 其还包括： 接收模块， 其设置为： 接收信号 r, v = WNGMDx + n, n为噪声； 均衡处理模块， 其设置为： 利用酉矩阵 Q-1对接收信号 r进行均衡处理，
为均衡后的接收信号序列， 将 H分解为
Figure imgf000015_0006
κ个相同的子信道， 各子信道上均衡后接收的信号为 r ,
Figure imgf000015_0004
为整数， l≤j≤K, 为几何平均分解的上三角矩阵的元素， χ,. 原始发射 信号序列中第 个原始发射信号， X为原始发射信号序列中第 _/·个原始发射信 号， 为均衡处理后噪声序列中第 个噪声； 以及 信号恢复模块， 其设置为： 根据均衡后接收的信号， 恢复发射信号
10、 如权利要求 9所述的系统， 其中， 所述信号恢复模块是设置为利用
逐级干扰对消技术来恢复发射信号 χ=
11、 一种支持联合收发端信息的多路波束形成的发送装置， 其包括： 几何平均分解模块，其设置为：对信道矩阵 H进行几何平均分解（ GMD ), 分解出酉矩阵 P; 波束形成处理模块， 其设置为： 以酉矩阵 P作为 GMD波束形成的加权 矩阵， 对原始发射信号 X进行多路波束形成处理； 以及 传输模块， 其设置为： 通过信道矩阵 H对波束形成处理后的发射信号进 行传输。
12、 如权利要求 11所述的发送装置， 其中： 所述几何平均分解模块是设置为按如下方式对信道矩阵 H进行 GMD: 将信道矩阵 H进行几何平均分解 HzQRP-1 , 其中 Q, P为酉矩阵， 上角标 -1 为共扼转置算子， 即满足 Q- =P- ^=1^, ， 其中 I是单位阵， 下角标 ， 分 别为矩阵的行数和列数，
Figure imgf000016_0001
K, f是信道矩阵 Η的秩， R为具有相等 对角元素的上三角矩阵， 且其对角元素为 ^^ ΐ,.)1 , ≥^≥ -≥λκ≥ο,
^是相关矩阵 的非零特征值， 为整数， i≤ ≤'i; 波束形成处理模块是设置为按如下方式对原始发射信号 X进行多路波束 形成处理： 以酉矩阵 p作为加权矩阵， 估计得到发射权值 w^, WGM3=,P, 根据估计得到的发射权值对原始发射信号 X进行多路波束形成处 理， 得到波束形成后的发射信号 w( 为原始发射
Figure imgf000017_0001
信号序列
13、 如权利要求 12所述的发送装置， 其中： 所述传输模块是设置为通过信道矩阵 Η 对波束形成后的发射信号 ·χ进行传输， 传输的信号 S为： s:!!.1^^ X。
14、 一种支持联合收发端信息的多路波束形成的接收装置， 其包括： 接收模块， 其设置为： 接收信号 r, r = HWGI^x + n, n为噪声； 其中： H 为信道矩阵， X为原始发射信号， 为发射权值， \^^=^; P为酉矩阵， 将信道矩阵 H进行几何平均分解 HzQRP-1 , Q为酉矩阵； 上角标 -1为共扼转 置算子， 即满足 Q- 'Q=p- 'Ρ=ΙΚ1, Κ2 , 其中 I是单位阵， 下角标 ， 分别为矩 阵的行数和列数，
Figure imgf000017_0002
K, f是信道矩阵 Η的秩， R为具有相等对角元 素的上三角矩阵， 且其对角元素为^^^： ^^.)1 , ^^Α^.^ ^, ^是 相关矩阵 的非零特征值， 为整数， ι≤ί=ίκ; 均衡处理模块， 其设置为： 利用酉矩阵 Q-1对接收信号 r进行均衡处理，
为均衡后的接收信号序列， 将 H分解为
Figure imgf000017_0004
κ个相同的子信道， 各子信道上均衡后接收的信号为 r ,
Figure imgf000017_0003
为整数， l≤j≤K, 为几何平均分解的上三角矩阵的元素， x,. ¾原始发射 信号序列中第 个原始发射信号， X为原始发射信号序列中第 _/·个原始发射信 号， 为均衡处理后噪声序列中第 个噪声； 以及 信号恢复模块， 其设置为： 根据均衡后接收的信号， 恢复发射信号 X。
15、如权利要求 14所述的接收装置， 其中， 所述信号恢复模块是设置为
利用逐级干扰对消技术来恢复发射信号 χ=
Figure imgf000018_0001
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