专利名称：一种mimo系统码本生成方法
技术领域：
本发明涉及无线移动通信技术领域，具体涉及一种基于二进制的MIMO系统码本生成方法。
背景技术：
预编码技术作为一种增强技术广泛应用，用来增强MIMO (Multiple-1nputMultiple-Output)系统在容量和频谱效率方面的优势。而在MMO系统中，基于码本的预编码技术有诸多好处，如它能帮助解决反馈时延和信道估计误差的问题。码本的设计是在线下完成并储存在发送端和接收端。当前，人们提出了多种码本设计算法，但是无论何种方法，都没有考虑到节省硬件资源的问题。在实际的MMO系统中，比如调制信号和预编码的数据是数字化的，以方便操作。信号数据流和码本的复数乘法在硬件实现中总是需要大量计算单元和硬件资源，而每个芯片中的资源并不充足，特别是考虑到未来通信网络高吞吐量和精确控制的特点，资源效率和节约能源变得越来越重要。
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是在MIMO系统中，如何使基于码本的预编码技术在硬件实现中减少硬件资源占用率，提高资源效率，达到未来通信网络节约能源的要求。
(二)技术方案本发明提供了一种MIMO系统码本生成方法，包括以下步骤S101、中央控制站通过信道信息分解计算获得预编码矩阵P，且求迹运算trace (PPh) =Pci，其中Ptl是MMO系统总的发送功率，Ph是P的共轭矩阵；S102、对所述预编码矩阵P进行转换二进制操作，得到元素均为2的幂值的矩阵 ，其中l·」代表转换二进制操作；S103、设MMO系统的发送信号为S，则接收信号为y = Hj P |s + n，其中H是信道矩阵，η表示均值为零的加性高斯白噪声，矩阵LPj与发送信号s之间的乘法通过二进制移位实现。优选的，所述转换二进制操作具体为将相邻两个2的幂值的中间值设为阈值，将所述预编码矩阵P中的元素与距离该元素最近的阈值进行比较，找出距离该元素最近的2的幂值，并将该元素的值转换为所述距离该元素最近的2的幂值。优选的，使用以下方法来修正所述转换二进制操作对功率归一性的限制St印1、计算irace(LPlP」H)，将其值与I作比较，其中[P」为对所述预编码矩阵P进行转换二进制操作后得到的矩阵，LPf为[P」的共轭矩阵；St印2、令A = _ce(LPlP」H)-,其中 ai u 分别是矩阵P」和中的元素，如果Δ>0，在与au相应的正的Aij中找到最大值；如果厶〈0，在与au相应的负的Au中找到最小值；并记此时的元素为；St印3、在」到aΔηι之间取值对此元素进行调整，使MIMO系统的功率归一化为I，其中UaJ为对进行转换二进制操作得到的值，如果调整一个元素不能达到功率的归一化，就继续找符合step2条件的元素进行调整，直到满足功率的归一化条件为止。优选的，所述2的幂值都不大于1，且表示为2Λ其中P是二进制移位中右移的位数，移位过程中最左位为符号位不变，O代表正，I代表负，其余位进行右移补零操作后，溢出位被丢弃。(三)有益效果本发明方法可以移植到许多码本设计算法中，在接收端应用垂直层的QR-SIC方法的单用户场景下，本发明不仅达到了节约资源的目的，还避免了过多的性能损失。本发明的性能甚至优于3GPP LTE-AR10DFT码本。
图1是本发明方法的流程图；图2是利用DSP48Es 和Slice Logic时普通码本生成方法和本发明基于二进制码本生成方法的资源占用率比较图；图3是在8X8MM0系统中的LTE RlO码本、理想GMD码本和本发明基于二进制码本生成方法的BER性能比较曲线图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。本发明实施例的一个基于码本的预编码的单用户MIMO系统中，有M根发送天线和N根接收天线。发送端将发送K条数据流，且K Smin (M，N)。s为有K条数据流的发送信号，且有E(SSh) = I。接收端应用垂直层的QR-SIC(基于QR分解的串行干扰抵消)方法。工程实现采用Xilinx Virtex5系列中的XC5VSX95T，合成工具选择Xilinx ISE设计套件12. 2。结合图1，本发明方法的步骤如下SlOl :中央控制站通过信道信息等分解计算获得预编码矩阵P，且trace (PPh)=P。，Ptl是总的发送功率；S102 :对预编码矩阵P进行转换二进制操作，得到元素均为2次幂的预编码矩阵LpI其中卜」代表转换二进制的操作；S103:系统的发送信号为S，则接收信号为y = Hl_P_js + n其中He Cnxm是信道矩
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阵，η表示均值为零，方差为Ntl的加性高斯白噪声，预编码矩阵与发送信号s之间的乘法通过二进制移位实现。其中，步骤SlOl中接收节点的加权矩阵为QH，其中Q是有效信道HP进行QR分解后的酉矩阵。接收信号表示为
y=HPs+nQR=HP其中，P是预编码矩阵，且trace (PPh) = P。，P。是总的发送功率。R是上三角矩阵，He Cnxm是信道矩阵。η表示均值为零，方差为Ntl的加性高斯白噪声。在接收机为QR-SIC接收机时，令P=Pm，其中Pm是从基于信道H的训练序列的GMD分解后得到的右酉矩阵中选出的码本矩阵，有GMD[H] =UR' Pm，其中H是信号训练序列，R'是对角线元素相等的上三角矩阵，U和Pm是酉矩阵。步骤S102将精确的数据转换为基于二进制但不够精确的数据的操作如下将阈值设为两相邻2次幂数据的中间值，矩阵中的每个元素与此阈值相比较，找2次幂中离自己“最近的数值”。例如，O. 125与O. 25的阈值是O. 1875，O. 25与O. 5的阈值是O. 375，故在集合(O. 1875,0. 375)内的矩阵元素均转换为O. 25，集合(O. 375，I)内的矩阵元素均转换为O. 5。由于步骤S102转换二进制操作肯定会改变P的功率归一性，即Ptl归一化为I。矩阵和其共轭矩阵的求迹运算实际上是矩阵中各元素与其对应的共轭元素乘积的求和，即
权利要求
1.一种MIMO系统码本生成方法，其特征在于，包括以下步骤 5101、中央控制站通过信道信息分解计算获得预编码矩阵P，且求迹运算trace (PPh) =Pci，其中Ptl是MMO系统总的发送功率，Ph是P的共轭矩阵； 5102、对所述预编码矩阵P进行转换二进制操作，得到元素均为2的幂值的矩阵，其中l·」代表转换二进制操作； 5103、设MMO系统的发送信号为S，则接收信号为y= H[Pjs + n ,其中H是信道矩阵，η表示均值为零的加性高斯白噪声，矩阵U**」与发送信号s之间的乘法通过二进制移位实现。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述转换二进制操作具体为 将相邻两个2的幂值的中间值设为阈值，将所述预编码矩阵P中的元素与距离该元素最近的阈值进行比较，找出距离该元素最近的2的幂值，并将该元素的值转换为所述距离该元素最近的2的幂值。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，使用以下方法来修正所述转换二进制操作对功率归一性的限制 St印1、计算imce(tPlP」H),将其值与I作比较，其中[P」为对所述预编码矩阵P进行转换二进制操作后得到的矩阵，Lp」h为UP」的共轭矩阵； St印2、令A = rmce(LPjLP」H)-1 Atl =KJK/ ，其中 &。.、<分别是矩阵匕1 」和」H中的元素，如果Λ>0，在与au相应的正的Aij中找到最大值；如果八〈0，在与&1」相应的负的Λ ij中找到最小值；并记此时的元素为； St印3、在」到3“之间取值对此元素进行调整，使MMO系统的功率归一化为1，其中匕七《」为对进行转换二进制操作得到的值，如果调整一个元素不能达到功率的归一化，就继续找符合step2条件的元素进行调整，直到满足功率的归一化条件为止。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述2的幂值都不大于I，且表示为2Λ其中P是二进制移位中右移的位数，移位过程中最左位为符号位不变，O代表正，I代表负，其余位进行右移补零操作后，溢出位被丢弃。
全文摘要
本发明公开了一种MIMO系统码本生成方法，具体为中央控制站通过信道信息分解计算获得预编码矩阵P，且求迹运算trace(PPH)=P0，其中P0是MIMO系统总的发送功率，PH是P的共轭矩阵；对所述预编码矩阵P进行转换二进制操作，得到元素均为2的幂值的矩阵其中代表转换二进制操作；设MIMO系统的发送信号为s，则接收信号为其中H是信道矩阵，n表示均值为零的加性高斯白噪声，矩阵与发送信号s之间的乘法通过二进制移位实现。本发明在没有显著性能损失的情况下大幅降低了计算复杂度，减少了硬件资源占用率，能够达到未来通信网络节约能源的要求。
文档编号H04L1/06GK103051420SQ20121054608
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月14日 优先权日2012年12月14日
发明者李立华, 张平, 马玥, 王欣 申请人:北京邮电大学