一种快速迭代波束成形的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种在无线多输入多输出（Multiple Input Multiple 0utput，MIM0)通信系统中利用时分双工系统的信道互易性进行迭代从而 同时快速地获得多个波束成形的方法。
【背景技术】
[0002] 在MMO系统中，根据接收端最大化信噪比准则，获得最优波束成形矩阵的方法 是特征波束成形方法。在收发双方都已知信道状态信息（Channel State Information， CSI)的情况下，最优的发送和接收波束成形矩阵可以通过对信道矩阵H进行奇异值分解 (Singular Value Decomposition，SVD)得到。具体原理如下：
[0003] 假设MMO系统的接收天线数目为Nt，发送天线数目为Nk，信道矩阵H e C~xAV可 以进行SVD分解，表示为H = UAVh,其中，（·）Η表示矩阵共轭转置，
【主权项】
1. 一种快速迭代波束成形的方法，其特征在于，包括如下步骤： 51、 初始化，具体为： 511、 在发送端随机生成一fNTXl的向量A，将所述向量A的模值赋给变量|3 (!，13。= |r〇|| ； 512、 生成零向量qQ，qQ= 0 ; 513、 生成空矩阵Q，Q= □，所述空矩阵Q用于存储迭代过程中产生的LANCZOS向量； 514、 定义迭代次数NITEK和迭代循环控制变量k，初始化k= 1，其中，NITEK为经验值； 52、 进行LANCZOS迭代，具体如下： 521、 计算第k次发送的LANCZOS向量
522、 令S13所述空矩阵Q的第k列为qk，即Q= [Q，qk]; 523、 发送端在乂个时隙上连续发送S21所述向量qk至接收端，同时接收端使用单位矩 阵1&作为接收波束成形矩阵，每一次接收，接收端依次使用所述单位矩阵的列作为波 束成形加权合并向量，通过乂次的发送，接收端得到一个包含NK个独立方程的恰定方程组
，其中，NK为发送天线数目，n(〇表示第k次迭代接收端的加性高斯白噪声向 量，
524、 为了保持迭代过程中的信噪比恒定，对S23所述g进行归一化，得到归一化向量
525、 将S24得到的归一化向量i发送至接收端，同时，将S24得到的归一化向量i 取共轭发送到发送端，通过NT次收发，发送端得到一个包含NT个独立方程的恰定方程组
，在时分双工（TDD)模式下，由于信道互易性，反向信道矩阵（即从接收方 到发射方的信道矩阵）是前向信道矩阵的转置，即H=IT，可以等效地将i取共轭后再发 送回发送端，对所述f?取共轭，f=f%结果仍存储在所述f?中其中，7表示对g取共轭，H 表示信道矩阵，所述
，（*)T表示矩阵转置； 526、 根据S25所述f构建三对角矩阵的参数
和LANCZOS向量
在发送端进行LANCZOS计算； 527、 由于舍入误差的影响，LANCZOS向量rk之间会丧失正交性，极端情况下甚至 会变得线性相关，则每得到一个新的rk，都需要强制重正交化，对S26所述rk根据公式
进行强制重正交化； 528、 根据S26所述rk构建三对角矩阵的参数k在发送端进行LANCZOS计算，k = |rk|| ； 53、 迭代循环控制，令k=k+1，若k彡N，则转入S2,若k>N謂，则转入S4 ; 54、 计算发送波束成形矩阵F，具体如下： 541、 根据S26所述ak和S28所述k构建三对角矩阵T，
542、 对S41所述三对角矩阵T作特征值分解，并将特征值按照降序排列，S卩，从大到小 依次为入2，...，相应的特征向量为V1，V2，〃*VWS; 543、 计算发送波束成形矩阵
55、 接收波束成形矩阵训练，具体为： 551、 将S4所述F的列fk依次发送到接收端，每一列在NK个时隙发送N^欠，同时，接收 端使用S23所述单位矩阵作为接收波束成形矩阵，其中，k= 1，2,...Ns; 552、 接收端对接收到的信息进行归一化处理得到wk=Hfk+nk，
，然后合并 为接收端波束成形矩阵
2.根据权利要求1所述的一种快速迭代波束成形的方法，其特征在于：S14所述Nitek= 4 或Nitek= 5〇
【专利摘要】本发明属于无线通信技术领域,尤其涉及一种在无线多输入多输出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)通信系统中利用时分双工系统的信道互易性进行迭代从而同时快速地获得多个波束成形的方法。一种快速迭代波束成形的方法，包括如下步骤：初始化；进行LANCZOS迭代；迭代循环控制；计算发送波束成形矩阵F；接收波束成形矩阵训练。本发明利用时分双工系统的信道互易性，无需估计信道状态信息，同时，利用LANCZOS算法的快速收敛性和同时获得多个特征向量的性质，大大提高了天线训练速度，减小了训练开销。
【IPC分类】H04B7-06, H04B7-08
【公开号】CN104779988
【申请号】CN201510204935
【发明人】付自刚, 成先涛
【申请人】电子科技大学
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年4月27日