一种垂直波束赋形处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于通信技术领域，涉及一种波束赋形处理方法，具体涉及一种垂直波束 赋形处理方法。
【背景技术】
[0002] MIMO信道中数据速率提高的方法有两种：空间复用和空时编码。如果可以再结合 波束赋形技术，则可以再次提高MMO系统的性能。波束赋形技术主要是利用已知的信道状 态信息CSI，在发射端对待发送的数据流进行预处理，从而在发射端对数据进行加权，进而 提升系统的SNR性能，降低误码率。
[0003] 应用于多用户MMO系统中的基于非码本的线性波束赋形技术主要有ZF波束赋形 算法、MMSE波束赋形算法和BD波束赋形算法。ZF和MMSE波束赋形算法适合用于每个用户 配置单天线的情况，而BD算法则更加适合于每个用户配置多天线的情况。ZF波束赋形算法 的思想是使目标用户的波束赋形矢量除以其他用户的信道矩阵的零空间内。相比于ZF波 束赋形算法，MMSE波束赋形算法需要保证接收信号与发射信号之间的均方误差最小，所以 考虑了噪声的影响。在高信噪比情况下，其性能逼近于ZF波束赋形算法，在低信噪比情况 下，其性能优于ZF波束赋形算法。但是由于MMSE波束赋形算法的实现较为复杂，而且引入 了一定程度的多用户干扰，没有提供相互正交的子信道，所以我们选择ZF波束赋形算法进 行实现并对其处理过程进行改进。
[0004] 随着波束赋形技术的发展，垂直波束赋形充分利用垂直维度的信道状态信息，使 得波束更加准确的对准目标用户，更大的提高接收信号功率，提高信干噪比，进而提升整个 系统的性能。在现代数字信号处理系统的算法验证时，为了获得更快的速度、更小的面积和 更低的功耗，人们通常将浮点运算转化为定点运算在定点硬件平台中实现。因此，波束赋形 的处理也是利用定点运算来完成。而在定点运算的过程中，因为信号值的定长是固定的，所 以不可避免的因为对溢出的处理而出现误差，这些误差会转换成噪声，影响MMO系统的性 能。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种垂直波束赋形处理方 法，该方法可以减少定点运算中引入的误差，增加MMO系统的性能。
[0006] 为达到上述目的，本发明所述的垂直波束赋形处理方法包括以下步骤：
[0007] 1)基站端同时服务两个用户，基站端从所服务用户反馈的信道状态信息CSI中 提取所服务用户的信道矩阵，其中，第一个用户的信道矩阵为H 1，第二个用户的信道矩阵为 H2;
[0008] 2)分别对第一个用户的信道矩阵H1及第二个用户的信道矩阵H 2进行归一化，得：
[0011] 其中ii；为第一个用户的信道矩阵的归一化结果；ir为第二个用户的信道矩阵的 归一化结果；
[0012] 3)通过利用32位寄存器，根据式（1)计算第二个用户的信道矩阵H2的正交向量 % ,及第一个用户的信道矩阵H1的正交向量％，得
[0015] 4)通过对第二个用户的信道矩阵4的正交向量冗及第一个用户的信道矩阵氏的 正交向量I进行归一化，得第一个用户的波束赋形矢量1和第二个用户的波束赋形矢量 W2，其中，
[0018] 5)根据波束赋形矢量W及基站端内的数据流s得基站端通过32位寄存器对数据 流s波束赋形处理后的数据S，其中，
[0019] S = ff*s = [W1* W2*] s (6)
[0020] 步骤1)中，用户端反馈信道状态信息CSI至基站端，基站端接收到信道状态信息 CSI，然后根据发射天线数目和接收天线数据提取从信道状态信息CSI提取第一个用户的 信道矩阵H 1及第二个用户的信道矩阵H 2，其中，第一个用户的信道矩阵氏及第二个用户的 信道矩阵H2均为维度为1X64的矩阵，基站端接收到的信道状态信息CSI包括水平信道的 信道状态信息及垂直信道的信道状态信息。
[0021] 第一个用户的信道矩阵H1及第二个用户的信道矩阵112中的每个元素均为复数，第 一个用户的信道矩阵H 1及第二个用户的信道矩阵H2中的每个元素的实部和虚部均由16位 定长数据表示，瓦和瓦中的每个元素均为浮点数，将瓦和瓦中的每个元素转换为小数 位宽为14的定点数。
[0022] 本发明具有以下有益效果：
[0023] 本发明所述的垂直波束赋形处理方法在进行波束赋形的过程中，第二个用户的信 道矩阵H 2的正交向量$为第一个用户的波束赋形向量，第一个用户的波束赋形矢量巧在 用户的信道矩阵H2的零空间内，消除了第二个用户对第一个用户的干扰；第一个用户的信 道矩阵H 1的正交向量W2为第二个用户的波束赋形向量，第二个用户的波束赋形矢量评2在 第一个用户的信道矩阵H1的零空间内，消除第一个用户对第二个用户的干扰，同时通过32 位寄存器对第二个用户的信道矩阵H2的正交向量％及第一个用户的信道矩阵H1的正交 向量％进行归一化；根据波束赋形矢量W及基站端内的数据流s得基站端通过32位寄存 器对数据流s波束赋形处理后的数据S，有效的避免计算过程中的溢出，减小由于波束赋形 的计算而引入的误差，进而减小MMO系统中由于计算引入的噪声，最终提升MMO系统的性 能。
【附图说明】
[0024] 图1为MMO通信系统的系统模型；
[0025] 图2为ZF波束赋形算法的系统模型；
[0026] 图3为计算正交向量时改进前对溢出的处理流程图；
[0027] 图4为计算正交向量时改进后对溢出的处理流程图；
[0028] 图5为对数据流波束赋形处理时改进前对溢出的处理流程图；
[0029] 图6为对数据流波束赋形处理时改进前对溢出的处理流程图；
[0030] 图7为改进前后结果的绝对误差分析图；
[0031] 图8为改进前后结果的相对误差分析图；
[0032] 图9为改进前后波束赋形模块引入的SNR性能分析图；
[0033] 图10为改进前后MMO系统的SNR性能分析图。
【具体实施方式】
[0034] 下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
[0035] 参考图1，本发明所述的垂直波束赋形处理方法包括以下步骤：
[0036] 1)设基站端同时服务两个用户，基站端从所服务用户反馈的信道状态信息CSI中 提取所服务用户的信道矩阵，其中，第一个用户的信道矩阵为H 1，第二个用户的信道矩阵为 H2;
[0037] 2)分别对第一个用户的信道矩阵H1及第二个用户的信道矩阵H 2进行归一化，得：
[0040] 其中尽为第一个用户的信道矩阵的归一化结果；H2为第二个用户的信道矩阵 的归一化结果；
[0041] 3)通过利用32位寄存器，根据式（1)计算第二个用户的信道矩阵H2的正交向量 ^及第一个用户的信道矩阵H 1的正交向量得
[0044] 4)通过对第二个用户的信道矩阵H2的正交向量W1及第一个用户的信道矩阵H 1 的正交向量^进行归一化，得第一个用户的波束赋形矢量W1和第二个用户的波束赋形矢 量^，其中，
[0047] 5)根据波束赋形矢量W及基站端内的数据流s得基站端通过32位寄存器对数据 流s波束赋形处理后的数据S，其中，
[0048] S = ff*s = [W1* W2*] s (6)
[0049] 步骤1)中，用户端反馈信道状态信息CSI至基站端，基站端接收到信道状态信息 CSI，然后根据发射天线数目和接收天线数据提取从信道状态信息CSI提取第一个用户的 信道矩阵H 1及第二个用户的信道矩阵H 2，其中，第一个用户的信道矩阵氏及第二个用户的 信道矩阵H2均为维度为1X64的矩阵，基站端接收到的信道状态信息CSI包括水平信道的 信道状态信息及垂直信道的信道状态信息。
[0050] 第一个用户的信道矩阵H1及第二个用户的信道矩阵112中的每个元素均为复数，第 一个用户的信道矩阵H 1及第二个用户的信道矩阵H2中的每个元素的实部和虚部均由16位 定长数据表示，^和]^中的每个元素均为浮点数，将瓦和g中的每个元素转换为小数 位宽为14的定点数。
[0051] 如图1所示，MMO通信系统模拟单小区内一个基站和两个用户的通信情况，基