一种实现TD-LTE-Advanced中多流波束赋形的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于移动通信技术领域，更具体地，涉及一种实现TD-LTE-Advanced中多 流波束赋形的方法。
【背景技术】
[0002] 近年来全球通信事业快速发展，无线通信的需求越来越大，无线通信事业得到了 蓬勃发展。但是随着人们对无线通信需求的不断加大，巨大的通信需求量与十分有限的频 谱资源之间的矛盾越来越突出。如何高效的利用有限的频谱资源，并在保证质量的前提下 大规模的提高系统容量成了无线通信界亟待解决的重要课题，智能天线中的波束赋形已经 成为解决这一问题的一个重要方向。
[0003] 波束赋形是应用于小间距的天线阵列传输技术，利用空间的强相关性及波的干涉 原理产生方向性的辐射方向图，使辐射方向图的主瓣自适应地指向用户来波方向，从而提 高信噪比、系统容量和覆盖范围。
[0004] 传统的计算波束赋形权矢量的算法为基于特征分解的波束赋形（Eigen-based Beamforming)的算法，该算法虽然实现简单，但是在计算多流波束赋形权矢量时存在两方 面的不足：（一）对初始向量的选择依赖性很高，如果不能选择良好的初始迭代向量，可能 导致难以收敛，不能求得波束赋形权矢量；（二）在信道矩阵存在相同特征值的情况下，只 能得到单流的波束赋形权矢量，最终将导致较高的误码率。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种实现TD-LTE-Advanced 中多流波束赋形权矢量的方法，其目的在于，克服现有EBB算法的不足，准确地计算多流波 束赋形权矢量，并有效降低误码率。
[0006] 为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种实现TD-LTE-Advanced中 多流波束赋形的方法，包括以下步骤：
[0007] (1)从TD-LTE-Advanced基站的上行探测参考信号获取4X8的信道矩阵A1;
[0008] (2)将信道矩阵A1进行分解，以得到两个4X4子信道矩阵A(p''其分别对应于两 个子天线阵列，其中P表示子天线阵列的序号；
[0009] (3)对每个子信道矩阵A(fU)进行Household变换，以生成上Hessenberg矩阵J⑴
[0010](4)对上Hessenberg矩阵进行Givens旋转，以将该矩阵J变换成对角矩 阵；
[0011] (5)重复上述步骤（4)的运算达至少5次，其中上一次计算得到的矩阵又会作为下 一次计算中所使用的Hessenberg矩阵；
[0012] (6)将步骤（3)中得到的右乘Household变换矩阵和步骤⑷中得到的右乘 Givens矩阵叠乘，以得到一个4*4的矩阵V，即
，该矩阵V的每一 列记为Vi, v2, v3, v4。
[0013](7)利用最大比传输算法对步骤（6)生成的矩阵V的每一列Vi,v2, v3, v4?行加权 处理，以生成最终的波束赋形权矢量V' D V' 2,v' v'4:
[0014] vr ! = p jVj
[0015] v'2= P 2V2
[0016] y'3 = p 3v3
[0017] v' 4= p 4v4
[0018] 其中p为发射功率因子。
[0019] 优选地，步骤⑶包括以下子步骤：
[0020] (3-1)设置计数器k = 1 ;
[0021] (3-2)构造左乘Household矩阵L(k)，使用该矩阵对A (p'k)进行左乘，以得到矩阵 ^(p, k+1/2)_l (k)^(p，k).
[0022] (3-3)判断是否有k+1 = 4成立，如果是则矩阵A(fU)成为上Hessenberg矩阵J (1)， 过程结束，否则进入步骤（3-4);
[0023] (3-4)构造右乘 Household 矩阵 R(k)，使用右乘 Household 矩阵 R(k)对 A (p'k+1/2)进 行右乘，以得到矩阵A(p'k+1)= A (p'k+1/2￥k);
[0024] (3-5)设置k=k+1，并返回步骤（3-2);
[0025] 优选地，构造左乘Household矩阵采用以下方式：
[0026] (3-2-1)先计算缩放因子&，令表示被变换矩阵A(p' k)中的第i行第j列的元 素：
[0027]
[0028] (3-2-2)构造列向量{xtemp}k:
[0029]
[0030] (3-2-3)将{xtemp}1^#化为单位向量{x}(k):
[0031]
[0032] (3-2-4)根据{x}(k)构造左乘 Household 矩阵 L(k):
[0033] L(k)= I-2{x} (k) {x}(k)% 其中 I 是 4*4 的单位矩阵。
[0034] 优选地，构造右乘Household矩阵采用以下方式：
[0035] (3-4-1)先计算缩放因子\，令表示被变换矩阵A(p' k+1/2)中的第k行第i列 的元素
[0036]
[0037] (3_4_2)构造列向量{ytemp} k:
[0038]
[0039] (3-4-3)将{ytemp}k化为单位向量{y}(k):
[0040]
[0041] (3-4-4)根据{y}°° 构造 R°°
[0042] R(k)= I_2{y} (k) {y}(k)% 其中 I 是 4*4 的单位矩阵。
[0043] 优选地，步骤⑷包括以下子步骤：
[0044] (4-1)设置计数器m = 1;
[0045] (4-2)构造右旋 Givens 矩阵 Q(m)，对 J(m)进行右乘，以得到 J (m+1/2)。即：J(m+1/2) = J(m) Q(m);
[0046] (4-3)构造左旋 Givens 矩阵 P(m)，对 J(m+1/2)进行左乘，得到 J (m+1)。即：J(m+1) = P (m) j-(m+l/2)
[0047] (4-4)设置计数器 m = m+1 ;
[0048] (4-5)判断是否有m = 4,如果是过程结束，否则返回步骤（4-2)。
[0049] 优选地，构造右乘Givens矩阵采用以下方式：
[0050] (4-2-1)设置初始向量
其中为j?中的第i行第j 列元素；
[0051] (4-2-2)由[f(m)，g(m)]计算Givens右旋矩阵Q (m)，对于Q(m)中对角线上的元素 免(.了)=1> 且 1辛 m且 1辛 m+1;
[0052] (4-2-3)令 Q(m)中矩阵块
[0053]
[0054] 其中r为初始向量的模，Rf为f(m)的模；
[0055] (4-2-4)对于其余元素，取0。
[0056] 优选地，构造左乘Givens矩阵采用以下方式：
[0057] (4-3-1)设置初始向量
[0058]
:其中f+i/2)为J(m+1/2)中的第i行第j列的 元素；
[0059](4-3-2)由[f(m+1/2)，g(m+1/2)]T计算Givens左旋矩阵P(m)，对于对角线上的元素 竚;0 = 1，1 g [1,4]且 1 乒 m 且 1 乒 m+1 ;
[0060] (4_3-3)令矩阵块
[0061]
其中r为初始向量的模，Rf 为f(m+1/2)的模；
[0062] (4-3-4)对于其余元素，取0。
[0063] 优选地，加权因子是通过如下公式求得：
[0064]
[0065] 其中〇 〇 2, 〇 3, 〇 4分别为子信道矩阵A(fU)的奇异值。
[0066] 按照本发明的另一方面，提供了一种实现TD-LTE-Advanced中多流波束赋形的， 包括：
[0067] 第一模块，用于从TD-LTE-Advanced基站的上行探测参考信号获取4X8的信道矩 阵A1;
[0068] 第二模块，用于将信道矩阵A1进行分解，以得到两个4X4子信道矩阵A其分 别对应于两个子天线阵列，其中P表示子天线阵列的序号；
[0069] 第三模块，用于对每个子信道矩阵A(M)进行Household变换，以生成上 Hessenberg矩阵J(1)
[0070] 第四模块，用于对上Hessenberg矩阵J(1)进行Givens旋转，以将该矩阵J (1)变换 成对角矩阵；
[0071] 第五模块，用于重复上述第四模块的运算达至少5次，其中上一次计算得到的矩 阵又会作为下一次计算中所使用的Hessenberg矩阵；
[0072] 第六模块，用于将第三模块得到的右乘Household变换矩阵和第四模块得到的右 乘Givens矩阵叠乘，以得到一个4*4的矩阵V，即
> 该矩阵V的 每一列记为Vi,v2, v3, v4。
[0073] 第七模块，用于利用最大比传输算法对第六模块生成的矩阵V的每一列 A, V；5, ％进行加权处理，以生成最终的波束赋形权矢量V'1，V'2,V' V' 4:
[0074] V'i=PiVi
[0075] V1 2=P2V2
[0076] y'3 = p 3v3
[0077] vr4= p 4v4
[0078] 其中p为发射功率因子。
[0079] 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有 益效果：
[0080] 1、本发明能够克服现有方法中存在的对初始向量的选择依赖性很高的问题：由于 本发明没有采用初始向量，因此本发明不依赖于初始向量的选择；
[0081] 2、由于本发明采用了豪斯霍尔德变换和吉文斯旋转实现了信道矩阵的奇异值分 解。因此，本发明在信道矩阵存在相同特征值的情况下，也能得到多流的波束赋形权矢量， 这样就降低了误码率。
【附图说明】
[0082] 图1是本发明使用的天线阵列示意图。
[0083] 图2是本发明实现TD-LTE-Advanced中多流波束赋形的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0084] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要 彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0085] 本发明的基本思路在于，通过对信道矩阵进行豪斯霍尔德变换将信道矩阵转化为 上海森伯格矩阵，之后对上海森伯格矩阵进行吉文斯旋转，将其转化为对角阵，这样就实现 了信道矩阵的奇异值分解，将得到信道矩阵的右奇异值矩阵的每一列作为波束赋形的权矢 量使用。
[0086] 本发明采用图1中的4X4交叉极化天线阵列，该天线阵列由两个子阵列构成，1， 2,3,4组成子阵列1，采用-45°极化，5,6,7,8组成子阵列2,采用+45°极化。
[0087] 该天线阵列模式支持2. 6GHz载频，本发明基站侧配置八天线，用户侧配置四天 线。
[0088] 如图2所示，本发明实现TD-LTE-Advanced中多流波束赋形的方法，包括以下步 骤：
[0089] (1)从 TD-LTE-Advanced 基站的上行探测参考信号（sounding reference signal，简称SRS)获取4X8的信道矩阵A1;
[0090] (2)将信道矩阵A1进行分解，以得到两个4X4子信道矩阵Afel)，其分别对应于两 个子天线阵列，其中P表示子天线阵列的序号；
[0091] (3)对每个子信道矩阵V15'1)进行Household变换，以生成上Hessenberg矩阵J (1)， 本步骤包括以下子步骤：
[0092] (3-1)设置计数器k = 1 ;
[0093] (3-2)构造左乘Household矩阵L(k)，使用该矩阵对A(p' k)进行左乘，以得到矩阵 A(p'k+1/2)，即：A(p' k+1/2)= L (k)A(p'k);其中构造左乘Household矩阵采用以下方式：
[0094] (3-2-1)先计算缩放因子&，令<^表示被变换矩阵