專利名稱：一種mimo系統碼本生成方法
技術領域：
本發明涉及無線移動通信技術領域，具體涉及一種基于二進制的MIMO系統碼本生成方法。
背景技術：
預編碼技術作為一種增強技術廣泛應用，用來增強MIMO (Multiple-1nputMultiple-Output)系統在容量和頻譜效率方面的優勢。而在MMO系統中，基于碼本的預編碼技術有諸多好處，如它能幫助解決反饋時延和信道估計誤差的問題。碼本的設計是在線下完成并儲存在發送端和接收端。當前，人們提出了多種碼本設計算法，但是無論何種方法，都沒有考慮到節省硬件資源的問題。在實際的MMO系統中，比如調制信號和預編碼的數據是數字化的，以方便操作。信號數據流和碼本的復數乘法在硬件實現中總是需要大量計算單元和硬件資源，而每個芯片中的資源并不充足，特別是考慮到未來通信網絡高吞吐量和精確控制的特點，資源效率和節約能源變得越來越重要。
發明內容
(一)要解決的技術問題本發明要解決的技術問題是在MIMO系統中，如何使基于碼本的預編碼技術在硬件實現中減少硬件資源占用率，提高資源效率，達到未來通信網絡節約能源的要求。
(二)技術方案本發明提供了一種MIMO系統碼本生成方法，包括以下步驟S101、中央控制站通過信道信息分解計算獲得預編碼矩陣P，且求跡運算trace (PPh) =Pci，其中Ptl是MMO系統總的發送功率，Ph是P的共軛矩陣；S102、對所述預編碼矩陣P進行轉換二進制操作，得到元素均為2的冪值的矩陣 ，其中l·」代表轉換二進制操作；S103、設MMO系統的發送信號為S，則接收信號為y = Hj P |s + n，其中H是信道矩陣，η表示均值為零的加性高斯白噪聲，矩陣LPj與發送信號s之間的乘法通過二進制移位實現。優選的，所述轉換二進制操作具體為將相鄰兩個2的冪值的中間值設為閾值，將所述預編碼矩陣P中的元素與距離該元素最近的閾值進行比較，找出距離該元素最近的2的冪值，并將該元素的值轉換為所述距離該元素最近的2的冪值。優選的，使用以下方法來修正所述轉換二進制操作對功率歸一性的限制St印1、計算irace(LPlP」H)，將其值與I作比較，其中[P」為對所述預編碼矩陣P進行轉換二進制操作后得到的矩陣，LPf為[P」的共軛矩陣；St印2、令A = _ce(LPlP」H)-,其中 ai u 分別是矩陣P」和中的元素，如果Δ>0，在與au相應的正的Aij中找到最大值；如果厶〈0，在與au相應的負的Au中找到最小值；并記此時的元素為；St印3、在」到aΔηι之間取值對此元素進行調整，使MIMO系統的功率歸一化為I，其中UaJ為對進行轉換二進制操作得到的值，如果調整一個元素不能達到功率的歸一化，就繼續找符合step2條件的元素進行調整，直到滿足功率的歸一化條件為止。優選的，所述2的冪值都不大于1，且表示為2Λ其中P是二進制移位中右移的位數，移位過程中最左位為符號位不變，O代表正，I代表負，其余位進行右移補零操作后，溢出位被丟棄。(三)有益效果本發明方法可以移植到許多碼本設計算法中，在接收端應用垂直層的QR-SIC方法的單用戶場景下，本發明不僅達到了節約資源的目的，還避免了過多的性能損失。本發明的性能甚至優于3GPP LTE-AR10DFT碼本。
圖1是本發明方法的流程圖；圖2是利用DSP48Es 和Slice Logic時普通碼本生成方法和本發明基于二進制碼本生成方法的資源占用率比較圖；圖3是在8X8MM0系統中的LTE RlO碼本、理想GMD碼本和本發明基于二進制碼本生成方法的BER性能比較曲線圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。本發明實施例的一個基于碼本的預編碼的單用戶MIMO系統中，有M根發送天線和N根接收天線。發送端將發送K條數據流，且K Smin (M，N)。s為有K條數據流的發送信號，且有E(SSh) = I。接收端應用垂直層的QR-SIC(基于QR分解的串行干擾抵消)方法。工程實現采用Xilinx Virtex5系列中的XC5VSX95T，合成工具選擇Xilinx ISE設計套件12. 2。結合圖1，本發明方法的步驟如下SlOl :中央控制站通過信道信息等分解計算獲得預編碼矩陣P，且trace (PPh)=P。，Ptl是總的發送功率；S102 :對預編碼矩陣P進行轉換二進制操作，得到元素均為2次冪的預編碼矩陣LpI其中卜」代表轉換二進制的操作；S103:系統的發送信號為S，則接收信號為y = Hl_P_js + n其中He Cnxm是信道矩
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陣，η表示均值為零，方差為Ntl的加性高斯白噪聲，預編碼矩陣與發送信號s之間的乘法通過二進制移位實現。其中，步驟SlOl中接收節點的加權矩陣為QH，其中Q是有效信道HP進行QR分解后的酉矩陣。接收信號表示為
y=HPs+nQR=HP其中，P是預編碼矩陣，且trace (PPh) = P。，P。是總的發送功率。R是上三角矩陣，He Cnxm是信道矩陣。η表示均值為零，方差為Ntl的加性高斯白噪聲。在接收機為QR-SIC接收機時，令P=Pm，其中Pm是從基于信道H的訓練序列的GMD分解后得到的右酉矩陣中選出的碼本矩陣，有GMD[H] =UR' Pm，其中H是信號訓練序列，R'是對角線元素相等的上三角矩陣，U和Pm是酉矩陣。步驟S102將精確的數據轉換為基于二進制但不夠精確的數據的操作如下將閾值設為兩相鄰2次冪數據的中間值，矩陣中的每個元素與此閾值相比較，找2次冪中離自己“最近的數值”。例如，O. 125與O. 25的閾值是O. 1875，O. 25與O. 5的閾值是O. 375，故在集合(O. 1875,0. 375)內的矩陣元素均轉換為O. 25，集合(O. 375，I)內的矩陣元素均轉換為O. 5。由于步驟S102轉換二進制操作肯定會改變P的功率歸一性，即Ptl歸一化為I。矩陣和其共軛矩陣的求跡運算實際上是矩陣中各元素與其對應的共軛元素乘積的求和，即
權利要求
1.一種MIMO系統碼本生成方法，其特征在于，包括以下步驟 5101、中央控制站通過信道信息分解計算獲得預編碼矩陣P，且求跡運算trace (PPh) =Pci，其中Ptl是MMO系統總的發送功率，Ph是P的共軛矩陣； 5102、對所述預編碼矩陣P進行轉換二進制操作，得到元素均為2的冪值的矩陣，其中l·」代表轉換二進制操作； 5103、設MMO系統的發送信號為S，則接收信號為y= H[Pjs + n ,其中H是信道矩陣，η表示均值為零的加性高斯白噪聲，矩陣U**」與發送信號s之間的乘法通過二進制移位實現。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述轉換二進制操作具體為 將相鄰兩個2的冪值的中間值設為閾值，將所述預編碼矩陣P中的元素與距離該元素最近的閾值進行比較，找出距離該元素最近的2的冪值，并將該元素的值轉換為所述距離該元素最近的2的冪值。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，使用以下方法來修正所述轉換二進制操作對功率歸一性的限制 St印1、計算imce(tPlP」H),將其值與I作比較，其中[P」為對所述預編碼矩陣P進行轉換二進制操作后得到的矩陣，Lp」h為UP」的共軛矩陣； St印2、令A = rmce(LPjLP」H)-1 Atl =KJK/ ，其中 &。.、<分別是矩陣匕1 」和」H中的元素，如果Λ>0，在與au相應的正的Aij中找到最大值；如果八〈0，在與&1」相應的負的Λ ij中找到最小值；并記此時的元素為； St印3、在」到3“之間取值對此元素進行調整，使MMO系統的功率歸一化為1，其中匕七《」為對進行轉換二進制操作得到的值，如果調整一個元素不能達到功率的歸一化，就繼續找符合step2條件的元素進行調整，直到滿足功率的歸一化條件為止。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述2的冪值都不大于I，且表示為2Λ其中P是二進制移位中右移的位數，移位過程中最左位為符號位不變，O代表正，I代表負，其余位進行右移補零操作后，溢出位被丟棄。
全文摘要
本發明公開了一種MIMO系統碼本生成方法，具體為中央控制站通過信道信息分解計算獲得預編碼矩陣P，且求跡運算trace(PPH)=P0，其中P0是MIMO系統總的發送功率，PH是P的共軛矩陣；對所述預編碼矩陣P進行轉換二進制操作，得到元素均為2的冪值的矩陣其中代表轉換二進制操作；設MIMO系統的發送信號為s，則接收信號為其中H是信道矩陣，n表示均值為零的加性高斯白噪聲，矩陣與發送信號s之間的乘法通過二進制移位實現。本發明在沒有顯著性能損失的情況下大幅降低了計算復雜度，減少了硬件資源占用率，能夠達到未來通信網絡節約能源的要求。
文檔編號H04L1/06GK103051420SQ20121054608
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月14日 優先權日2012年12月14日
發明者李立華, 張平, 馬玥, 王欣 申請人:北京郵電大學