一種垂直波束賦形處理方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于通信技術領域，涉及一種波束賦形處理方法，具體涉及一種垂直波束 賦形處理方法。
【背景技術】
[0002] MIMO信道中數據速率提高的方法有兩種：空間復用和空時編碼。如果可以再結合 波束賦形技術，則可以再次提高MMO系統的性能。波束賦形技術主要是利用已知的信道狀 態信息CSI，在發射端對待發送的數據流進行預處理，從而在發射端對數據進行加權，進而 提升系統的SNR性能，降低誤碼率。
[0003] 應用于多用戶MMO系統中的基于非碼本的線性波束賦形技術主要有ZF波束賦形 算法、MMSE波束賦形算法和BD波束賦形算法。ZF和MMSE波束賦形算法適合用于每個用戶 配置單天線的情況，而BD算法則更加適合于每個用戶配置多天線的情況。ZF波束賦形算法 的思想是使目標用戶的波束賦形矢量除以其他用戶的信道矩陣的零空間內。相比于ZF波 束賦形算法，MMSE波束賦形算法需要保證接收信號與發射信號之間的均方誤差最小，所以 考慮了噪聲的影響。在高信噪比情況下，其性能逼近于ZF波束賦形算法，在低信噪比情況 下，其性能優于ZF波束賦形算法。但是由于MMSE波束賦形算法的實現較為復雜，而且引入 了一定程度的多用戶干擾，沒有提供相互正交的子信道，所以我們選擇ZF波束賦形算法進 行實現并對其處理過程進行改進。
[0004] 隨著波束賦形技術的發展，垂直波束賦形充分利用垂直維度的信道狀態信息，使 得波束更加準確的對準目標用戶，更大的提高接收信號功率，提高信干噪比，進而提升整個 系統的性能。在現代數字信號處理系統的算法驗證時，為了獲得更快的速度、更小的面積和 更低的功耗，人們通常將浮點運算轉化為定點運算在定點硬件平臺中實現。因此，波束賦形 的處理也是利用定點運算來完成。而在定點運算的過程中，因為信號值的定長是固定的，所 以不可避免的因為對溢出的處理而出現誤差，這些誤差會轉換成噪聲，影響MMO系統的性 能。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供了一種垂直波束賦形處理方 法，該方法可以減少定點運算中引入的誤差，增加MMO系統的性能。
[0006] 為達到上述目的，本發明所述的垂直波束賦形處理方法包括以下步驟：
[0007] 1)基站端同時服務兩個用戶，基站端從所服務用戶反饋的信道狀態信息CSI中 提取所服務用戶的信道矩陣，其中，第一個用戶的信道矩陣為H 1，第二個用戶的信道矩陣為 H2;
[0008] 2)分別對第一個用戶的信道矩陣H1及第二個用戶的信道矩陣H 2進行歸一化，得：
[0011] 其中ii；為第一個用戶的信道矩陣的歸一化結果；ir為第二個用戶的信道矩陣的 歸一化結果；
[0012] 3)通過利用32位寄存器，根據式（1)計算第二個用戶的信道矩陣H2的正交向量 % ,及第一個用戶的信道矩陣H1的正交向量％，得
[0015] 4)通過對第二個用戶的信道矩陣4的正交向量冗及第一個用戶的信道矩陣氏的 正交向量I進行歸一化，得第一個用戶的波束賦形矢量1和第二個用戶的波束賦形矢量 W2，其中，
[0018] 5)根據波束賦形矢量W及基站端內的數據流s得基站端通過32位寄存器對數據 流s波束賦形處理后的數據S，其中，
[0019] S = ff*s = [W1* W2*] s (6)
[0020] 步驟1)中，用戶端反饋信道狀態信息CSI至基站端，基站端接收到信道狀態信息 CSI，然后根據發射天線數目和接收天線數據提取從信道狀態信息CSI提取第一個用戶的 信道矩陣H 1及第二個用戶的信道矩陣H 2，其中，第一個用戶的信道矩陣氏及第二個用戶的 信道矩陣H2均為維度為1X64的矩陣，基站端接收到的信道狀態信息CSI包括水平信道的 信道狀態信息及垂直信道的信道狀態信息。
[0021] 第一個用戶的信道矩陣H1及第二個用戶的信道矩陣112中的每個元素均為復數，第 一個用戶的信道矩陣H 1及第二個用戶的信道矩陣H2中的每個元素的實部和虛部均由16位 定長數據表示，瓦和瓦中的每個元素均為浮點數，將瓦和瓦中的每個元素轉換為小數 位寬為14的定點數。
[0022] 本發明具有以下有益效果：
[0023] 本發明所述的垂直波束賦形處理方法在進行波束賦形的過程中，第二個用戶的信 道矩陣H 2的正交向量$為第一個用戶的波束賦形向量，第一個用戶的波束賦形矢量巧在 用戶的信道矩陣H2的零空間內，消除了第二個用戶對第一個用戶的干擾；第一個用戶的信 道矩陣H 1的正交向量W2為第二個用戶的波束賦形向量，第二個用戶的波束賦形矢量評2在 第一個用戶的信道矩陣H1的零空間內，消除第一個用戶對第二個用戶的干擾，同時通過32 位寄存器對第二個用戶的信道矩陣H2的正交向量％及第一個用戶的信道矩陣H1的正交 向量％進行歸一化；根據波束賦形矢量W及基站端內的數據流s得基站端通過32位寄存 器對數據流s波束賦形處理后的數據S，有效的避免計算過程中的溢出，減小由于波束賦形 的計算而引入的誤差，進而減小MMO系統中由于計算引入的噪聲，最終提升MMO系統的性 能。
【附圖說明】
[0024] 圖1為MMO通信系統的系統模型；
[0025] 圖2為ZF波束賦形算法的系統模型；
[0026] 圖3為計算正交向量時改進前對溢出的處理流程圖；
[0027] 圖4為計算正交向量時改進后對溢出的處理流程圖；
[0028] 圖5為對數據流波束賦形處理時改進前對溢出的處理流程圖；
[0029] 圖6為對數據流波束賦形處理時改進前對溢出的處理流程圖；
[0030] 圖7為改進前后結果的絕對誤差分析圖；
[0031] 圖8為改進前后結果的相對誤差分析圖；
[0032] 圖9為改進前后波束賦形模塊引入的SNR性能分析圖；
[0033] 圖10為改進前后MMO系統的SNR性能分析圖。
【具體實施方式】
[0034] 下面結合附圖對本發明做進一步詳細描述：
[0035] 參考圖1，本發明所述的垂直波束賦形處理方法包括以下步驟：
[0036] 1)設基站端同時服務兩個用戶，基站端從所服務用戶反饋的信道狀態信息CSI中 提取所服務用戶的信道矩陣，其中，第一個用戶的信道矩陣為H 1，第二個用戶的信道矩陣為 H2;
[0037] 2)分別對第一個用戶的信道矩陣H1及第二個用戶的信道矩陣H 2進行歸一化，得：
[0040] 其中盡為第一個用戶的信道矩陣的歸一化結果；H2為第二個用戶的信道矩陣 的歸一化結果；
[0041] 3)通過利用32位寄存器，根據式（1)計算第二個用戶的信道矩陣H2的正交向量 ^及第一個用戶的信道矩陣H 1的正交向量得
[0044] 4)通過對第二個用戶的信道矩陣H2的正交向量W1及第一個用戶的信道矩陣H 1 的正交向量^進行歸一化，得第一個用戶的波束賦形矢量W1和第二個用戶的波束賦形矢 量^，其中，
[0047] 5)根據波束賦形矢量W及基站端內的數據流s得基站端通過32位寄存器對數據 流s波束賦形處理后的數據S，其中，
[0048] S = ff*s = [W1* W2*] s (6)
[0049] 步驟1)中，用戶端反饋信道狀態信息CSI至基站端，基站端接收到信道狀態信息 CSI，然后根據發射天線數目和接收天線數據提取從信道狀態信息CSI提取第一個用戶的 信道矩陣H 1及第二個用戶的信道矩陣H 2，其中，第一個用戶的信道矩陣氏及第二個用戶的 信道矩陣H2均為維度為1X64的矩陣，基站端接收到的信道狀態信息CSI包括水平信道的 信道狀態信息及垂直信道的信道狀態信息。
[0050] 第一個用戶的信道矩陣H1及第二個用戶的信道矩陣112中的每個元素均為復數，第 一個用戶的信道矩陣H 1及第二個用戶的信道矩陣H2中的每個元素的實部和虛部均由16位 定長數據表示，^和]^中的每個元素均為浮點數，將瓦和g中的每個元素轉換為小數 位寬為14的定點數。
[0051] 如圖1所示，MMO通信系統模擬單小區內一個基站和兩個用戶的通信情況，基