一種垂直波束賦形處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)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(shù)】
[0002] MIMO信道中數(shù)據(jù)速率提高的方法有兩種：空間復(fù)用和空時編碼。如果可以再結(jié)合 波束賦形技術(shù)，則可以再次提高M(jìn)MO系統(tǒng)的性能。波束賦形技術(shù)主要是利用已知的信道狀 態(tài)信息CSI，在發(fā)射端對待發(fā)送的數(shù)據(jù)流進(jìn)行預(yù)處理，從而在發(fā)射端對數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)，進(jìn)而 提升系統(tǒng)的SNR性能，降低誤碼率。
[0003] 應(yīng)用于多用戶MMO系統(tǒng)中的基于非碼本的線性波束賦形技術(shù)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(biāo)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(nèi)。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(fā)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(yōu)于ZF波束賦形算法。但是由于MMSE波束賦形算法的實現(xiàn)較為復(fù)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(jìn) 行實現(xiàn)并對其處理過程進(jìn)行改進(jìn)。
[0004] 隨著波束賦形技術(shù)的發(fā)展，垂直波束賦形充分利用垂直維度的信道狀態(tài)信息，使 得波束更加準(zhǔn)確的對準(zhǔn)目標(biāo)用戶，更大的提高接收信號功率，提高信干噪比，進(jìn)而提升整個 系統(tǒng)的性能。在現(xiàn)代數(shù)字信號處理系統(tǒng)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(zhuǎn)化為定點運算在定點硬件平臺中實現(xiàn)。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(xiàn)誤差，這些誤差會轉(zhuǎn)換成噪聲，影響MMO系統(tǒng)的性 能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)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(tǒng)的性能。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)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(wù)兩個用戶，基站端從所服務(wù)用戶反饋的信道狀態(tài)信息CSI中 提取所服務(wù)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(jìn)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(jié)果；ir為第二個用戶的信道矩陣的 歸一化結(jié)果；
[0012] 3)通過利用32位寄存器，根據(jù)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(jìn)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(jù)波束賦形矢量W及基站端內(nèi)的數(shù)據(jù)流s得基站端通過32位寄存器對數(shù)據(jù) 流s波束賦形處理后的數(shù)據(jù)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(tài)信息CSI至基站端，基站端接收到信道狀態(tài)信息 CSI，然后根據(jù)發(fā)射天線數(shù)目和接收天線數(shù)據(jù)提取從信道狀態(tài)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(tài)信息CSI包括水平信道的 信道狀態(tài)信息及垂直信道的信道狀態(tài)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(fù)數(shù)，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(shù)據(jù)表示，瓦和瓦中的每個元素均為浮點數(shù)，將瓦和瓦中的每個元素轉(zhuǎn)換為小數(shù) 位寬為14的定點數(shù)。
[0022] 本發(fā)明具有以下有益效果：
[0023] 本發(fā)明所述的垂直波束賦形處理方法在進(jìn)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(nèi)，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(nèi)，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(jìn)行歸一化；根據(jù)波束賦形矢量W及基站端內(nèi)的數(shù)據(jù)流s得基站端通過32位寄存 器對數(shù)據(jù)流s波束賦形處理后的數(shù)據(jù)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(jìn)而減小MMO系統(tǒng)中由于計算引入的噪聲，最終提升MMO系統(tǒng)的性 能。
【附圖說明】
[0024] 圖1為MMO通信系統(tǒng)的系統(tǒng)模型；
[0025] 圖2為ZF波束賦形算法的系統(tǒng)模型；
[0026] 圖3為計算正交向量時改進(jìn)前對溢出的處理流程圖；
[0027] 圖4為計算正交向量時改進(jìn)后對溢出的處理流程圖；
[0028] 圖5為對數(shù)據(jù)流波束賦形處理時改進(jìn)前對溢出的處理流程圖；
[0029] 圖6為對數(shù)據(jù)流波束賦形處理時改進(jìn)前對溢出的處理流程圖；
[0030] 圖7為改進(jìn)前后結(jié)果的絕對誤差分析圖；
[0031] 圖8為改進(jìn)前后結(jié)果的相對誤差分析圖；
[0032] 圖9為改進(jìn)前后波束賦形模塊引入的SNR性能分析圖；
[0033] 圖10為改進(jìn)前后MMO系統(tǒng)的SNR性能分析圖。
【具體實施方式】
[0034] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述：
[0035] 參考圖1，本發(fā)明所述的垂直波束賦形處理方法包括以下步驟：
[0036] 1)設(shè)基站端同時服務(wù)兩個用戶，基站端從所服務(wù)用戶反饋的信道狀態(tài)信息CSI中 提取所服務(wù)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(jìn)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(jié)果；H2為第二個用戶的信道矩陣 的歸一化結(jié)果；
[0041] 3)通過利用32位寄存器，根據(jù)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(jìn)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(jù)波束賦形矢量W及基站端內(nèi)的數(shù)據(jù)流s得基站端通過32位寄存器對數(shù)據(jù) 流s波束賦形處理后的數(shù)據(jù)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(tài)信息CSI至基站端，基站端接收到信道狀態(tài)信息 CSI，然后根據(jù)發(fā)射天線數(shù)目和接收天線數(shù)據(jù)提取從信道狀態(tài)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(tài)信息CSI包括水平信道的 信道狀態(tài)信息及垂直信道的信道狀態(tài)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(fù)數(shù)，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(shù)據(jù)表示，^和]^中的每個元素均為浮點數(shù)，將瓦和g中的每個元素轉(zhuǎn)換為小數(shù) 位寬為14的定點數(shù)。
[0051] 如圖1所示，MMO通信系統(tǒng)模擬單小區(qū)內(nèi)一個基站和兩個用戶的通信情況，基