CN115118317A - 一种适用于毫米波的迭代预编码多流方法、介质及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种适用于毫米波的迭代预编码多流方法、介质及装置，所述方法包括：发射端发送导频数据；接收端对导频数据进行信道估计，得到信道矩阵H；根据H，利用QR分解方式得到信道逆矩阵H‑1；根据H‑1与前一次的预编码矩阵进行左乘运算，得到当前预编码矩阵P；利用上行通道将P传输到发射端；然后将多流数据与P进行预编码处理，得到预编码处理后的多流数据；接收端利用H进行SVD分解，得到信道矩阵H的n个特征值并计算最大特征值和最小特征值；计算出最大特征值与最小特征值的比例R；根据比例R，当比例R小于阈值后，则迭代停止，否则继续迭代。本发明能够解决因信道矩阵存在奇异值问题，而导致多流不能够解调的问题。

Description

一种适用于毫米波的迭代预编码多流方法、介质及装置
技术领域
本发明涉及毫米波无线通信技术领域技术领域，具体而言，涉及一种适用于毫米波的迭代预编码多流方法、介质及装置。
背景技术
在毫米波无线通信环境下，由于毫米波载波位于高频段的优势，其频谱资源丰富，抗干扰的特性；但是毫米波频段较高，存在传播衰减大，穿越阻碍物能力弱等缺点，因此在毫米波通信环境常常应用于视距传输(LOS MIMO)；
LOS MIMO信道中，相同极化方向的天线，在接收数据时存在相位和幅度相似的情况，导致信道矩阵存在奇异值，最终不能解调多流数据；
目前现有技术中采用拉远天线间距离使得多天线接收数据相位不相似，使得信道矩阵不存在奇异值，从而能够解调多流数据；但是该方法在远距离传输时，需要不断拉远距离来保证数据相位不相似性，因此受接收端尺寸的限制，不可能无限扩展天线之间的距离，所以该方法并不能有效解决信道矩阵奇异值的问题；
还有方法是通过调整天线极化方向，保证接收天线数据幅度存在较好的隔离度，从而保证信道矩阵达到求逆的条件，从而解决多流求解问题；当流数较低的情况下，通过极化可以保证多流求解问题，但是在流数较多情况下，极化的方式也很难保证较好的隔离度，多流求解也存在无法解调的问题。
发明内容
本发明旨在提供一种适用于毫米波的迭代预编码多流方法、介质及装置，以解决因信道矩阵存在奇异值问题而导致多流不能够解调的问题。
本发明提供的一种适用于毫米波的迭代预编码多流方法，包括如下步骤：
步骤1：发射端的导频数据在不同端口中发送；
步骤2：接收端对接收的导频数据进行信道估计，得到n*n的信道矩阵H；
步骤3：根据n*n的信道矩阵H，利用QR分解方式，得到对应的信道逆矩阵H-1；
步骤4：根据信道逆矩阵H-1与前一次的预编码矩阵进行左乘运算，得到当前预编码矩阵P；
步骤5：将当前预编码矩阵P进行保存，并利用上行通道将当前预编码矩阵P传输到发射端；
步骤6：当前预编码矩阵P传输到发射端后，发射端将多流数据与当前预编码矩阵P进行预编码处理，得到预编码处理后的多流数据；
步骤7：接收端利用n*n的信道矩阵H进行SVD分解，得到信道矩阵H的n个特征值；
步骤8：根据信道矩阵H的n个特征值，计算最大特征值和最小特征值；
步骤9：根据最大特征值和最小特征值，计算出最大特征值与最小特征值的比例R；
步骤10：根据比例R，当比例R小于阈值后，则迭代停止进行后续的业务数据传输，否则继续迭代。
在一些实施例中，步骤2包括如下子步骤：
步骤201：将每个接收端口接收到的导频数据与每个接收端口对应的本地导频数据进行共轭相乘，得到Hj，表示第j个接收端口对应的信道数据；
步骤202：根据信道数据，利用码分和频分的解调方式计算出每个发射端口与接收端口对应的Hi,j，表示第i个发射端口与第j个接收端口对应的信道数据；由此得到n*n的信道矩阵H；i＝1,2,3,…,n，j＝1,2,3,…,n。
在一些实施例中，步骤3包括如下子步骤：
步骤301：根据n*n的信道矩阵H，按照式(1)进行QR分解：
H＝Q*R (1)
其中，Q为正交矩阵，R为上三角矩阵；
步骤302：根据QR分解，按照式(2)对n*n的信道矩阵H进行求逆，得到信道逆矩阵H-1：
H-1＝(Q*R)-1＝R-1*Q-1＝R-1*QH (2)
其中，Q为正交矩阵，所以Q-1＝QH，R为上三角矩阵。
在一些实施例中，步骤4包括如下子步骤：
步骤401：定义预编码矩阵初始值为n*n的单位矩阵P0；
步骤402：根据信道逆矩阵H-1和预编码矩阵，按照式(3)计算出当前预编码矩阵，
Pm＝H-1*Pm-1 (3)
其中，当前预编码矩阵P即为第m次迭代的预编码矩阵Pm；m为迭代次数，m＝1,2,3,...,M；M为设定的总迭代次数。
在一些实施例中，步骤6中发射端将多流数据与当前预编码矩阵P进行预编码处理的方法为：
Y＝X*P (4)
其中，Y为预编码处理后的多流数据；X为预编码处理前的多流数据。
在一些实施例中，步骤1中发射端的导频数据在不同端口中采用时分、码分和/或频分方式进行发送。
在一些实施例中，步骤1中导频数据采用GLOD序列进行生成。
本发明还提供一种计算机终端存储介质，存储有计算机终端可执行指令，所述计算机终端可执行指令用于执行上述的适用于毫米波的迭代预编码多流方法。
本发明还提供一种计算装置，包括：
至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述的适用于毫米波的迭代预编码多流方法。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明的用于毫米波的迭代预编码多流方法中，采用回传信道预编码数据，能够有效的降低天线之间的安装距离要求；利用预编码迭代技术，也同时降低天线极化隔离度要求；采用迭代预编码技术，能够在流数较多的情况下，天线之间只需要较短的安装距离，以及较小的隔离度要求，便能够解决因信道矩阵存在奇异值问题，而导致多流不能够解调的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例中的一种适用于毫米波的迭代预编码多流方法的流程图。
图2为本发明实施例中的端口号与导频数据的频分和码分方式的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
如图1所示，本实施例提出一种适用于毫米波的迭代预编码多流方法，包括如下步骤：
步骤1：发射端的导频数据在不同端口中发送；在本实施例中：
(1)发射端的导频数据在不同端口中采用时分、码分和/或频分方式进行发送；
(2)导频数据采用GLOD序列进行生成。
步骤2：接收端对接收的导频数据进行信道估计，得到n*n的信道矩阵H：
步骤201：将每个接收端口接收到的导频数据与每个接收端口对应的本地导频数据进行共轭相乘，得到Hj，表示第j个接收端口对应的信道数据；
步骤202：根据信道数据，利用码分和频分的解调方式计算出每个发射端口与接收端口对应的Hi,j，表示第i个发射端口与第j个接收端口对应的信道数据；由此得到n*n的信道矩阵H；i＝1,2,3,…,n，j＝1,2,3,…,n。
步骤3：根据n*n的信道矩阵H，利用QR分解方式，得到对应的信道逆矩阵H-1：
步骤301：根据n*n的信道矩阵H，按照式(1)进行QR分解：
H＝Q*R (1)
其中，Q为正交矩阵，R为上三角矩阵；
步骤302：根据QR分解，按照式(2)对n*n的信道矩阵H进行求逆，得到信道逆矩阵H-1：
H-1＝(Q*R)-1＝R-1*Q-1＝R-1*QH (2)
其中，Q为正交矩阵，所以Q-1＝QH，R为上三角矩阵。
步骤4：根据信道逆矩阵H-1与前一次的预编码矩阵进行左乘运算，得到当前预编码矩阵P：
步骤401：定义预编码矩阵初始值为n*n的单位矩阵P0；
步骤402：根据信道逆矩阵Hest -1和预编码矩阵，按照式(3)计算出当前预编码矩阵：
Pm＝H-1*Pm-1 (3)
其中，当前预编码矩阵P即为第m次迭代的预编码矩阵Pm；m为迭代次数，m＝1,2,3,...,M；M为设定的总迭代次数。
步骤5：将当前预编码矩阵P进行保存，并利用上行通道将当前预编码矩阵P传输到发射端；
步骤6：当前预编码矩阵P传输到发射端后，发射端将多流数据与当前预编码矩阵P进行预编码处理，得到预编码处理后的多流数据：
Y＝X*P (4)
其中，Y为预编码处理后的多流数据；X为预编码处理前的多流数据。
步骤7：接收端利用n*n信道矩阵进行SVD分解，得到信道矩阵的n个特征值：
步骤8：根据信道矩阵的n个特征值，计算最大特征值和最小特征值；
步骤9：根据最大特征值和最小特征值，计算出最大特征值与最小特征值的比例R；
步骤10：根据比例R，当比例R小于阈值后，则迭代停止进行后续的业务数据传输，否则继续迭代。
示例：
以4*4天线，子载波频率30KHz，子载波个数为3276，发送导频数据，依次进行迭代预编码多流，直到信道矩阵特征值满足条件则认为建链成功。由此所述适用于毫米波的迭代预编码多流方法包括如下步骤：
步骤1：发射端的导频数据在不同端口中采用频分和码分方式发送；如图2所示，天线端口0在奇数频点发送导频数据1，偶数频点发送0；天线端口1在奇数频点发送导频数据2，偶数频点发送0；天线端口3在偶数频点发送导频数据1，奇数频点发送0；天线端口3在偶数频点发送导频数据2，奇数频点发送0；其中导频数据2的奇数位置与导频数据1的奇数位置数据相同，导频数据2的偶数位置与导频数据1的偶数数据符号相反，其中导频数据为1638个复数据。
步骤2：接收端对接收的导频数据进行信道估计，得到4*4的信道矩阵H：接收端将对应天线端口1,2,3,4接收的导频数据与本地导频数据1进行共轭相乘，利用奇数频点并码分解调的方式计算出H1,1，H1,2，H1,3，H1,4，H2,1，H2,2，H2,3，H2,4；利用偶数频点并码分解调的方式计算出H3,1，H3,2，H3,3，H3,4，H4,1，H4,2，H4,3，H4,4，最终得到4*4的信道矩阵H。
步骤3：根据4*4的信道矩阵H，利用QR分解方式，得到对应的信道逆矩阵H-1：
H＝Q*R
H-1＝R-1*Q-1
其中，Q为正交矩阵，R为上三角矩阵。
步骤4：根据信道逆矩阵H-1与前一次的预编码矩阵进行左乘运算，得到当前预编码矩阵P：
步骤401：定义预编码矩阵初始值为4*4的单位矩阵P0：
Figure BDA0003665248490000071
步骤402：根据信道逆矩阵H-1和预编码矩阵，按照式(3)计算出当前预编码矩阵：
Pm＝H-1*Pm-1 (3)
其中，当前预编码矩阵P即为第m次迭代的预编码矩阵Pm；m为迭代次数，m＝1,2,3,...,M；总共迭代M＝100次。
步骤5：将当前预编码矩阵P进行保存，并利用上行通道将当前预编码矩阵P传输到发射端；
步骤6：当前预编码矩阵P传输到发射端后，发射端将多流数据与当前预编码矩阵P进行预编码处理，得到预编码处理后的多流数据：
Y＝X*P (4)
其中，Y为预编码处理后的多流数据，为1*4的向量带发射数据；X为预编码处理前的多流数据，本示例中为1*4的数据向量；
步骤7：接收端利用4*4的信道矩阵H进行SVD分解，得到信道矩阵H的4个特征值；
步骤8：根据信道矩阵的4个特征值，计算最大特征值max_val和最小特征值min_val；
步骤9：根据最大特征值和最小特征值，计算出最大特征值与最小特征值的比例R：
R＝max_val/min_val
步骤10：根据比例R，当比例R小于16(本示例设定阈值为16)后，则迭代停止进行后续的业务数据传输，若比例R≥16，继续迭代。
此外，在一些实施例中，提出一种计算机终端存储介质，存储有计算机终端可执行指令，其特征在于，所述计算机终端可执行指令用于执行如前文实施例所述的适用于毫米波的迭代预编码多流方法。计算机存储介质的示例包括磁性存储介质(例如，软盘、硬盘等)、光学记录介质(例如，CD-ROM、DVD等)或存储器，如存储卡、ROM或RAM等。计算机存储介质也可以分布在网络连接的计算机***上，例如是应用程序的商店。
此外，在一些实施例中，提出一种计算装置，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如前文实施例所述的适用于毫米波的迭代预编码多流方法。计算装置的示例包括PC机、平板电脑、智能手机或PDA等。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种适用于毫米波的迭代预编码多流方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：发射端的导频数据在不同端口中发送；
步骤2：接收端对接收的导频数据进行信道估计，得到n*n的信道矩阵H；
步骤3：根据n*n的信道矩阵H，利用QR分解方式，得到对应的信道逆矩阵H-1；
步骤4：根据信道逆矩阵H-1与前一次的预编码矩阵进行左乘运算，得到当前预编码矩阵P；
步骤5：将当前预编码矩阵P进行保存，并利用上行通道将当前预编码矩阵P传输到发射端；
步骤6：当前预编码矩阵P传输到发射端后，发射端将多流数据与当前预编码矩阵P进行预编码处理，得到预编码处理后的多流数据；
步骤7：接收端利用n*n的信道矩阵H进行SVD分解，得到信道矩阵H的n个特征值；
步骤8：根据信道矩阵H的n个特征值，计算最大特征值和最小特征值；
步骤9：根据最大特征值和最小特征值，计算出最大特征值与最小特征值的比例R；
步骤10：根据比例R，当比例R小于阈值后，则迭代停止进行后续的业务数据传输，否则继续迭代。
2.根据权利要求1所述的适用于毫米波的迭代预编码多流方法，其特征在于，步骤2包括如下子步骤：
步骤201：将每个接收端口接收到的导频数据与每个接收端口对应的本地导频数据进行共轭相乘，得到Hj，表示第j个接收端口对应的信道数据；
步骤202：根据信道数据，利用码分和频分的解调方式计算出每个发射端口与接收端口对应的Hi,j，表示第i个发射端口与第j个接收端口对应的信道数据；由此得到n*n的信道矩阵H；i＝1,2,3,…,n，j＝1,2,3,…,n。
3.根据权利要求1所述的适用于毫米波的迭代预编码多流方法，其特征在于，步骤3包括如下子步骤：
步骤301：根据n*n的信道矩阵H，按照式(1)进行QR分解：
H＝Q*R (1)
其中，Q为正交矩阵，R为上三角矩阵；
步骤302：根据QR分解，按照式(2)对n*n的信道矩阵H进行求逆，得到信道逆矩阵H-1：
H-1＝(Q*R)-1＝R-1*Q-1＝R-1*QH (2)
其中，Q为正交矩阵，所以Q-1＝QH，R为上三角矩阵。
4.根据权利要求1所述的适用于毫米波的迭代预编码多流方法，其特征在于，步骤4包括如下子步骤：
步骤401：定义预编码矩阵初始值为n*n的单位矩阵P0；
步骤402：根据信道逆矩阵H-1和预编码矩阵，按照式(3)计算出当前预编码矩阵：
Pm＝H-1*Pm-1 (3)
其中，当前预编码矩阵P即为第m次迭代的预编码矩阵Pm；m为迭代次数，m＝1,2,3,...,M；M为设定的总迭代次数。
5.根据权利要求1所述的适用于毫米波的迭代预编码多流方法，其特征在于，步骤6中发射端将多流数据与当前预编码矩阵P进行预编码处理的方法为：
Y＝X*P (4)
其中，Y为预编码处理后的多流数据；X为预编码处理前的多流数据。
6.根据权利要求1所述的适用于毫米波的迭代预编码多流方法，其特征在于，步骤1中发射端的导频数据在不同端口中采用时分、码分和/或频分方式进行发送。
7.根据权利要求1所述的适用于毫米波的迭代预编码多流方法，其特征在于，步骤1中导频数据采用GLOD序列进行生成。
8.一种计算机终端存储介质，存储有计算机终端可执行指令，其特征在于，所述计算机终端可执行指令用于执行如权利要求1-7中任一权利要求所述的适用于毫米波的迭代预编码多流方法。
9.一种计算装置，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1-7中任一权利要求所述的适用于毫米波的迭代预编码多流方法。
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