[发明专利]一种MIMO预编码技术的奇异值分解方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种MIMO预编码技术的奇异值分解方法及装置。

背景技术

随着科学技术的迅速发展，现代通信技术正朝着数字化，高速化，低功耗等方向发展。而随着多媒体应用的需要，传统的蓝牙、无线局域网（WLAN）和超宽带（UWB）等无线通信技术已经不能满足用户对高速无线数据传输速率的需求，它们还不能提供与Gigabit以太网、高清多媒体接口（HDMI）相比拟的数据传输速率，因此能够实现Gigabit/s甚至数Gigabit/s传输速率的高速无线通信系统成为无线通信领域的新热点。

多输入多输出（MIMO）技术，即利用多根发射天线和多根接收天线进行无线传输的技术。MIMO技术把多径传播转变成有利的因素，与单输入单输出（Single-input Single-output，SISO）系统相比，可以成倍的提高数据速率。通过空间复用、分集方案可以大大提高系统的传输速率和数据可靠性。一个简单的具有N根发送天线和M根接收天线的MIMO系统可以表示为y＝Hx+n，也即

其中x表示发送端的N维发送向量，y表示接收端的M维接收向量，n表示M维噪声向量。H为M×N维MIMO信道矩阵，它的行数为接收天线数，列数为发送天线数。其中h_ij表示第j根发送天线到第i根接收天线的信道增益。

MIMO系统中的一项关键技术就是多天线预编码（MIMO Precoding）技术。简而言之，MIMO预编码技术就是在MIMO发射端利用获取的信道状态信息对原始发射信号进行预处理，以期望消除发射数据流之间的干扰，从而获得更好的系统性能。最理想的预编码是假设发送端完全已知信道信息，此时最优的预编码技术为基于奇异值分解（Singular Value Decomposition，SVD）的预编码技术。即对于任意一个信道矩阵进行如下形式的奇异值分解：H＝UΣV^H，然后将求得的预编码矩阵V反馈至发送端。在发送端将预编码矩阵V与调制之后的符号流向量相乘进行预编码，然后经多天线发送。它能够将MIMO信道分解为r（r为信道矩阵H的秩）个并行的单输入单输出子信道，降低MIMO子信道之间的干扰，大大提升MIMO系统的性能，所以，需要在保证通信系统误码率性能的前提下，设计一个更高速率、低功耗的MIMO预编码电路。

经对现有文献检索发现，目前已有的SVD算法有Golub-Kahan-Reinsch算法，Jacobi类算法和自适应类算法等。Golub-Kahan-Reinsch算法是目前最常用的SVD算法，它分为双对角化和对角化两个计算过程，对角化过程需要迭代操作。但是通常当矩阵维数较高（例如4×4矩阵）时，其对角化过程需要较高的迭代次数才能达到很好的数值精度。所以通常采用提前终止迭代方案来提高硬件设计的吞吐率。

双边雅可比算法有串行和并行两种方案，较高维数矩阵的分解基于2×2子矩阵的SVD操作，每一次迭代运算将2×2子矩阵非对角线上的元素旋转为0，旋转操作通常使用CORDIC模块来完成。但是由于该算法需要多次Sweep循环操作，而每一次Sweep中又包含了6次迭代过程（串行算法），所以此算法同样需要较高的迭代次数，具有较大的计算量。

近年来Cheng-Zhou Zhan,Yen-Liang Chen,An-Yeu Wu等人在《IEEE TRANSACTIONS ON SIGNAL PROCESSING》VOL.60,NO.6,3264-3277，JUNE2012上发表的“Iterative Superlinear-Convergence SVD Beamforming Algorithm and VLSI Architecture for MIMO-OFDM Systems”（一种MIMO-OFDM系统中超线性收敛SVD波速成形算法和VLSI结构，2012年IEEE信号处理学报，第6期，3264-3277页）提出一种超线性收敛（Superlinear-Convergence）SVD算法，此算法具有超线性的收敛速率，它充分利用了奇异值矩阵的特性，通过矩阵乘法迭代运算来求出三个奇异值矩阵。但是在实现的过程中却需要大量的矩阵乘法，向量求模操作以及除法运算，因此具有较高的计算复杂度。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种MIMO预编码技术的奇异值分解方法及装置，其可以在保证通信系统误码率性能的前提下，实现一种高吞吐率、低硬件复杂度的预编码电路。