一种上行预编码方法、系统及存储介质与流程

1.本发明涉及一种上行预编码方法、系统及存储介质，属于无线通信传输技术领域。


背景技术：

2.在5g-nr的上行传输中，终端侧采用上行多天线技术可显著提升上行容量。当前5g商用终端可采用2～4根发送天线，5g-nr的上行多天线预编码可以采用基于码本的预编码或依赖于互易性的非码本预编码。但是，在实际的商用终端中，由于终端侧尺寸的限制，多天线阵列存在耦合效应，会降低了上行传输性能。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种上行预编码方法、系统及存储介质，解决了耦合效应降低了上行传输性能的问题。
4.为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
5.一种上行预编码方法，包括：
6.根据终端校准收发天线与终端收发阵列之间互发的校准信号，获取校准矩阵、发送预解耦合矩阵和接收解耦合矩阵；
7.采用接收解耦合矩阵对下行信道矩阵解耦合；
8.根据解耦合后的下行信道矩阵，计算初始上行预编码矩阵；
9.采用发送预解耦合矩阵和校准矩阵对初始上行预编码矩阵进行预解耦合并校准，生成最终的上行预编码矩阵，根据最终的上行预编码矩阵进行上行预编码。
10.校准矩阵为：
[0011][0012]
其中，为校准矩阵，y
l
为终端收发阵列侧接收的校准信号，x
l
为终端校准收发天线接收的校准信号，
÷
表示向量的对应元素相除。
[0013]
接收解耦合矩阵为其中，u为的特征矩阵，uh为u的共轭转置，λ为的特征值构成的对角阵，为终端收发阵列侧接收校准信号的自相关矩阵。
[0014]
发送预解耦合矩阵为其中，u为的特征矩阵，u
*
为u的共轭，λ为的特征值构成的对角阵，为终端收发阵列侧接收校准信号的自相关矩阵。
[0015]
根据解耦合后的下行信道矩阵，计算初始上行预编码矩阵，包括：
[0016]
根据解耦合后的下行信道矩阵，采用非码本预编码方法，计算初始上行预编码矩阵。
[0017]
非码本预编码方法包括迫零预编码方法、最大比发送预编码方法或正则化的迫零预编码方法。
[0018]
采用发送预解耦合矩阵和校准矩阵对初始上行预编码矩阵进行预解耦合并校准，生成最终的上行预编码矩阵，包括：
[0019]
将初始上行预编码矩阵、发送预解耦合矩阵和校准矩阵相乘，生成最终的上行预编码矩阵。
[0020]
一种上行预编码系统，包括：
[0021]
校准信号模块：根据终端校准收发天线与终端收发阵列之间互发的校准信号，获取校准矩阵、发送预解耦合矩阵和接收解耦合矩阵；
[0022]
接收解耦模块：采用接收解耦合矩阵对下行信道矩阵解耦合；
[0023]
预编码计算模块：根据解耦合后的下行信道矩阵，计算初始上行预编码矩阵；
[0024]
发送预解耦-校准模块：采用发送预解耦合矩阵和校准矩阵对初始上行预编码矩阵进行预解耦合并校准，生成最终的上行预编码矩阵，根据最终的上行预编码矩阵进行上行预编码。
[0025]
校准矩阵为：
[0026][0027]
其中，为校准矩阵，y
l
为终端收发阵列侧接收的校准信号，x
l
为终端校准收发天线接收的校准信号，
÷
表示向量的对应元素相除。
[0028]
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行上行预编码方法。
[0029]
本发明所达到的有益效果：本发明基于终端校准收发天线与终端收发阵列护发的校准信号，获取校准矩阵、发送预解耦合矩阵和接收解耦合矩阵，采用接收解耦合矩阵对下行信道矩阵解耦合，计算出初始上行预编码矩阵，采用发送预解耦合矩阵和校准矩阵对初始上行预编码矩阵进行预解耦合并校准，获得最终的上行预编码矩阵，进行上行预编码，通过发送预解耦合矩阵和接收解耦合矩阵效消除耦合效应干扰，通过校准矩阵进行上行校准，增强了上行传输性能。
附图说明
[0030]
图1为上行预编码方法的流程图；
[0031]
图2为上行频谱对比图；
[0032]
图3为终端的结构框图。
具体实施方式
[0033]
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0034]
如图1所示，一种上行预编码方法，包括以下步骤：
[0035]
步骤1，根据终端校准收发天线与终端收发阵列之间互发的校准信号，获取校准矩阵、发送预解耦合矩阵和接收解耦合矩阵；
[0036]
步骤2，采用接收解耦合矩阵对下行信道矩阵解耦合；
[0037]
步骤3，根据解耦合后的下行信道矩阵，计算初始上行预编码矩阵；
[0038]
步骤4，采用发送预解耦合矩阵和校准矩阵对初始上行预编码矩阵进行预解耦合并校准，生成最终的上行预编码矩阵，根据最终的上行预编码矩阵进行上行预编码。
[0039]
上述方法基于终端校准收发天线与终端收发阵列护发的校准信号，获取校准矩阵、发送预解耦合矩阵和接收解耦合矩阵，采用接收解耦合矩阵对下行信道矩阵解耦合，计算出初始上行预编码矩阵，采用发送预解耦合矩阵和校准矩阵对初始上行预编码矩阵进行预解耦合并校准，获得最终的上行预编码矩阵，进行上行预编码，通过发送预解耦合矩阵和接收解耦合矩阵效消除耦合效应干扰，通过校准矩阵进行上行校准，增强了上行传输性能。
[0040]
对现有终端通信进行如下理论分析：
[0041]
根据天线理论和信道建模，对于终端侧，可以把上行信道建模为：
[0042]hu
＝hqc
ue,t
[0043]
其中，h为空口信道，q为终端侧发送天线间的耦合矩阵，c
ue,t
为终端侧发送通道的系数，它是一个对角阵。
[0044]
类似的，上行信道建模为：
[0045]
hd＝c
ue,rqtht
[0046]
其中，c
ue,r
为终端侧接收通道的系数，它是一个对角阵，t为转置。
[0047]
空口信道具有互易性，根据天线理论，经过匹配网络设计，收发天线的耦合矩阵具有互易性，并且有：
[0048]
q＝q
t
[0049]
因此，
[0050]
hd＝c
ue,r
qh
t
[0051]
由于终端尺寸限制，通常较难达到理想的单位矩阵的耦合矩阵。这种耦合效应会降低mimo信道的容量。由于耦合矩阵具有长时间的稳定性，因此，可以通过基带算法进行补偿。
[0052]
为了消除耦合，需要对终端的结构进行调整，在终端上增设校准收发天线，校准收发天线与终端原有的互发校准信号，一般为空口校准信号，终端校准收发天线接收的校准信号可以表示为：
[0053]
x
l
＝c
ue,t
qh
l
z
t,l
[0054]
其中，x
l
为终端校准收发天线接收的校准信号，h
l
为小尺度衰落，z
t,l
为噪音。
[0055]
终端收发阵列侧接收的校准信号可以表示为：
[0056]yl
＝c
ue,r
qh
l
z
t,l
[0057]
其中，y
l
为终端收发阵列侧接收的校准信号。
[0058]
将y
l
的元素对应除以x
l
，可以得到校准矩阵为：
[0059][0060]
其中，为校准矩阵，
÷
表示向量的对应元素相除，表示将向量形成对角阵。
[0061]
考虑到校准矩阵、通道之间的耦合矩阵在较长时间内保持不变，通常以小时级别进行变化，因此，可以通过多符号多个子载波上采集，得到y
l
自相关矩阵：
[0062]
[0063]
其中，l为采集的子载波个数，zr为噪声矩阵。
[0064]
可以看到，小尺度rayleigh衰落会被平均，当采集的信号数足够多，即：l
→
∞时，
[0065][0066]
根据上述原理，我们可以估计出：
[0067][0068]
并对进行特征值分解：
[0069][0070]
其中，u为的特征矩阵，uh为u的共轭转置，λ为的特征值构成的对角阵，矩阵u和λ可用于下行解耦合和上行预解耦合。
[0071]
根据下行信道矩阵hd＝c
ue,r
qh
t
的表达式可知，下行接收信号乘以接收解耦合矩阵可以去除下行信道矩阵中终端侧的耦合，其中，为对λ的对角线元素开根号并求倒数。
[0072]
根据上行信道矩阵hu＝hqc
ue,t
的表达式可知，对上行发送信号乘以预解耦矩阵，可以消除上行发送端的耦合。
[0073]
由于下行接收信号比较容易采集，因此这里对下行信道矩阵解耦合(下行信道矩阵乘以接收解耦合矩阵)，可以直接采用接收解耦合矩阵对下行接收信号解耦合，下行接收信号解耦合后下行信道矩阵必然也被解耦合，采用非码本预编码方法，计算初始上行预编码矩阵，将初始上行预编码矩阵、发送预解耦合矩阵和校准矩阵相乘，生成最终的上行预编码矩阵。
[0074]
如果预编码方法采用码本预编码方法，那么可直接根据下行信道和码本得到初始上行预编码矩阵，或根据基站指示的码字生成初始上行预编码矩阵，无需通过接收解耦合矩阵对下行信道矩阵解耦合。
[0075]
上述非码本预编码方法包括迫零预编码方法、最大比发送预编码方法或正则化的迫零预编码方法；以下以迫零预编码为例介绍解耦合和校准原理：
[0076]
解耦合后的下行接收信号表示为：
[0077][0078]
其中，我们假设：
[0079][0080][0081]
那么，迫零预编码矩阵为，
[0082][0083]
预解耦合并校准可表示为：
[0084][0085]
将上行信道矩阵的表达式与上面的矩阵相乘，可以发现，
[0086][0087]
其中，我们利用了，
[0088]
q＝q
t
，u
tu*
＝i，v
*vt
＝i
[0089]
即上述方法可以实现天线间的解耦合和互易性预编码。
[0090]
图2给出了上行链路中存在耦合以及采用上述方法解耦合以后的频谱效率的对比，仿真中终端采用4发4收，基站也采用4发4收。可以看到，典型情况下，上述方法可以提高2db的信噪比，频谱效率提升10％以上。
[0091]
本发明还公开了上述方法的软件系统，一种上行预编码系统，包括：
[0092]
校准信号模块：根据终端校准收发天线与终端收发阵列之间互发的校准信号，获取校准矩阵、发送预解耦合矩阵和接收解耦合矩阵。
[0093]
如图3所示，该模块可分成两个模块，一个为校准矩阵计算模块，用以获得校准矩阵，
[0094]
校准矩阵为：
[0095][0096]
其中，为校准矩阵，y
l
为终端收发阵列侧接收的校准信号，x
l
为终端校准收发天线接收的校准信号，
÷
表示向量的对应元素相除。
[0097]
一个为解耦矩阵计算模块，用以获得发送预解耦合矩阵和接收解耦合矩阵。
[0098]
接收解耦模块：采用接收解耦合矩阵对下行信道矩阵解耦合，这里可直接对下行接收信号进行解耦合。
[0099]
预编码计算模块：根据解耦合后的下行信道矩阵，计算初始上行预编码矩阵。
[0100]
发送预解耦-校准模块：采用发送预解耦合矩阵和校准矩阵对初始上行预编码矩阵进行预解耦合并校准，生成最终的上行预编码矩阵，根据最终的上行预编码矩阵进行上行预编码。
[0101]
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行上行预编码方法。
[0102]
一种计算设备，包括一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行上行预编码方法的指令。
[0103]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0104]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0105]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0106]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0107]
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。