一种低复杂度实现矩阵QR分解的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种低复杂度实现矩阵QR分解的装置及方法，包括有如下步骤：S1、设系统最大接收天线为m_max，最大层数为n_max，m_max>＝n_max；S2、获取复信道得出矩阵H及复接收信号向量y，H包含m行n列复数据，其中m>＝n，y包含m行1列复信号。本发明专利技术中，采用Givens旋转的QR分解方法，利用CORDIC实现，资源消耗较低，方便硬件实现，使用增广矩阵进行QR分解，以增加1列数据的运算量的代价，避免了输出Q矩阵及(Q^T)y的计算，通过将任意m*(n+1)(m>＝n)矩阵扩充为m_max*(m_max+1)矩阵实现一套QR分解方案对任意m*(n+1)矩阵QR分解适用，采用Givens旋转的QR分解方法，利用CORDIC实现，资源消耗较低，方便硬件实现，使用增广矩阵进行QR分解，以增加1列数据的运算量的代价，避免了输出Q矩阵及(Q^T)y的计算。

【技术实现步骤摘要】
一种低复杂度实现矩阵QR分解的方法及装置
本专利技术涉及无线通信
，特别的为一种低复杂度实现矩阵QR分解的方法及装置。
技术介绍
在多信号检测系统中，矩阵QR分解是一个常用的技术。QR分解的实现方式有多种，常用的有HouseholderQR分解，Gram-Schmidt法QR分解及基于Givens旋转的QR分解。现有技术基于三种方法都有。但存在以下缺点：1、HouseholderQR分解，Gram-Schmidt法QR分解对乘除法器个数有要求，并且位宽较大，比较消耗资源。2、Givens旋转的QR分解可以通过CORDIC(坐标旋转数字计算方法)实现，只需要加法、移位及一个乘法即可实现，方便硬件实现。但为了保证性能，迭代次数较大，对所有数据均使用固定迭代次数，功耗较大。3、由于接收天线及层数m*n存在多种组合，需要实现多套QR分解，浪费资源。4、对于方程y＝Hx，先做H的QR分解，再进行求解方程，需要在对H做QR分解的同时对一个单位阵I做相同的操作，以输出Q矩阵，且需要计算(Q^T)y，造成功耗及资源的浪费。5、对于解方程应用场景，输出的R矩阵，一般还要再进行求解，求解时需要用到除法，除法的资源开销较大，使得QR的结果使用并不方便。
技术实现思路
本专利技术提供的专利技术目的在于提供一种低复杂度实现矩阵QR分解的方法及装置，可有效解决上述
技术介绍
中的问题。为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种低复杂度实现矩阵QR分解的方法，包括有如下步骤：S1、设系统最大接收天线为m_max，最大层数为n_max，m_max>＝n_max。S2、获取复信道得出矩阵H及复接收信号向量y，H包含m行n列复数据，其中m>＝n，y包含m行1列复信号，组成增广矩阵H1＝[Hy]。S3、对矩阵H2，从第一行开始经过第一个CORDIC迭代单元，每个CORDIC迭代单元有相同结构。S4、在S3中输出的每一行，从第二行开始，将每一行的第二列开始的数据，经过第二个CORDIC迭代单元。…以此类推。S(m_max+1)、在S(m_max)中输出的每一行，从第二行开始，将每一行的第二列开始的数据，经过第m_max-1个CORDIC迭代单元；S(m_max+2)、在S(m_max+1)中输出的每一行，从第二行开始，将每一行的第二列开始的数据，经过第m_max个CORDIC迭代单元；S(m_max+3)、当m_max行的数据全部走完上述步骤后，CORDIC迭代单元输出的第一个数据a＝real(a)，再根据div_en判断是否更新为1/a，若该a为0，则不变，更新后，分别从第i个CORDIC迭代单元输出上三角矩阵RR的第i行非零元素；S(m_max+3)、从RR矩阵中输出前m行的前n+1列元素组成上三角矩阵R输出。进一步的，根据S2中的操作步骤，所述增广矩阵H1包含m行，n+1列，将复矩阵H1扩充为m_max行m_max+1列复矩阵H2，通过填0的方式扩充进一步的，在初始化m_max行m_max+1列矩阵RR为全零，CORDIC迭代次数为16。进一步的，根据S3中的操作步骤，还包括以下步骤：S301、一行数据a进入迭代单元，使用CORDIC对整行数据进行旋转，使得第一个数据a由复数数据变换为实数数据。S302、将S301步骤中更新的一行数据a，与RR中对应的行对应位置数据进行CORDIC算法旋转，使S301步骤中的第一个数据a变为0，更新当前数据输出，更新RR中对应行对应位置数据。进一步的，S4直到S(m_max+2)中的操作步骤与S3中操作步骤相同。一种低复杂度实现矩阵QR分解装置，包括：检测系统，所述检测系统包括分解单元、第一CORDIC单元、第二CORDIC单元…第m_maxCORDIC单元、一个寄存器和倒数模块。进一步的，所述分解单元用于对接收信号的信道矩阵进行QR分解的准备；所述CORDIC单元用于对数据进行QR分解，其由两个CORDIC组成，第一个CORDIC对整行数据做相同的旋转，该旋转使得该行第一个数据变为实数；第二个CORDIC2做第K行第一列数据与第一行第一列数据的旋转，使得第K行第一列的数据变为0，第K行和第一行其它数据做相同的旋转；所述寄存器可配两个参数组，参数组一对CORDIC每次迭代过程中的数据进行监测，当满足条件时，提前结束迭代，避免过多的迭代次数，浪费功耗；参数组二用于控制倒数模块；所述倒数模块可灵活配置输出的对角线元素为R11或者1/R11。本专利技术提供了一种低复杂度实现矩阵QR分解的方法及装置。具备以下有益效果：(1)、本专利技术中：采用Givens旋转的QR分解方法，利用CORDIC实现，资源消耗较低，方便硬件实现，使用增广矩阵进行QR分解，以增加1列数据的运算量的代价，避免了输出Q矩阵及(Q^T)y的计算。(2)、本专利技术中：通过将任意m*(n+1)(m>＝n)矩阵扩充为m_max*(m_max+1)矩阵实现一套QR分解方案对任意m*(n+1)矩阵QR分解适用。(3)、本专利技术中：通过寄存器可配两个参数组，参数组一对CORDIC每次迭代过程中的数据进行监测，当满足条件时，提前结束迭代，避免过多的迭代次数，浪费功耗，可以对很多特定数，有效的降低迭代次数。由于寄存器可配，方便我们对性能和功耗进行灵活选择。参数组二控制倒数模块。(4)、本专利技术中：自带一个可配置高精度低复杂度求倒数模块，使得可灵活配置输出的对角线元素为R11或者1/R11，求逆后求解方程时，只需要做一个乘法即可，若不求逆时则需要使用除法，由使用者配置决定输出模式。(5)、本专利技术中：由A矩阵的QR分解结果得Q’Q＝D，B＝QR，B与A的误差大约千分之一，D与单位阵的误差大约千分之一，满足性能要求。附图说明：图1为本专利技术的总流程图；图2为本专利技术的QR分解整体流程图；图3为本专利技术的一个CORDIC单元流程图；图4为本专利技术的系统框图。具体实施方式以下参照具体的实施例来说明本专利技术。本领域技术人员能够理解，这些实施例仅用于说明本专利技术，其不以任何方式限制本专利技术的范围。实施例1：参照图1-4：一种低复杂度实现矩阵QR分解的方法，包括有如下步骤：设系统最大接收天线为m_max,最大层数为n_max，m_max>＝n_max,实现步骤如下：步骤一：获取复信道估计矩阵H及复接收信号向量y，H包含m行n列复数据，其中m>＝n,y包含m行1列复信号，组成增广矩阵H1＝[Hy]，H1包含m行，n+1列。将复矩阵H1扩充为m_max行m_max+1列复矩阵H2，通过填0的方式扩充。初始化m_max行m_max+1列矩阵RR为全零，CORDIC迭代次数为16，die_para，dieabspara，div_en。步骤二：对矩阵H2，从第一行开始本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低复杂度实现矩阵QR分解的方法，其特征在于，包括有如下步骤：/nS1、设系统最大接收天线为m_max，最大层数为n_max，m_max>＝n_max；/nS2、获取复信道得出矩阵H及复接收信号向量y，H包含m行n列复数据，其中m>＝n，y包含m行1列复信号，组成增广矩阵H1＝[H y]；/nS3、对矩阵H2，从第一行开始经过第一个CORDIC迭代单元，每个CORDIC迭代单元有相同结构；/nS4、在S3中输出的每一行，从第二行开始，将每一行的第二列开始的数据，经过第二个CORDIC迭代单元；/n…以此类推；/nS(m_max+1)、在S(m_max)中输出的每一行，从第二行开始，将每一行的第二列开始的数据，经过第m_max-1个CORDIC迭代单；/nS(m_max+2)、在S(m_max+1)中输出的每一行，从第二行开始，将每一行的第二列开始的数据，经过第m_max个CORDIC迭代单元；/nS(m_max+3)、当m_max行的数据全部走完上述步骤后，CORDIC迭代单元输出的第一个数据a＝real(a)，再根据div_en判断是否更新为1/a，若该a为0，则不变，更新后，分别从第i个CORDIC迭代单元输出上三角矩阵RR的第i行非零元素；/nS(m_max+3)、从RR矩阵中输出前m行的前n+1列元素组成上三角矩阵R输出。/n...

【技术特征摘要】
20200624 CN 20201059062681.一种低复杂度实现矩阵QR分解的方法，其特征在于，包括有如下步骤：
S1、设系统最大接收天线为m_max，最大层数为n_max，m_max>＝n_max；
S2、获取复信道得出矩阵H及复接收信号向量y，H包含m行n列复数据，其中m>＝n，y包含m行1列复信号，组成增广矩阵H1＝[Hy]；
S3、对矩阵H2，从第一行开始经过第一个CORDIC迭代单元，每个CORDIC迭代单元有相同结构；
S4、在S3中输出的每一行，从第二行开始，将每一行的第二列开始的数据，经过第二个CORDIC迭代单元；
…以此类推；
S(m_max+1)、在S(m_max)中输出的每一行，从第二行开始，将每一行的第二列开始的数据，经过第m_max-1个CORDIC迭代单；
S(m_max+2)、在S(m_max+1)中输出的每一行，从第二行开始，将每一行的第二列开始的数据，经过第m_max个CORDIC迭代单元；
S(m_max+3)、当m_max行的数据全部走完上述步骤后，CORDIC迭代单元输出的第一个数据a＝real(a)，再根据div_en判断是否更新为1/a，若该a为0，则不变，更新后，分别从第i个CORDIC迭代单元输出上三角矩阵RR的第i行非零元素；
S(m_max+3)、从RR矩阵中输出前m行的前n+1列元素组成上三角矩阵R输出。


2.根据权利要求1所述的一种低复杂度实现矩阵QR分解的方法，其特征在于，根据S2中的操作步骤，所述增广矩阵H1包含m行，n+1列，将复矩阵H1扩充为m_max行m_max+1列复矩阵H2，通过填0的方式扩充。


3.根据权利要求2所述的一种低...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭定富，
申请(专利权)人：上海擎昆信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31