一种5G多天线干扰消除的复数矩阵快速计算方法技术

本发明专利技术涉及一种5G多天线干扰消除的复数矩阵快速计算方法，所述计算方法包括：分解多天线干扰消除的复数矩阵计算公式，根据5G物理层信号处理过程进行计算位置的调整；按照步长存储复数矩阵数据，使得复数数据在存取时可以适应数据分块的情况和引入指令级并行；基于BAMI分块矩阵进行快速求逆，并使用指令级并行对多个子载波的复数矩阵进行同时求解。本发明专利技术的优点在于：可以实现IRC方法和MRC方法两个独立的功能模块，基站在单个时隙接收到物理信号之后根据配置选择两个模块中的一个执行，以便正确地解调出发送端信号和译码出正确的发送端数据。

【技术实现步骤摘要】
一种5G多天线干扰消除的复数矩阵快速计算方法
本专利技术涉及通信
，尤其涉及一种5G多天线干扰消除的复数矩阵快速计算方法。
技术介绍
多天线技术称为多入多出MIMO技术，指代发送和接收端采用多根天线进行通信。5G系统存在着独立组网和混合组网两种模式，其通信本质上也是蜂窝移动通信系统，基本特征在于频率复用，不同小区之间存在着同频干扰。与LTE移动通信系统相似，小区边缘的系统吞吐量受干扰信号的影响较大。多天线干扰消除技术是提升5G系统容量和系统性能的重要组成内容，可以基于LTE的研究成果进行沿用和改进。5G系统的一种产品实现为虚拟接入网小基站系统，整个MIMO子系统采用软件处理方式，围绕信号处理执行大量的复数数据(IQ数据)操作。例如子系统内部使用的多天线干扰消除技术MRC方法或IRC方法需要对单个时隙内所有子载波执行复数矩阵的相关运算，通过矩阵求积求逆，最终形成各个接收天线关于增益的权重估计。目前世界范围内软件编程实现时主要使用经典的解析法或者QR分解法来操作复数矩阵。当矩阵规模较小时，可以将部分计算功能由软件程序或专用硬件进行实现；随着矩阵规模的增加，分块方法也被用于MIMO系统的处理过程。此外编程技术方面，SIMD指令级并行也较多引入到小基站系统的软件产品内，进一步提升信号处理效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种5G多天线干扰消除的复数矩阵快速计算方法，能够快速完成多天线干扰消除技术涉及的复数矩阵计算，在确保正确性的前提下适应5G小基站的软件系统结构和高效特性，并降低软件代码的编程实现难度，使得易于扩展至更多接收天线的MIMO系统。本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：一种5G多天线干扰消除的复数矩阵快速计算方法，所述计算方法包括：分解多天线干扰消除的复数矩阵计算公式，根据5G物理层信号处理过程进行计算位置的调整；按照步长存储复数矩阵数据，使得复数数据在存取时可以适应数据分块的情况和引入指令级并行；基于BAMI分块矩阵进行快速求逆，并使用指令级并行对多个子载波的复数矩阵进行同时求解。进一步地，BAMI分块矩阵求逆采用设置步长的三维数组存储方式对BAMI分块矩阵进行提取，然后应用AVX512指令集，同一循环过程同时对8个复数进行操作。所述分解多天线干扰消除的复数矩阵计算公式，根据5G物理层信号处理过程进行计算位置的调整包括：将复数矩阵计算公式进行分解，当执行IRC计算时，在信道估计过程中对HH·H和Rnn进行计算；当执行MRC计算时，在信道估计过程中仅计算H·HH；令计算过程中间变量M＝H·HH+Rnn，在权重计算过程中对M进行计算，并执行快速的矩阵求和操作；在权重计算过程中对权重向量W进行计算，执行快速的矩阵求逆和乘积操作。所述按照步长存储复数矩阵数据，使得复数数据在存取时可以适应数据分块的情况和引入指令级并行包括：将信道冲激响H，协方差矩阵Rnn和计算过程中间变量M均采用三维形式进行存储，并对其存放规则进行限定；判断是否执行IRC计算，如果是，则对所述计算过程中间变量M进行计算后再进行IRC权重向量W计算，如果不是，则直接进行MRC权重向量计算。所述基于BAMI分块矩阵进行快速求逆，并使用指令级并行对多个子载波的复数矩阵进行同时求解包括：根据IRC计算方法求解(H·HH+Rnn)-1＝M-1，并根据BAMI分块矩阵方法将矩阵M分块为得到矩阵M的逆矩阵计算得到各个分块矩阵W＝A-1、X＝C·W、Y＝(D-X·B)-1和Z＝W·B·Y；根据上述分块矩阵A、B、C和D的大小结合5G小基站的多天线应用场景下分别对2×2和4×4两种规模的复数矩阵快速求逆操作，并根据解析公式进行求解。所述对存放规则进行限定包括第一维是DM-RS符号的索引，第二维是与接收天线数量相关的索引值，第三维是频域子载波数量，通过这种设置方式可以使用索引来指向其中的第二维，这样第三维子载波数据可以被整块操作，步长便被设置为子载波位置，便于提供指令级并行计算的便利。指令级并行的步长基于多个子载波展开，当计算设备提供指令级并行支持时可以同时对多个子载波对应的复数矩阵进行计算，当计算设备不提供指令级并行支持时，退化为单个子载波依次进行复数矩阵计算。本专利技术具有以下优点：一种5G多天线干扰消除的复数矩阵快速计算方法，可以实现IRC方法和MRC方法两个独立的功能模块，基站在单个时隙接收到物理信号之后根据配置选择两个模块中的一个执行，以便正确地解调出发送端信号和译码出正确的发送端数据。附图说明图1为5G物理层信号处理流程图；图2为多天线干扰消除中的Rnn复数数据存储形式示意图；图3为复数矩阵快速计算步骤流程图。具体实施方式为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下结合附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的保护范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本专利技术做进一步的描述。本专利技术涉及一种5G多天线干扰消除的复数矩阵快速计算方法，其具体包括以下内容：(1)有效分解多天线干扰消除的复数矩阵计算公式；多天线接收技术(又称为分集接收技术)是在接收端使用多根天线进行信号接收，并将接收信号按照一定规则进行合并，使得接收到的有用信号能量最大，从而提高接收信号的信噪比。线性最小均方误差估计(MMSE，LineMinimumMeanSquareerrorEstimation)是最简单的一种方法。它对估计的形式有一定的限制，往往将待估计参数表示为观察值的线性组合。其中h(i)是待定系数，基本思想是使估计量和待估计参数之间的均方误差最小。对于5G系统采用的OFDM技术，其每个子载波在n根天线接收情况下，其接收信号模型可以表示为：Y＝Hs·x+Hi·i+NY为接收到的信号向量，H分别表示发送信号x的信道冲激响应和干扰信号i的信道冲激响应，N为高斯白噪声。x是待估计的发送OFDM符号，为未知量；Y为已知量；其中Hs可以通过导频信号估计，干扰信号i为未知量；干扰信号的信道冲激响应也为未知量。信道估计均衡的目标就是找到一组复数权重值W＝[w1，...，wn]，使得对发送信号的估计最接近原始信号。由MMSE最小均方误差估计准则可以得到：再根据OFDM符号的正交原理，推出：W＝E(x·YH){E(Y·YH)}-1假定子载波序号为k，接收端天线序号为r。MMSE方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种5G多天线干扰消除的复数矩阵快速计算方法，其特征在于：所述计算方法包括：/n分解多天线干扰消除的复数矩阵计算公式，根据5G物理层信号处理过程进行计算位置的调整；/n按照步长存储复数矩阵数据，使得复数数据在存取时可以适应数据分块的情况和引入指令级并行；/n基于BAMI分块矩阵进行快速求逆，并使用指令级并行对多个子载波的复数矩阵进行同时求解。/n

【技术特征摘要】
1.一种5G多天线干扰消除的复数矩阵快速计算方法，其特征在于：所述计算方法包括：
分解多天线干扰消除的复数矩阵计算公式，根据5G物理层信号处理过程进行计算位置的调整；
按照步长存储复数矩阵数据，使得复数数据在存取时可以适应数据分块的情况和引入指令级并行；
基于BAMI分块矩阵进行快速求逆，并使用指令级并行对多个子载波的复数矩阵进行同时求解。


2.根据权利要求1所述的一种5G多天线干扰消除的复数矩阵快速计算方法，其特征在于：所述分解多天线干扰消除的复数矩阵计算公式，根据5G物理层信号处理过程进行计算位置的调整包括：
将复数矩阵计算公式进行分解，当执行IRC计算时，在信道估计过程中对HH·H和Rnn进行计算；当执行MRC计算时，在信道估计过程中仅计算H·HH；
令计算过程中间变量M＝H·HH+Rnn，在权重计算过程中对M进行计算，并执行快速的矩阵求和操作；
在权重计算过程中对权重向量W进行计算，执行快速的矩阵求逆和乘积操作。


3.根据权利要求2所述的一种5G多天线干扰消除的复数矩阵快速计算方法，其特征在于：所述按照步长存储复数矩阵数据，使得复数数据在存取时可以适应数据分块的情况和引入指令级并行包括：
将信道冲激响H，协方差矩阵Rnn和计算过程中间变量M均采用三维形式进行存储，并对其存放规则进行限定；
判断是否执行IRC计算，如果是，则对所述计算过程中间变量M进行计算后再进...

【专利技术属性】
技术研发人员：明平洲，陈阳，甘华强，廖军，付自刚，杨景文，
申请(专利权)人：成都图迅科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51