一种分布式预编码的方法及装置制造方法及图纸

本申请实施例提供了一种预编码方法，该方法由中心节点执行，包括：获取C个第一矩阵，C个子节点中的第i个子节点的第一矩阵是基于信道矩阵获得的，信道矩阵为第i个子节点对应的天线到第k个用户的信道矩阵；向C个子节点中的每一个子节点发送第二矩阵，第二矩阵是根据C个第一矩阵获得的；获取C个第三矩阵，C个子节点中的第i个子节点的第三矩阵是基于信道矩阵和第二矩阵获得的；向C个子节点中的每一个子节点发送第四矩阵，第四矩阵是根据C个第三矩阵获得的，第四矩阵用于C个子节点中每一个子节点计算各自对应的预编码矩阵分量，预编码矩阵分量构成预编码矩阵，从而缓解高数据交互量和计算复杂度的瓶颈。互量和计算复杂度的瓶颈。互量和计算复杂度的瓶颈。

【技术实现步骤摘要】
一种分布式预编码的方法及装置


[0001]本申请实施例涉及通信领域，并且更具体地，涉及一种分布式预编码的方法以及装置。

技术介绍

[0002]在大规模多输入多输出(massive multiple
‑
input multiple
‑
output，Massive MIMO)技术 中，可通过预编码技术减小多用户之间的干扰以及同一用户的多个信号流之间的干扰，有 利于提高信号质量，实现空分复用，提高频谱利用率。
[0003]自从大规模MIMO技术被提出并应用，预编码技术吸引了大量技术人员的研究兴趣。 现有的匹配滤波法(matched filter，MF)和迫零(zero forcing，ZF)及其衍生算法易于分 布式设计，但集中式分布设计的情形下性能损失巨大。其他更高性能的算法，如最小均方 误差(minimum mean square error，MMSE)预编码算法，在实际应用于大规模天线阵列基 站时，也会给系统带来高数据量传输和运算复杂度的困扰。
[0004]随着未来超大规模天线阵列走向应用，信道矩阵和预编码矩阵的维度将会大幅增高， 进而导致传统集中式预编码算法的实现难度急剧增加。因此，我们亟需一种分布式预编码 算法设计来缓解高数据交互量和计算复杂度的瓶颈，充分发挥大规模MIMO技术的高频 谱效率优势。

技术实现思路

[0005]本申请实施例提供一种分布式预编码计算方法及装置，能够缓解高数据交互量和计算 复杂度的瓶颈，充分发挥大规模MIMO技术的高频谱效率优势。
[0006]第一方面，提供了一种预编码方法，应用于包括中心节点和子节点的系统，该方法 由该中心节点执行，该方法包括：获取C个第一矩阵，该C个第一矩阵来自于C个子节 点，该C个子节点中的第i个子节点的第一矩阵是基于信道矩阵获得的，该信道矩 阵为第i个子节点对应的天线到第k个用户的信道矩阵，其中，C，i，k均为正整 数，且1≤i≤C，1≤k≤K，K为用户数；向该C个子节点中的每一个子节点发送第二矩 阵，该第二矩阵是根据该C个第一矩阵获得的；获取C个第三矩阵，该C个第三矩阵来 自于C个子节点，该C个子节点中的第i个子节点的第三矩阵是基于该信道矩阵和 该第二矩阵获得的；向该C个子节点中的每一个子节点发送第四矩阵，该第四矩阵是根 据该C个第三矩阵获得的，该第四矩阵用于该C个子节点中每一个子节点计算各自对应 的预编码矩阵分量，该预编码矩阵分量构成预编码矩阵。
[0007]基于上述技术方案，中心节点获得C个子节点中各个子节点发送的第一矩阵，随后 将根据第一矩阵获得的第二矩阵发送给每一个子节点，中心节点接收各个子节点发送的 第三矩阵，将根据第三矩阵获得的第四矩阵发送给各个子节点，最后由各个子节点进行 预编码分量的计算，最终完成预编码矩阵。基于此，本申请的实施例使得EZF预编码算 法能够
很容易地在分布式基带处理架构上实现，解决了对全局信道状态矩阵的SVD分 解，能够直接分布化实现，且具有较低的信息交互量。
[0008]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该C个子节点中的第i个子节点的第 一矩阵是基于信道矩阵获得的，包括：该C个子节点中的第i个子节点的第一矩阵是 由该信道矩阵和该信道矩阵的共轭转置矩阵相乘得到的矩阵。基于上述技术方案， 使得EZF预编码算法能够很容易地在分布式基带处理架构上实现，能够缓解高数据交互 量和计算复杂度的瓶颈。
[0009]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该第二矩阵是根据该C个第一矩阵 获得的，还包括：获取第五矩阵，该第五矩阵为对该C个第一矩阵进行求和得到的矩 阵；对该第五矩阵进行特征值分解，得到所述第二矩阵。基于上述技术方案，使得EZF 预编码算法能够很容易地在分布式基带处理架构上实现，能够缓解高数据交互量和计算 复杂度的瓶颈。
[0010]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该C个子节点中的第i个子节点的 第三矩阵是基于该信道矩阵和该第二矩阵获得的，包括：该C个子节点中的第i个子 节点的第三矩阵是由第六矩阵的共轭转置矩阵和该第六矩阵相乘获得的矩阵，该第六矩 阵为K个第七矩阵按列拼接构成的矩阵，该第七矩阵为该信道矩阵的共轭转置矩阵和 所述第二矩阵的乘积的前N
k
列向量构成的矩阵。基于上述技术方案，使得EZF预编码算 法能够很容易地在分布式基带处理架构上实现，能够缓解高数据交互量和计算复杂度的 瓶颈。
[0011]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该第四矩阵是根据该C个第三矩阵 获得的，包括：该第四矩阵是对该C个第三矩阵进行求和后得到的矩阵再求逆得到的矩 阵。基于上述技术方案，使得EZF预编码算法能够很容易地在分布式基带处理架构上实 现，能够缓解高数据交互量和计算复杂度的瓶颈。
[0012]第二方面，提供了一种预编码方法，该方法包括：第i个节点获取来自于第i
‑
1个节 点的第一矩阵，该来自于第i
‑
1个节点的第一矩阵为其中，为第c个节 点对应的天线到第k个用户的信道矩阵，其中，2≤i≤C，其中，C为参与预编码的节点 数，i，k，c，C均为正整数；该第i个节点向第i+1个节点发送第i个节点的第一矩阵， 该第i个节点的第一矩阵为第C个节点向第1个节点发送第二矩阵，以 及，C个节点中的第i
‑
1个节点向第i个节点发送该第二矩阵，该第二矩阵是根据该第C 个节点的第一矩阵获得的，其中，C为正整数，且i+1≤C；该第i个节点获取来自于第 i
‑
1个节点的第三矩阵，该来自于第i
‑
1个节点的第三矩阵为其中， 是基于K个信道矩阵和所述第二矩阵获得的；所述第i个节点向第i+1个节 点发送第i个节点的第三矩阵，所述第i个节点的第三矩阵为所述第C个节 点向所述第1个节点发送第四矩阵，以及，所述C个节点中的第i
‑
1个节点向第i个节点 发送所述第四矩阵，所述第四矩阵是根据所述C个节点的第三矩阵获得的；所述C个节 点中的每一个节点根据该第四矩阵计算各自对应的预编码矩阵分量，该预编码矩阵分量 构成预编码矩阵。
第三矩阵，将根据第三矩阵获得的第四矩阵发送给各个子节点，最后由各个子节点进行 预编码分量的计算，最终完成预编码矩阵。基于此，本申请实施例提出并证明了预编码 矩阵P＝H
H
X的线性表示形式的可行性，从而设计提出了R
‑
WMMSE预编码，实现了对WMMSE预编码的优化变量的维度的优化。并且，本申请的技术方案还能够将X的结构 进一步分解，从而降低信息交互的维度，有效缓解了信息交互和计算复杂度高的问题。
[0020]结合第三方面，在第三方面的某些实现方式中，该C个子节点中的第i个子节点的 第一矩阵是基于信道矩阵和信道矩阵获得的，包括：该C个子节点中的第i个子 节点的第一矩阵是由该信道矩阵和该信道矩阵的共轭转置矩阵相乘得到的矩阵。 基于上述技术方案，设计提出了R
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种预编码方法，其特征在于，应用于包括中心节点和子节点的系统，所述方法由所述中心节点执行，所述方法包括：获取C个第一矩阵，所述C个第一矩阵来自于C个子节点，所述C个子节点中的第i个子节点的第一矩阵是基于信道矩阵获得的，所述信道矩阵为第i个子节点对应的天线到第k个用户的信道矩阵，其中，C，i，k均为正整数，且1≤i≤C，1≤k≤K，K为用户数；向所述C个子节点中的每一个子节点发送第二矩阵，所述第二矩阵是根据所述C个第一矩阵获得的；获取C个第三矩阵，所述C个第三矩阵来自于C个子节点，所述C个子节点中的第i个子节点的第三矩阵是基于所述信道矩阵和所述第二矩阵获得的；向所述C个子节点中的每一个子节点发送第四矩阵，所述第四矩阵是根据所述C个第三矩阵获得的，所述第四矩阵用于所述C个子节点中每一个子节点计算各自对应的预编码矩阵分量，所述预编码矩阵分量构成预编码矩阵。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述C个子节点中的第i个子节点的第一矩阵是基于信道矩阵获得的，包括：所述C个子节点中的第i个子节点的第一矩阵是由所述信道矩阵和所述信道矩阵的共轭转置矩阵相乘得到的矩阵。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第二矩阵是根据所述C个第一矩阵获得的，还包括：获取第五矩阵，所述第五矩阵为对所述C个第一矩阵进行求和得到的矩阵；对所述第五矩阵进行特征值分解，得到所述第二矩阵。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述C个子节点中的第i个子节点的第三矩阵是基于所述信道矩阵和所述第二矩阵获得的，包括：所述C个子节点中的第i个子节点的第三矩阵是由第六矩阵的共轭转置矩阵和所述第六矩阵相乘获得的矩阵，所述第六矩阵为K个第七矩阵按列拼接构成的矩阵，所述第七矩阵为所述信道矩阵的共轭转置矩阵和所述第二矩阵的乘积的前N
k
列向量构成的矩阵。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第四矩阵是根据所述C个第三矩阵获得的，包括：所述第四矩阵是对所述C个第三矩阵进行求和后得到的矩阵再求逆得到的矩阵。6.一种预编码方法，其特征在于，所述方法包括：第i个节点获取来自于第i
‑
1个节点的第一矩阵，所述来自于第i
‑
1个节点的第一矩阵为其中，为第c个节点对应的天线到第k个用户的信道矩阵，其中，2≤i≤C，其中，C为参与预编码的节点数，i，k，c，C均为正整数；所述第i个节点向第i+1个节点发送第i个节点的第一矩阵，所述第i个节点的第一矩阵为第C个节点向第1个节点发送第二矩阵，以及，C个节点中的第i
‑
1个节点向第i个节点发送所述第二矩阵，所述第二矩阵是根据所述第C个节点的第一矩阵获得的，其中，C为正整
数，且i+1≤C；所述第i个节点获取来自于第i
‑
1个节点的第三矩阵，所述来自于第i
‑
1个节点的第三矩阵为其中，是基于K个信道矩阵和所述第二矩阵获得的；所述第i个节点向第i+1个节点发送第i个节点的第三矩阵，所述第i个节点的第三矩阵为所述第C个节点向所述第1个节点发送第四矩阵，以及，所述C个节点中的第i
‑
1个节点向第i个节点发送所述第四矩阵，所述第四矩阵是根据所述C个节点的第三矩阵获得的；所述C个节点中的每一个节点根据所述第四矩阵计算各自对应的预编码矩阵分量，所述预编码矩阵分量构成预编码矩阵。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第二矩阵是根据所述第C个节点的第一矩阵获得的，还包括：对所述第C个节点的第一矩阵进行特征值分解，得到所述第二矩阵。8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述是基于K个信道矩阵和所述第二矩阵获得的，包括：所述是由第五矩阵的共轭转置矩阵和所述第五矩阵相乘获得的矩阵，所述第五矩阵为K个第六矩阵按列拼接构成的矩阵，所述第六矩阵为所述信道矩阵的共轭转置矩阵和所述第二矩阵的乘积的前N
k
列向量构成的矩阵。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第四矩阵是根据所述C个第三矩阵获得的，包括：所述第四矩阵是所述C个第三矩阵进行求和后得到的矩阵再求逆得到的矩阵。10.根据权利要求8中任一项所述的方法，其特征在于，所述C个节点中的每一个节点根据所述第四矩阵计算各自对应的预编码矩阵分量，包括：所述C个节点中的每一个节点将K个所述第六矩阵按列拼接得到的矩阵和所述第四矩阵进行相乘，得到对应的预编码矩阵分量。11.一种预编码方法，其特征在于，所述方法由中心节点执行，所述方法包括：获取C*K2个第一矩阵，所述C*K2个第一矩阵来自于C个子节点，所述C个子节点中的第i个子节点的第一矩阵为所述第i个子节点的第一矩阵是基于信道矩阵和信道矩阵获得的，所述信道矩阵为第i个子节点对应的天线到第k个用户的信道矩阵，所述信道矩阵为第i个子节点对应的天线到第j个用户的信道矩阵，其中，C，i，k，j均为正整数，且1≤i≤C，1≤k，j≤K，K为用户数；向所述C个子节点中的每一个子节点发送第二矩阵，所述第二矩阵是根据所述C*K2个第一矩阵获得的，所述第二矩阵用于所述C个子节点中每一个子节点计算各自对应的预编码矩阵分量，所述预编码矩阵分量构成预编码矩阵。12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述C个子节点中的第i个子节点的第一
矩阵是基于信道矩阵和信道矩阵获得的，包括：所述C个子节点中的第i个子节点的第一矩阵是由所述信道矩阵和所述信道矩阵的共轭转置矩阵相乘得到的矩阵。13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述第二矩阵是根据所述C*K2个第一矩阵获得的，还包括：获取第三矩阵，所述第三矩阵为对所述C个第一矩阵进行求和得到的矩阵进行组合后得到的矩阵；根据所述第三矩阵、所述第三矩阵的共轭转置矩阵以及K个用户的降维的权值获得第四矩阵；获取第五矩阵，所述第五矩阵为单位矩阵I和所述第四矩阵、所述第三矩阵以及第k个用户的降维的权值的乘积的差值进行求逆获得的矩阵；根据所述第三矩阵、所述第四矩阵以及所述第五矩阵获得所述第二矩阵。14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述根据所述第三矩阵、所述第三矩阵的共轭转置矩阵以及K个用户的降维的权值获得第四矩阵，包括：根据公式获得所述第四矩阵，其中，U
k(n)
为第n次迭代得到的第四矩阵，σ
j2
为第j个用户的噪声功率，P
max
为最大发射功率，为所述第三矩阵，X
j(n
‑
1)
、X
i(n
‑
1)
均为第n
‑
1次迭代得到的K个用户的降维的权值，X
k(n
‑
1)
为第n
‑
1次迭代得到的第k个用户的降维的权值，为所述第三矩阵的子矩阵，n为迭代次数，其中，1≤k≤K，K为用户数。15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述获取第五矩阵，包括：根据公式获得所述第五矩阵，其中，W
k(n)
为第n次迭代得到的第五矩阵，I为单位矩阵，U
k(n)
为第n次迭代得到的第四矩阵，为所述第三矩阵的子矩阵，X
k(n
‑
1)
为第n
‑
1次迭代得到的第k个用户的降维的权值，n为迭代次数，其中，1≤k≤K，K为用户数。16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述根据所述第三矩阵、所述第四矩阵以及所述第五矩阵获得所述第二矩阵，包括：根据对所述第三矩阵、所述第四矩阵以及所述第五矩阵执行r次迭代，获得所述第二矩阵，其中，执行第n次迭代获得第四矩阵U
k(n)
，第五矩阵W
k(n)
和第二矩阵X
k(n)
；在所述第四矩阵U
k(n)
、所述第五矩阵W
k(n)
和所述第二矩阵X
k(n)
不满足收敛条件的情况下，执行第n+1次迭代，获得第四矩阵U
k(n+1)
，第五矩阵W
k(n+1)
和第二矩阵X
k(n+1)
；在所述第四矩阵U
k(n)
、所述第五矩阵W
k(n)
和所述第二矩阵X
k(n)
满足收敛条件的情况下，将第n次迭代得到的第二矩阵X
k(n)
作为所述第二矩阵输出，其中，1≤n≤r,1≤n+1≤r；其中，根据如下公式执行第n次迭代，获得所述第二矩阵：
其中，X
k(n)
为第n次迭代得到的第二矩阵，σ
j2
为第j个用户的噪声功率，P
max
为最大发射功率，α
j
为第j个用户的权重系数，α
i
为第i个用户的权重系数，α
k
为第k个用户的权重系数，其中，M
(n)
＝U
(n)
W
(n)
U
(n)H
，为所述第三矩阵，U
k(n)
为第n次迭代得到的第四矩阵，W
k(n)
为第n次迭代得到的第五矩阵，为所述第三矩阵的子矩阵。...

【专利技术属性】
技术研发人员：史清江，赵小彤，李勉，管鑫，王勃，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：