用cordic處理器對mimo信道相關矩陣進行本徵值分解的製作方法

2023-12-06 12:36:56

專利名稱：用cordic處理器對mimo信道相關矩陣進行本徵值分解的製作方法
用CORDIC處理器對MIMO信道相關矩陣進行本徵值分解 依據35U.S.C. §119要求優先權根據另一實施例，描述了一種裝置，其包括CORDIC處理器、 查詢處理器和後處理器。CORDIC處理器根據要分解的第一矩陣導出 第一組至少一個變量。查詢處理器根據第一矩陣並使用查詢表導出第 二組至少一個變量。後處理器根據第一組和第二組至少一個變量導出 本徵向量的第二矩陣。，,和&以及&的幅值r ，並計算變量c和" 後處理器130從CORDIC處理器110接收元素^和&、變量c,和v 從査詢處理器120接收變量c和s，並計算矩陣YM的元素 、vu、 v2,, 和v"。
1. CORDIC處理器 [0043可以使用CORDIC處理器110高效地計算方程組(10)中的變量r、 Cl、 x,和&。 CORDIC處理器使用簡單的移位和加/減硬體執 行迭代運算，以實現三角函數(例如，正弦、餘弦、幅值和相位)的 快速硬體計算。可以並行計算變量r、 c，和a，以減少執行本徵值分 解所需的時間量。CORDIC處理器反覆計算每個變量，較多的迭代會 對變量產生更高的精確度。也可以通過將變量/ '初始化為l + y'0的CORDIC增益相除的版 本即/ ^(l + yo)/g而與幅值r同時計算餘弦c,和正弦v其中，g是將要 執行的迭代次數對應的CORDIC增益。在每次迭代時，確定針對幅 值r執行的CORDIC旋轉，並且，對變量/ '執行相反的CORDIC旋 轉。對於這種方案，不需要確定相位0。圖2示出了用於在方程組(10)中計算變量r、c,和^,的CORDIC 處理器110的框圖。CORDIC處理器110包括計算元素&的幅值和相 位的CORDIC單元210和計算元素的餘弦和正弦的CORDIC單元 230。 CORDIC單元210和230可以並行工作。 [0059在CORDIC單元210內，解復用器(Demux) 208接收元素、2 ， 將abs(Re化^)提供為;c。，並將abs(Im",J)提供為y。。復用器(Mux) 212a 在第一輸入端接收x。，並在第二輸入端從延遲部件219a接收;c,，當 ,、0時在其輸出端提供;c。，而當b0時在其輸出端提供x,。復用器212a 的輸出是當前的迭代對應的x,。移位器214a接收;c,，將其向左偏移/個 位，並提供移位的;c,。復用器212b在第一輸入端接收;;。，並在第二 輸入端從延遲部件219b接收x，當"0時在其輸出端提供jv而當 bO時在其輸出端提供y,.。復用器212b的輸出是當前的迭代對應的 ^。移位器214b接收y,，將其向左偏移/個位，並提供移位的x。序 列器222通過索引"並為CORDIC處理器10內的單元提供適當的 控制。符號檢測器224檢測y,的符號，並提供符號位v如公式(17a) 所示。在方程組(10)中，變量c和W又是r的函數，中間變量x和r用 於簡化表示。abs(r)的範圍從0到oo，變量c的範圍從0.707到1.0， 而變量^的範圍從0.707到0.0。因此，將較大範圍的d直映射到較小 範圍的c值和較小範圍的s值。因此，r的近似值應當給出c和s的很 好的近似值。
0064查詢表(LUT)可以根據r的被除數/分子和除數/分母而高效 計算變量c和"査詢表的使用避免了需要執行用於在公式(10e)中 計算r的除法、用於在公式(10f)中計算x的平方根、用於在公式(10g) 中計算,的除法、用於在公式(10h)中計算c的除法和平方根和用於 在公式OOi)中計算i的相乘。因為除法和平方根操作在計算上是復 雜的，所以，査詢表的使用可以極大地減小進行本徵值分解所需的時 間量。可以如下執行使用査詢表的變量c和s的計算。 [00651被除數等於^- ，並將被除數的絕對值表示成形式為 1.^、...><2 的二進位浮點數，其中、表示被除數的尾數的單比特位，並且，氣是被除數的指數。可以每次將被除數左偏移一位直到最
高有效位(MSB)為一 ('r)為止，並設置氣等於左偏移位的數量，
以此獲取被除數的二進位浮點數。圖5示出了用於執行NxN厄密矩陣R (其中N〉2)的本徵值
分解的迭代處理500。將1和2,初始化為^。=!和2。=這，並將索引!' 初始化為/ = 1 (框510)。然後，執行Mp,的本徵值分解，如方程組(10)所示，從而獲 取Mp,的本徵向量的2x2酉矩陣Yw。對於該本徵值分解，用Mw替換
r2x2，並將Lx2提供為Yw。如下更新矩陣B,:
B,+1=di:mi。 公式(32) [00113執行迭代處理，直到滿足終止條件為止。 一旦迭代處理終止之
後，最終的Y,是2的較好的近似值，最終的IL是II的較好的近似值，
而最終的fi,是S的較好的近似值，其中，2和I可以分別是Y和S的
旋轉版本。可以不旋轉Y,和D,，如下
g = E.￡，以及 公式(33a) i = X.￡, 公式(33b)
其中，E是TxT對角矩陣，其對角元素具有單位幅值和相位，所述相
位是2,的相應的對角元素的相位的負數。g和i分別是S和Y的最終 的近似值。
001141對於多載波MIMO系統，可以對各信道響應矩陣廷W進行迭 代處理，從而獲取矩陣Y,Ot)、化w和e,("，其分別是HW的近似矩 陣Y("、 M("和S("。對於第一個SVD實施例，對於除了第一個子 帶之外的每個子帶/t而言，為在前的子帶A-1獲取的最終解Y,夥-l)可 以作為當前的子帶^的初始解，因此，Y。("-Y,("l)以及 W。W-HW!。W。對於第二個SVD實施例，對於除了第一個子帶之 外的每個子帶A而言，為在前的子帶/t-l獲取的最終解Y^-l)和 M,("l)可以作為當前的子帶A的初始解，因此，Y。W = Y,("l)、 U。(*) = ^Ot-1)以及B。W-仏"(".旦("U"。也可以跨時間或者頻率 和時間使用該概念，如上所述。
5.驢
00115圖6示出了 MIMO系統600中的接入點610和用戶終端650 的實施例的框圖。接入點610配備有Nap個天線，而用戶終端650配 備有Nut個天線，其中Nap〉1以及>^>1。為簡單起見，以下描述假 設MIMO系統600使用時分雙工(TDD)，並且，各子帶&的下行鏈 路信道響應矩陣U"與該子帶的上行鏈路信道響應矩陣ILp("是互補的，或者，Hdn("-廷W以及Hup("-lf("。本文包含的標題用於參考，其旨在定位特定的章節。這些標題並非用於限制其下描述的概念的範圍，這些概念可以應用到整個說 明書的其他章節。
[001261為使本領域技術人員能夠實現或者使用本發明，上面圍繞著
公開的實施例進行了描述。對於本領域技術人員來說，對這些實施例 的各種修改都是顯而易見的，並且，本申請定義的總體原理也可以在 不脫離本發明的精神或保護範圍的基礎上適用於其它實施例。因此， 本發明並不限於本申請給出的實施例，而是與本申請公開的原理和新 穎性特徵的最廣範圍相一致。
權利要求
1、一種分解矩陣的方法，包括根據要分解的第一矩陣並使用坐標旋轉數字計算機(CORDIC)算法導出第一組的至少一個變量；根據所述第一矩陣並使用查詢表導出第二組的至少一個變量；以及根據所述第一組和第二組的至少一個變量導出由本徵向量組成的第二矩陣。
2、 權利要求l的方法，其中，導出第一組的至少一個變量包括 對所述第一矩陣的元素進行CORDIC計算，以確定所述元素的幅值和相位；以及對所述元素的相位進行CORDIC計算，以確定所述元素的正弦 和餘弦，並且其中，所述第一組的至少一個變量包括所述元素的正弦 和餘弦。
3、 權利要求l的方法，其中，導出第二組的至少一個變量包括 根據所述第一矩陣導出中間量；以及根據所述中間量並使用查詢表導出所述第二組的至少一個變量。
4、 權利要求3的方法，其中，導出中間量包括-根據所述第一矩陣的第一元素導出中間變量的除數； 將所述除數轉換成第一二進位浮點數；根據所述第一矩陣的第二和第三元素導出所述中間變量的被除數；將所述被除數轉換成第二二進位浮點數；以及 根據所述第一和第二二進位浮點數形成所述中間量。
5、 一種裝置，包括坐標旋轉數字計算機(CORDIC)處理器，根據將要分解的第一 矩陣導出第一組的至少一個變量；査詢處理器，根據所述第一矩陣並使用查詢表導出第二組的至少 一個變量；以及後處理器，根據所述第一和第二組的至少一個變量導出由本徵向 量組成的第二矩陣。
6、 權利要求5的裝置，其中，所述CORDIC處理器對所述第一 矩陣的元素進行CORDIC計算，以確定所述元素的幅值和相位，對 所述元素的相位進行CORDIC計算，以確定所述元素的正弦和餘弦， 並將所述元素的正弦和餘弦提供為所述第一組的至少一個變量。
7、 權利要求5的裝置，其中，所述查詢處理器根據所述第一矩 陣導出中間量，並且，根據所述中間量並使用所述査詢表導出所述第 二組的至少一個變量。
8、 權利要求7的裝置，其中，所述査詢處理器根據所述第一矩 陣的第一元素導出中間變量的除數，將所述除數轉換成第一二進位浮 點數，根據所述第一矩陣的第二和第三元素導出所述中間變量的被除 數，將所述被除數轉換成第二二進位浮點數，並根據所述第一和第二 二進位浮點數形成所述中間量。
9、 一種裝置，包括根據要分解的第一矩陣並使用坐標旋轉數字計算機(CORDIC) 算法導出第一組的至少一個變量的模塊；根據所述第一矩陣並使用查詢表導出第二組的至少一個變量的 模塊；以及根據所述第一組和第二組的至少一個變量導出由本徵向量組成 的第二矩陣的模塊。
10、 權利要求9的裝置，其中，導出所述第一組的至少一個變量的模塊包括對所述第一矩陣的元素進行CORDIC計算以確定所述元素的幅 值和相位的模塊；以及對所述元素的相位進行CORDIC計算以確定所述元素的正弦和 餘弦的模塊，並且其中，所述第一組的至少一個變量包括所述元素的 正弦和餘弦。
11、 權利要求9的裝置，其中，導出所述第二組的至少一個變量 的模塊包括中間量導出模塊，根據所述第一矩陣導出中間量；以及 根據所述中間量並使用所述査詢表導出所述第二組的至少一個 變量的模塊。
12、 權利要求ll的裝置，其中，所述中間量導出模塊包括-根據所述第一矩陣的第一元素導出中間變量的除數的模塊； 將所述除數轉換成第一二進位浮點數的模塊； 根據所述第一矩陣的第二和第三元素導出所述中間變量的被除數的模塊；將所述被除數轉換成第二二進位浮點數的模塊；以及 根據所述第一和第二二進位浮點數形成所述中間量的模塊。
13、 一種分解矩陣的方法，包括 根據要分解的第一矩陣導出中間量； 根據所述中間量並使用查詢表導出至少一個變量；以及 根據所述至少一個變量導出由本徵向量組成的第二矩陣。
14、 權利要求13的方法，其中，根據第一矩陣導出中間量包括: 根據所述第一矩陣的第一元素導出中間變量的除數； 將所述除數轉換成第一二進位浮點數；根據所述第一矩陣的第二和第三元素導出所述中間變量的被除數；將所述被除數轉換成第二二進位浮點數；以及 根據所述第一和第二二進位浮點數形成所述中間量。
15、 權利要求14的方法，其中，根據所述第一和第二二進位浮 點數形成所述中間量包括根據所述第一二進位浮點數的尾數導出第一中間量； 根據所述第二二進位浮點數的尾數導出第二中間量； 根據所述第一和第二浮點數的指數導出第三中間量。
16、 權利要求15的方法，其中，導出至少一個變量包括-根據所述第一、第二和第三中間量形成所述查詢表的輸入地址；以及使用所述輸入地址訪問所述査詢表。
17、 一種裝置，包括前處理器，根據要分解的第一矩陣導出中間量；查詢表，根據所述中間量提供至少一個變量；以及後處理器，根據所述至少一個變量導出由本徵向量組成的第二矩陣。
18、 權利要求17的裝置，其中，所述前處理器根據所述第一矩 陣的第一元素導出中間變量的除數，將所述除數轉換成第一二進位浮 點數，根據所述第一矩陣的第二和第三元素導出所述中間變量的被除 數，將所述被除數轉換成第二二進位浮點數，並根據所述第一和第二 二進位浮點數形成所述中間量。
19、 權利要求18的裝置，其中，所述前處理器還根據所述第一 二進位浮點數的尾數導出第一中間量，根據所述第二二進位浮點數的尾數導出第二中間量，根據所述第一和第二浮點數的指數導出第三中 間量，並根據所述第一、第二和第三中間量形成所述査詢表的輸入地 址。
20、 權利要求17的裝置，其中，所述查詢表的尺寸是根據所述至少一個變量的預期精確度而選擇的。
21、 一種裝置，包括根據要分解的第 一矩陣導出中間量的模塊； 根據所述中間量並使用查詢表導出至少一個變量的模塊；以及 根據所述至少一個變量導出由本徵向量組成的第二矩陣的模塊。
22、 權利要求21的裝置，其中，根據第一矩陣導出中間量的模 塊包括-根據所述第一矩陣的第一元素導出中間變量的除數的模塊； 將所述除數轉換成第一二進位浮點數的模塊； 根據所述第一矩陣的第二和第三元素導出所述中間變量的被除 數的模塊；將所述被除數轉換成第二二進位浮點數的模塊；以及 根據所述第一和第二二進位浮點數形成所述中間量的模塊。
23、 權利要求22的裝置，其中，根據所述第一和第二二進位浮 點數形成所述中間量的模塊包括第一中間量導出模塊，根據所述第一浮點數的尾數導出第一中間第二中間量導出模塊，根據所述第二浮點數的尾數導出第二中間 量；以及第三中間量導出模塊，根據所述第一和第二浮點數的指數導出第 三中間量。
24、 一種分解矩陣的方法，包括對第一矩陣的元素進行坐標旋轉數字計算機(CORDIC)計算， 以確定所述元素的幅值和相位；對所述元素的相位進行CORDIC計算，以確定所述元素的正弦 和餘弦；以及根據所述元素的幅值、正弦和餘弦導出由本徵向量組成的第二矩陣。
25、 權利要求24的方法，其中，對所述元素進行CORDIC計算 以確定所述元素的幅值和相位與對所述元素的相位進行CORDIC計 算以確定所述元素的正弦和餘弦是並行進行的。
26、 權利要求24的方法，其中，對所述元素進行CORDIC計算 以確定所述元素的幅值和相位與對所述元素的相位進行CORDIC計 算以確定所述元素的正弦和餘弦都執行預定次數的迭代。
27、 一種裝置，包括對第一矩陣的元素進行坐標旋轉數字計算機(CORDIC)計算以 確定所述元素的幅值和相位的模塊；對所述元素的相位進行CORDIC計算以確定所述元素的正弦和 餘弦的模塊；以及根據所述元素的幅值、正弦和餘弦導出由本徵向量組成的第二矩 陣的模塊。
28、 一種分解矩陣的方法，包括-使用多個Jacobi旋轉矩陣對第一復值矩陣執行多次Jacobi旋轉迭 代，各Jacobi旋轉矩陣是通過使用坐標旋轉數字計算機(CORDIC) 算法、查詢表或所述CORDIC算法和所述查詢表兩者進行本徵值分解而導出的；以及根據所述多個Jacobi旋轉矩陣導出具有正交向量的第一酉矩陣。
29、 權利要求28的方法，其中，執行多次Jacobi旋轉迭代包括: 對於每次迭代而言，根據所述第一矩陣形成子矩陣；使用所述CORDIC算法、所述查詢表或所述CORDIC算法和所 述査詢表兩者分解所述子矩陣，以獲取所述子矩陣的本徵向量； 使用所述本徵向量形成Jacobi旋轉矩陣；以及 使用所述Jacobi旋轉矩陣更新所述第一矩陣。
30、 權利要求29的方法，其中，分解所述子矩陣包括 根據所述子矩陣並使用所述CORDIC算法導出第一組的至少一個變量；根據所述子矩陣並使用所述査詢表導出第二組的至少一個變量；以及根據所述第一和第二組的至少一個變量導出所述子矩陣的本徵
31、 權利要求28的方法，還包括根據所述多個Jacobi旋轉矩陣導出具有本徵值的對角矩陣。
32、 權利要求28的方法，還包括根據所述多個Jacobi旋轉矩陣導出第二復值矩陣；以及 根據所述第二矩陣導出具有正交向量的第二酉矩陣。
33、 權利要求32的方法，還包括 根據所述第二矩陣導出具有奇異值的對角矩陣。
34、 權利要求28的方法，還包括根據所述多個Jacobi旋轉矩陣導出具有正交向量的第二酉矩陣。
35、 權利要求34的方法，還包括-根據所述多個Jacobi旋轉矩陣導出具有奇異值的對角矩陣。
36、 一種裝置，包括使用多個Jacobi旋轉矩陣對第一復值矩陣執行多次Jacobi旋轉迭 代的模塊，各Jacobi旋轉矩陣是通過使用坐標旋轉數字計算機 (C0RDIC)算法、査詢表或所述C0RDIC算法和所述査詢表兩者進 行本徵值分解而導出的；以及根據所述多個Jacobi旋轉矩陣導出具有正交向量的第一酉矩陣 的模塊。
37、 權利要求36的裝置，其中，執行多次Jacobi旋轉迭代的模 塊包括對於每次迭代而言，根據所述第一矩陣形成子矩陣的模塊；使用所述CORDIC算法、所述査詢表或所述CORDIC算法和所 述查詢表兩者分解所述子矩陣以獲取所述子矩陣的本徵向量的模塊； 使用所述本徵向量形成Jacobi旋轉矩陣的模塊；以及 使用所述Jacobi旋轉矩陣更新所述第一矩陣的模塊。
38、 權利要求37的裝置，其中，分解所述子矩陣的模塊包括 根據所述子矩陣並使用所述CORDIC算法導出第一組的至少一個變量的模塊；根據所述子矩陣並使用所述查詢表導出第二組的至少一個變量 的模塊；以及根據所述第一和第二組的至少一個變量導出所述子矩陣的本徵 向量的模塊。
39、 一種分解矩陣的方法，包括 獲取多個傳輸跨度對應的多個復值矩陣；對第一傳輸跨度對應的第一復值矩陣進行多次Jacobi旋轉迭代，以獲取具有正交向量的第一酉矩陣，其中，每次Jacobi旋轉迭代利用 了使用坐標旋轉數字計算機(CORDIC)算法、查詢表或所述CORDIC 算法和所述查詢表兩者的本徵值分解；以及對第二傳輸跨度對應的第二復值矩陣進行多次Jacobi旋轉迭代， 以獲取具有正交向量的第二酉矩陣，其中，所述第一酉矩陣用作所述 第二酉矩陣的初始解，其中，所述第一和第二矩陣是在所述多個矩陣 之中，並且其中，所述第一和第二傳輸跨度是在所述多個傳輸跨度之 中。
40、 權利要求39的方法，還包括-對於所述多個復值矩陣中剩餘的每一個復值矩陣而言，對所述復 值矩陣進行多次Jacobi旋轉迭代，以獲取具有正交向量的酉矩陣，其 中，為所述多個矩陣中另一個矩陣獲取的另一個酉矩陣用作所述酉矩 陣的初始解。
41、 權利要求39的方法，還包括 按次序選擇所述多個矩陣，以進行分解。
42、 權利要求39的方法，其中， 個傳輸跨度對應於多個頻率子帶。
43、 權利要求39的方法，其中， 時間間隔。
44、 權利要求39的方法，其中， 多個復值矩陣是多個信道響應矩陣。在多載波通信系統中，所述多 所述多個傳輸跨度對應於多個 對於多個頻率子帶而言，所述
45、 一種裝置，包括獲取多個傳輸跨度對應的多個復值矩陣的模塊； 對第一傳輸跨度對應的第一復值矩陣進行多次Jacobi旋轉迭代以獲取具有正交向量的第一酉矩陣的模塊，其中，每次Jacobi旋轉迭 代利用了使用坐標旋轉數字計算機(CORDIC)算法、査詢表或所述 CORDIC算法和所述查詢表兩者的本徵值分解；以及對第二傳輸跨度對應的第二復值矩陣進行多次Jacobi旋轉迭代 以獲取具有正交向量的第二酉矩陣的模塊，其中，所述第一酉矩陣用 作所述第二酉矩陣的初始解，其中，所述第一和第二矩陣是在所述多 個矩陣之中，並且其中，所述第一和第二傳輸跨度是在所述多個傳輸 跨度之中。
46、權利要求45的裝置，還包括對於所述多個復值矩陣中剩餘的每個復值矩陣而言，對所述復值 矩陣進行多次Jacobi旋轉迭代以獲取具有正交向量的酉矩陣的模塊， 其中，為所述多個矩陣中另一個矩陣獲取的另一個酉矩陣用作所述酉 矩陣的初始解。
全文摘要
對於本徵值分解，根據要分解的第一矩陣並使用坐標旋轉數字計算機(CORDIC)算法導出第一組至少一個變量。根據第一矩陣並使用查詢表導出第二組至少一個變量。然後，根據第一和第二變量組導出本徵向量的第二矩陣。為了導出第一變量組，對第一矩陣的元素進行CORDIC計算，以確定該元素的幅值和相位，並且，對該相位進行CORDIC計算，以確定該元素的正弦和餘弦。為了導出第二變量組，根據第一矩陣導出中間量，並將其用於訪問查詢表。使用CORDIC處理來執行Jacobi旋轉。
文檔編號H04J99/00GK101438277SQ200580046490
公開日2009年5月20日 申請日期2005年11月15日 優先權日2004年11月15日
發明者J·R·瓦爾頓, J·W·凱徹姆, M·S·華萊士, S·J·霍華德 申請人:高通股份有限公司