基于高速脉动阵列及Givens变换的基向量矩阵压缩装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于高速脉动阵列及Givens变换的基向量矩阵压缩装置，用于维数为M×N(M≥N)的基向量矩阵V，包括预处理模块和压缩模块；预处理模块由第一类预处理单元和第二类预处理单元构成；压缩模块由实数化处理单元、Givens旋转处理单元和简化的Givens旋转处理单元构成；本发明可保证硬件实现的规律性及数据的并行化流水处理；通用性强，可以实现任意维度为M×N的基向量矩阵的压缩。
【专利说明】基于高速脉动阵列及Givens变换的基向量矩阵压缩装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于高速脉动阵列及Givens变换的基向量矩阵压缩装置，属于 信号处理、无线通信【技术领域】。
【背景技术】
[0002] IEEE 802. Iln标准中提供了两种信道信息反馈方式，即隐式反馈和显式反馈，其 中针对显式反馈定义了三种反馈的格式：CSI反馈、非压缩信道状态矩阵的奇异分解的右 奇异矩阵反馈和信道状态矩阵的奇异分解的右奇异矩阵的压缩反馈。CSI反馈和非压缩信 道状态矩阵的奇异分解的右奇异矩阵反馈为了必要的动态范围和量化精度需要大量的比 特数。因此，IEEE 802. Ilac标准只提供了压缩反馈方式，正在制定的毫米波无线局域网标 准IEEE 802. Ila也将支持压缩反馈方式。
[0003] 标准IEEE 802. Iln提供了信道矩阵奇异值分解后的右奇异矩阵压缩机制，即通 过一系列的Givens旋转将波束成形权重矩阵V分解为极坐标值，通过角度值的量化减小 反馈量。然而，一方面，由于无线信道的时变性，反馈的信道信息只在很短的相干时间内 有效，另一方面，按照现有的标准，发送端发送探测信道的探测帧的短帧间距（SIFS: short inter-frame space)的时间之内，接收端必需计算需要反馈的角度信息。因此,对于一种低 复杂度、高效并行的压缩装置非常有意义。
[0004] 脉动阵列设计即多个相同的处理单元按一定的互联规则组成网络，具有如下的特 性，首先，处理单元只与相连的处理单元通信，处理单元之间通信的局限性保证了硬件布局 的规则性；其次，每个处理单元都有局部的存储器，这些存储器对应于逻辑上的延时，是脉 动阵列流水运行的必要条件。
【发明内容】
[0005] 发明目的：针对现有的Givens变换的基向量矩阵压缩方法硬件实现时序复杂， 通用性不高，本发明所提供的一种基于高速脉动阵列及Givens变换的基向量矩阵压缩装 置具，保证硬件实现的规律性及数据的并行化流水处理；通用性强，可以实现任意维度为 MXN的基向量矩阵的压缩。
[0006] 技术方案：一种基于高速脉动阵列及Givens变换的基向量矩阵压缩装置，用于维 数为MXN(M彡N)的基向量矩阵V，包括预处理模块和压缩模块；
[0007] 预处理模块主要由第一类预处理单元和第二类预处理单元构成；所述第一类预处 理单元：该处理单元的输入参数是X IN, Yin,输出参数是X〇UT, Ymjt ;所述第二类预处理单元：该 处理单元的输入参数是XIN，Yin，输出参数是X ott, Yqut ;
[0008] 压缩模块主要由实数化处理单元、Givens旋转处理单元和简化的Givens旋转处 理单元构成；所述实数化处理单元：该处理单元的输入参数是Y in，输出参数是Xtm, Φ，该处 理单元具有内部的寄存器D1^所述Givens旋转处理单元：该处理单元的输入参数是XIN,Y in, 输出参数是XOTT，YOTT，Φ，Ψ，该处理单元具有内部寄存器〇 8，(：8和28;所述简化的Givens旋 转处理单元：该处理单元的输入参数是XIN，Yin，输出参数是Ymjt, ψ，该处理单元具有内部寄 存器Cs和Zs。
[0009] 具体地，所述第一类预处理单元的处理步骤如下：
[0010] ⑴计算中间变量Dp，计算公式如下：
[0011] DP = X]J4X!SX^ (1)
[0012] 在公式（1)中，夂；表示对复变量Xin取共轭转置；
[0013] (2)计算输出参数XQUT，Yqut，计算公式如下：
[0014] Xout = Dp (2)
[0015] Yout = YinXDp (3)
[0016] 在公式⑵表不输出中间变量Dp,公式（3)表不将输入变量Yin与中间变量D p相 乘之后输出。
[0017] 具体地，：所述第二类预处理单元的处理步骤如下：
[0018] Xout = Xin (4)
[0019] Υ〇υτ = YinxxIn (5)
[0020] 在公式⑷表不输入的Xin经过寄存器后输出，公式（5)表不将输入变量Y in与输 出变量Xin相乘之后输出。
[0021] 具体地，所述实数化处理单元的处理步骤如下：
[0022] (1)判断输入参数Yin是否为对角元素，如果Yin是对角元素，则更新寄存器，更 新方法如下：
[0023] A = (AMx) (6)
[0024] 如果Yin为非对角元素，保持寄存器的值不变；
[0025] (2)计算Xmjt, Xmjt的计算公式如下：
[0026] Xout = DrXYra (7)
[0027] (3)计算角度Φ，计算公式如下：
[0028] Φ =-asin (real (Dr)) (8)
[0029] 在公式（8)中，asin{ · }表示对反正弦值，real { · }表示取实部。
[0030] 具体地，所述Givens旋转处理单元的处理步骤如下：
[0031] (1)判断输入参数Yin是否为对角元素，如果是对角元素，则更新寄存器D g，Cg和 Zg，其中，寄存器Dg的更新方法如下：
[0032] A =7；；/V(M) (9)
[0033] 基于公式（9)的结果，将Yin实数化处理，其处理方法如下：
[0034] Ym = Ym X Dg (1〇)
[0035] 公式（10)表示将输入参数Yin和寄存器Dg的值相乘得到ζ_ ν，更新寄存器Cg和Zg， 他们的计算公式如下：
【权利要求】
1. 一种基于高速脉动阵列及Givens变换的基向量矩阵压缩装置，其特征在于：用于维 数为MXN(M彡N)的基向量矩阵V，包括预处理模块和压缩模块； 预处理模块主要由第一类预处理单元和第二类预处理单元构成；所述第一类预处理单 元：该处理单元的输入参数是XIN，Yin，输出参数是X〇UT，Ymjt ;所述第二类预处理单元：该处理 单元的输入参数是XIN，Yin，输出参数是Χ?η，Yon; 压缩模块主要由实数化处理单元、Givens旋转处理单元和简化的Givens旋转处理单 元构成；所述实数化处理单元：该处理单元的输入参数是Yin，输出参数是Xtm,Φ，该处理单 元具有内部的寄存器D1^所述Givens旋转处理单元：该处理单元的输入参数是XIN,Yin,输 出参数是XOTT，YOTT，Φ，Ψ，该处理单元具有内部寄存器Dg，CdPZg;所述简化的Givens旋转 处理单元：该处理单元的输入参数是XIN,Yin,输出参数是Υ〇υτ，V，该处理单元具有内部寄存 器Cs和Zs。
2. 根据权利要求1所述的一种基于高速脉动阵列及Givens变换的基向量矩阵压缩装 置，其特征在于：所述第一类预处理单元的处理步骤如下： (1)计算中间变量D"，计算公式如下：
在公式（1)中，表示对复变量Xin取共轭转置； ⑵计算输出参数XQUT，Yqut，计算公式如下：
在公式（2)表示输出中间变量Dp，公式（3)表示将输入变量Yin与中间变量Dp相乘之 后输出。
3. 根据权利要求1所述的一种基于高速脉动阵列及Givens变换的基向量矩阵压缩装 置，其特征在于：所述第二类预处理单元的处理步骤如下：
仕ζλ、αW衣不獅八Η'、」λΙΝ ?￡过苛仔器后输出，公式（5)表示将输入变量Yin与输出变 量X11^H乘之后输出。
4. 根据权利要求1所述的一种基于高速脉动阵列及Givens变换的基向量矩阵压缩装 置，其特征在于：所述实数化处理单元的处理步骤如下： (1) 判断输入参数Yin是否为对角元素，如果Yin是对角元素，则更新寄存器^，更新方 法如下：
如果Yin为非对角元素，保持寄存器^的值不变； (2) 计算XQUT，Xqut的计算公式如下： Xout =DrXYra (7) (3) 计算角度Φ，计算公式如下： Φ=-asin(real(Dr)) (8) 在公式（8)中，asin{ · }表示对反正弦值，real{ · }表示取实部。
5. 根据权利要求1所述的一种基于高速脉动阵列及Givens变换的基向量矩阵压缩装 置，其特征在于：所述Givens旋转处理单元的处理步骤如下： (1) 判断输入参数Yin是否为对角元素，如果是对角元素，则更新寄存器Dg，Cg和Zg，其 中，寄存器Dg的更新方法如下：
基于公式（9)的结果，将Yin实数化处理，其处理方法如下： Ym = YjnXDx (1〇) 公式（10)表示将输入参数Yin和寄存器Dg的值相乘得到ζν，更新寄存器Cg和Zg，他们 的计算公式如下：
如果Yin为非对角元素，则寄存器Dg，Cg，和Zg的值不变，并对输入参数Yin执行公式（10) 所示的运算得到^; (2) 计算角度Φ和Ψ Φ=-asin(real(Dg)) (13) Ψ=asin(Z) (14) (3) 计算输出参数，计算公式如下：
6. 根据权利要求1所述的一种基于高速脉动阵列及Givens变换的基向量矩阵压缩装 置，其特征在于：所述简化的Givens旋转处理单元的处理步骤如下： (1) 判断输入参数Yin是否为对角元素，如果是对角元素，则更新寄存器Cs和Zs，更新公 式如下：
如果Yin为非对角元素，则存器Cs和Zs的值不变。 (2) 计算角度Ψ，计算公式如下： Ψ=asin(Zs) (19) (3) 计算输出参数，计算公式如下： Yout = -ZSXXIN+CSXYIN (20)。
7. 根据权利要求I所述的一种基于高速脉动阵列及Givens变换的基向量矩阵压缩装 置，其特征在于：所述第一类预处理单元的数量是1 ;所述第二类预处理单元的数量是M-I。
8. 根据权利要求1所述的一种基于高速脉动阵列及Givens变换的基向量矩阵压缩装 置，其特征在于：所述实数化处理单元的数量是min{N，M-1}，其中min{·}表示两数之间取 较小的数。
9. 根据权利要求1所述的一种基于高速脉动阵列及Givens变换的基向量矩阵压缩装 置，其特征在于：所述简化的Givens旋转处理单元的数量min{N,M-1}。
10. 根据权利要求1所述的一种基于高速脉动阵列及Givens变换的基向量矩阵压缩装 置，其特征在于：所述Givens旋转处理单元的数量Ne，Ne的计算公式如下：
【文档编号】G06F17/16GK104462021SQ201410629496
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月11日 优先权日:2014年11月11日
【发明者】何世文, 吴波, 黄永明, 王海明, 张军, 洪伟, 江华 申请人:江苏中兴微通信息科技有限公司