[發明專利]一種大規模多天線系統中多用戶信號的檢測方法

有效

• 申請號: 201510044838.5
• 申請日: 2015-01-29
• 公開（公告）號: CN104618061B
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發明（設計）人: 粟欣;曾捷;肖馳洋;肖立民;趙明;王京
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00;H04L1/06
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙)11201
• 代理人: 羅文群

技術領域

本發明涉及一種大規模多天線系統中多用戶信號的檢測方法，尤其涉及一種基于Lanczos算法的低復雜度大規模多天線系統中多用戶檢測方法，屬于無線通信技術領域。

背景技術

隨著移動終端數的飛速增長、物聯網的發展，以及無線數據業務種類的不斷增多，用戶對無線數據業務的需求不斷對現有的移動通信技術提出新的挑戰。作為一種具有滿足未來無線移動通信對頻譜效率、能量效率和信道容量需求潛質的技術，大規模多輸入多輸出(以下簡稱Massive MIMO)技術已經在學術界和產業界引起了廣泛的關注。

Massive MIMO技術通過在基站(以下簡稱BS)側部署數量眾多的天線，來為與通信用戶之間的通信提供足夠多的自由度以提高分集增益和復用增益。然而，當BS的天線數很大時，傳統的高性能MIMO檢測技術的計算復雜度將會變得十分巨大，如基于球形譯碼(SD)算法的檢測技術的計算復雜度隨著天線數的增加呈指數增加。而基于鄰域搜索的檢測技術雖然在復雜度上比基于SD算法的檢測技術有所下降，但不能保證最終的檢測結果不是局部最優的。在傳統的MIMO框架下(非大規模天線)，復雜度較低的線性檢測算法，如迫零(ZF)檢測算法不能提供足夠的波束成形增益，匹配濾波(MF)檢測算法不能充分消除各用戶之間信號的相互干擾，存在一定的局限性且檢測性能不是十分理想。然而，當BS側的天線數趨于無窮時，由于用戶與BS的不同天線之間的信道漸進正交，線性檢測算法能以較低的復雜度漸進達到最優的檢測性能。但是，實際場景中BS由于受空間范圍和建設成本的限制，不可能采用無窮多的天線配置，因此，低復雜度的接近最優檢測性能的線性檢測算法仍有待研究。

發明內容

本發明的目的是提出一種大規模多天線系統中多用戶信號的檢測方法，在BS側利用已有的信道狀態信息(以下簡稱CSI)對多個用戶的信號進行檢測和分離，在檢測過程中計算出來自各個用戶信號中每比特的對數似然信息(以下簡稱LLR)，并根據該對數似然信息進行迭代譯碼，在較低的計算復雜度下保證一定的誤碼率性能。

本發明提出的大規模多天線系統中多用戶信號的檢測方法，包括以下步驟：

(1)設大規模多天線系統中的基站天線數為N，用戶數為K，每個用戶配置一根天線，則大規模多天線系統的上行信道矩陣為其中代表復數域，K個用戶在T個時隙內的用戶發射信號為其中R為用戶信號編碼的碼率，發射信號S經過信道編碼、交織和符號映射后，得到天線發射信號，記為天線發射信號的功率為天線發射信號X通過用戶的天線發射，經過信道，在基站的N根天線得到基站接收信號，記為Y＝HX+W，其中，W表示基站接收信號中的加性高斯白噪聲，矩陣W中的元素為基站接收信號的信噪比為

(2)計算上述基站接收信號的匹配濾波向量其中為T個時隙內時刻t的上行信道矩陣H_t的共軛轉置，y_t為上述基站接收信號Y中的第t列，表示基站在時刻t接收到的信號向量；

(3)計算上述大規模多天線系統的上行信道矩陣的Gram矩陣G_t，其中ρ為基站接收信號的信噪比，I_K為K階單位矩陣；

(4)用Lanczos過程，計算得到與上述G_t相關的列正交矩陣Q和對稱三對角矩陣T，具體過程如下：

(4-1)計算在時刻t上述基站接收信號y_t的最小均方誤差均衡矩陣C_t，用該最小均方誤差均衡矩陣C_t對y_t進行濾波，得到時刻t的天線發射信號x_t的估計值

(4-2)建立一個大規模多天線系統中檢測的等效線性方程組模型采用Lanczos過程，求解等效線性方程組模型，得到時刻t的天線發射信號x_t的估計值具體步驟如下；