[發明專利]一種上行鏈路大規模MIMO系統的信號檢測方法

有效

• 申請號: 201611268524.4
• 申請日: 2016-12-31
• 公開（公告）號: CN106850013B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 丁春輝;賀光輝
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H04B7/0413
• 分類號: H04B7/0413;H04L25/02;H04L25/03
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種適用于上行鏈路大規模MIMO系統的信號檢測方法，在基站一側完成對發送信號的聯合檢測，能夠支持64×8，128×8，128×16，128×32等多種收發天線數配置。具體包括：按照用戶指定的天線數和調制方式配置檢測層數；利用信道估計獲取信道傳遞矩陣H以及利用干擾消除技術獲取接收向量y；將MMSE檢測算法轉換成等效的增廣矩陣形式，避免大規模MIMO信號檢測中Gram矩陣的求解；利用濾波矩陣的主對角線做近似計算，并作為迭代的初始解；迭代地按列計算等效增廣矩陣的逆；并計算軟判決信息，輸出最終結果。本發明進一步逼近了最優的檢測性能，同時維持了較低的復雜度。

技術領域

本發明涉及無線通信技術領域，具體涉及一種大規模MIMO上行多用戶信號檢測的方法。

背景技術

近兩年來，通信界已經開始提出了5G技術的設想，新的研究工程已經在全球范圍內開展起來，致力于5G的研究中心開始成立。2013年，在匈牙利首都布達佩斯召開的世界通信大會上，眾多重要講座和研討會都圍繞著5G技術來展開，并且成功解決了很多關鍵的技術理念，明確了關于5G標準化進程的時間節點，例如2016年到2018年將進行標準化，2020年開始商用。盡管5G還沒有形成正式的標準，但是全世界范圍內，包括政府的基金項目和企業的研發項目都在開展對5G關鍵技術的研究，爭取主導權。

學術界已經提出，為了突破5G通信技術的瓶頸，5G移動通信系統將采用大規模多輸入多輸出MIMO傳輸技術來支持超過10Gbps的峰值傳輸速率和上百bps/Hz的頻譜效率。隨著天線數目的巨大提高，大規模MMO技術的優勢得以充分挖掘的同時，其增加的計算復雜度超過了集成電路技術的發展。特別是大規模MIMO信號檢測算法復雜度高，硬件實現難度大，成為下一代無線通信系統實用化亟待解決的問題。

傳統的MIMO檢測算法包括最優算法和次優算法。其中，最優的MIMO檢測，包括最大似然和最大后驗概率檢測算法，它們是一個NP-hard問題,這兩種算法能夠達到最優的檢測性能，但是因為其復雜度會隨著天線數量指數增長，這給無線通信集成電路的設計帶來嚴峻的挑戰，而通常僅僅被用來當作性能對比的參考標準。次優算法又包括線性和非線性的算法。線性的檢測算法包括MF、ZF和MMSE等，這些線性檢測算法的算法可以通過格基規約的方法來提升性能。非線性的包括多級的干擾消除算法、樹搜索、球形譯碼等。此外，還有一系列來自于機器學習和人工智能領域的非線性算法，比如基于鄰近搜索的算法，它們來自于組合最優化理論，包括似然提升搜索，禁忌搜索。又比如PDA，置信傳播，基于圖的消息傳遞算法，以及MCMC算法等，這些算法也很有潛力能達到接近最優的性能。然而，在大規模MIMO系統中，很多傳統MIMO檢測算法變得不適應，同時有些低復雜度的算法的性能表現接近最優檢測算法。

如圖1所示，考慮一個多用戶的大規模MIMO系統上行鏈路，該系統可以表示為大規模的基站天線(用N表示天線數目)同時服務于多個用戶(用M表示用戶數目)。多用戶大規模MIMO上行鏈路的系統模型可以表示成y＝Hx+n，其中x＝[x₁,x₂,...,x_M]表示M×1的發送信號向量，其每個元素表示來自M-QAM的星座點符號每個元素的平均功率為E_s。n表示N×1獨立同分布的復高斯噪聲向量，每個元素的均值為0，方差為σ²。理想信道估計矩陣表示成H，維度為N×M，信道矩陣中的任意一項h_i,j表示從第j個發送天線到第i個接收天線的信道增益。y＝[y₁,y₂,…,y_N]^T表示N×1的接收向量。接收信噪比定義成N/M×1/σ²。