[發明專利]一種增強的基于信道硬化現象的消息傳播方法

有效

• 申請號: 202110300456.X
• 申請日: 2021-03-22
• 公開（公告）號: CN113114309B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 楊闖;唐磊明;王正
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H04L25/02
• 分類號: H04L25/02
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 徐博

本發明是一種增強的基于信道硬化現象的消息傳播方法，提出一種檢測符號的初始概率分布優化算法，獲得更好的迭代收斂性能。利用離散高斯分布優化初始概率分布，其均值是在大規模MIMO系統的信道硬化現象下的估計值。估計的初始向量相比零向量更接近最終解，能夠獲得更好的檢測性能；進一步的，通過一種近似的概率更新機制，設置一個概率閾值，能夠有效減少迭代過程中檢測符號的計算個數，降低迭代過程中的計算復雜度；通過調整閾值也可以實現算法的計算復雜度和檢測性能之間的折中。該種基于信道硬化現象的消息傳播方法能夠在較低計算復雜度的情況下，提供更好的檢測性能。

技術領域

本發明涉及MIMO檢測算法技術領域，具體的說是一種增強的基于信道硬化現象的消息傳播方法。

背景技術

大規模多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)系統是5G中一種新興的技術。與傳統的MIMO系統相比，它在能源效率、功耗和鏈路可靠性方面有著顯著的提高。但是，由于系統維度的增加，伴隨著大規模MIMO系統的優點而來的是信號處理(數據檢測、預編碼等)所需的計算復雜度的代價也在增加，實現大規模MIMO檢測面臨著許多挑戰。最優的檢測算法，最大似然(Maximum Likelihood，ML)檢測器，其計算復雜度隨著天線數量的增加呈指數級增長，在大規模MIMO系統的實際應用中是不切實際的。當基站天線的數量遠大于上行鏈路用戶的數量時，最小均方誤差(Minimum Mean Square Error，MMSE)檢測器憑借多項式的計算復雜度能夠實現近似最優的性能。盡管MMSE檢測器又很多的優點，但也存在一定的挑戰。MMSE檢測方法中涉及到矩陣求逆操作，而天線數量越多，信號處理中涉及的矩陣規模也越來越大，因此導致在實際應用中處理效率較低。大規模MIMO系統的上行信號檢測算法很難實現低計算負載和良好的檢測精度之間的合理折中。

現有的研究工作，消息傳播算法能夠在降低算法的計算復雜度的同時，取得較優的檢測性能。相比于MMSE檢測，消息傳播算法不涉及矩陣求逆的計算，有效的降低了計算復雜度。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種增強的基于信道硬化現象的消息傳播方法，在大規模MIMO系統的信道硬化現象下，對檢測符號的初始概率分布進行優化進而得到最終譯碼判決；該方法具有在較低計算復雜度的情況下，提供更好的檢測性能。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種增強的基于信道硬化現象的消息傳播方法，其特征在于：

步驟1，MIMO系統中，采用Gram矩陣的對角矩陣D來代替Gram矩陣；

步驟2，使用矩陣D對初始向量進行估計，忽略噪聲的影響，得到發送信號的粗略解；

步驟3，將矩陣D的近似粗略解作為離散高斯分布的均值，利用離散高斯分布優化發送信號的初始概率分布；

步驟4，設置概率閾值，在算法進行計算過程中篩選出滿足概率閾值的發送信號，減少算法的計算復雜度；

步驟5，通過最大值判決，求解發送信號。

所述的步驟1中，MIMO系統中包括K個接收天線和N個發送天線，接收天線的輸出信號和發送天線的輸入信號之間的關系如下式所示：

y＝Hx+n

式中，H表示信道矩陣；n表示高斯噪聲干擾，為服從均值為0，方差為的高斯分布；x表示輸入信號，是經過M-QAM調制的星座點，其譯碼候選點集合為y表示輸出信號；

對y＝Hx+n兩邊同時乘上H^T，再除以N，可得：

z＝Jx+v

式中，z表示H^Ty；J表示H^TH；v表示H^Tn；N表示發送天線的數量；