基于多項式展開的大規(guī)模MIMO信號檢測算法研究.pdf

1、多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)作為一項不斷成熟的技術(shù)被包含進新興的的無線寬帶標(biāo)準(zhǔn)，成為現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)中的關(guān)鍵技術(shù)，如長期演進(LTE)項目。一般地，發(fā)送端或接收端配置的天線數(shù)越多，傳輸信道能夠提供更高的自由度，在吞吐率和線路穩(wěn)定性上能實現(xiàn)更好的性能。而在下一代移動通信系統(tǒng)中，大規(guī)模MIMO技術(shù)要求配置更多的天線，其在基站端一側(cè)會裝配上百根天線，同時服務(wù)更多的用戶。因為規(guī)模上升的問題使得系統(tǒng)資源消耗急劇增大，這對研究員和工程師提出新的

2、挑戰(zhàn)，而其中一個關(guān)鍵的問題就是低復(fù)雜度接收機的設(shè)計。本論文在大規(guī)模MIMO背景下，基于多項式級數(shù)展開的方法，對接收機信號檢測技術(shù)進行研究，其主要內(nèi)容和貢獻如下:
　　首先，對MIMO系統(tǒng)接收機的信號檢測技術(shù)做了簡單介紹，分析了在新的背景下線性檢測技術(shù)的可行性。基于MMSE檢測技術(shù)，分析了其在大規(guī)模MIMO背景出現(xiàn)的特點。對于線性檢測算法，一個顯著的難點在于低復(fù)雜度的實現(xiàn)，而其中計算復(fù)雜度主要落腳于關(guān)于信道相關(guān)矩陣的求逆運算。接著引

3、出多項式級數(shù)近似理論，利用新背景下的一些有利特點，提出了低復(fù)雜度的MMSE-DNSE信號檢測方法。該方法可以實現(xiàn)低復(fù)雜度的優(yōu)勢，并且具有優(yōu)秀的硬件實現(xiàn)優(yōu)勢。
　　接著，為了進一步挖掘諾依曼級數(shù)(NS)方法的優(yōu)點，提出了迭代的MMSE-INSE計算方法。該方法結(jié)合了MMSE檢測技術(shù)的特點，并采用迭代計算方式，大大節(jié)省了硬件資源。然后設(shè)計了基于NS迭代求逆算法的VLSI架構(gòu)，對其中各模塊進行了優(yōu)化設(shè)計。仿真結(jié)果表明，MMSE-INSE

4、計算方法與經(jīng)典的Choelsky方法進行比較，MMSE-INSE算法具有低復(fù)雜度和高效的硬件優(yōu)勢。并基于某些要求高階NS項數(shù)的場景，提出了快速迭代的MMSE-RNSE計算方法，同時采用復(fù)用的硬件設(shè)計，進一步壓縮硬件面積，提高硬件使用效率。
　　隨后，關(guān)注不理想信道傳輸情況和不利系統(tǒng)配置場景下對接收機誤碼性能的問題。在大規(guī)模MIMO背景下，引進了Kronecker相關(guān)信遂模型，對新場景問題進行建模。分析了天線陣列間空間相關(guān)性對NS類

5、方法的影響，針對其中的收斂性問題，提出了改進的MMSE-TNSE方法。該方法只額外消耗很小的復(fù)雜度，可提升一定的收斂穩(wěn)定性和速度。通過結(jié)合前面的MMSE-INSE計算方法，可進一步提升諾依曼級數(shù)級數(shù)性能。
　　最后，基于線性方程求解方法能有效降低總體復(fù)雜度的思路，依然沿用NS類方法，提出了避免求逆運算的MMSE檢測算法。一般的線性檢測方法需要求逆運算，而該方法避免了求逆，將諾依曼級數(shù)中矩陣與矩陣乘法的運算進行分解，大大降低了計算復(fù)