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一种大规模多用户MIMO系统的分布式检测方法技术方案

技术编号:17737122 阅读:43 留言:0更新日期:2018-04-18 13:16
本发明专利技术公开了一种大规模多用户MIMO系统的分布式检测方法。将接收信号划分成多个组,对每个组的接收信号分别用基于EP算法的MIMO信号检测模块进行分布式信号检测,然后针对三种EP MIMO检测器采用不同的处理过程,得到最终的检测结果。本发明专利技术通过分布式设计大大降低了EP算法在大规模多用户MIMO系统信号检测应用时的复杂度,给出的三种基于EP算法的分布式MIMO检测器在大规模多用户MIMO系统中性能极佳,且就复杂度而言可以实现。

A distributed detection method for large-scale multiuser MIMO system

【技术实现步骤摘要】
一种大规模多用户MIMO系统的分布式检测方法
本专利技术属于无线通信
,特别涉及了一种大规模多用户MIMO系统的分布式检测方法。
技术介绍
大规模多用户MIMO(multiple-inputmultiple-output)系统是5G无线通信的一项关键技术,该技术能够增加无线通信系统的吞吐量从而支持海量数据的传输。大规模多用户MIMO系统是在基站端配备大规模数量的天线,同时支持多个用户的无线信号传输。在上行链路中,用户的发送信号经无线信道后由基站接收天线阵列接收,然后经过信道估计和MIMO信号检测,恢复出原始的用户发送信号。已有的MIMO信号检测方法包括MMSE(minimummean-square-error)、MMSE-SIC(successiveinterferencecancellation)、ML(maximumlikelihood)、SD(spheredecoding)、AMP(approximationmessagepassing)、EP(expectationpropagation)等。目前,大规模多用户MIMO系统中传统的基于MMSE的检测方法依赖于集中式处理因而实现复杂度很高,ML和SD检测方法的实现复杂度也随着天线数量配置的增加和星座调制阶数的增加而急剧增大。高复杂度使得基于以上方法的信号检测模块不易于系统实现,或即便实现之后复杂度很大,大量消耗系统资源。AMP检测虽然有分布式的实现方式且检测性能较好,但AMP在信号具有空间相关性时不收敛,且分布式AMP在各组接收天线数多于用户天线数时不能正常工作,因而限制了其在大规模多用户MIMO系统中的广泛应用。基于EP算法的检测能够克服AMP检测的不稳定性,并且检测性能也超过了以上各MIMO检测器,但目前的EP检测器是集中式的架构,其中矩阵求逆步骤的复杂度随着天线数量的增加而急剧增大,不利于EP检测在大规模多用户MIMO系统中的实现和应用。
技术实现思路
为了解决上述
技术介绍
提出的技术问题,本专利技术旨在提供一种大规模多用户MIMO系统的分布式检测方法,解决现有技术存在的随接收端天线数增加而复杂度增大的问题,同时不降低EP检测器的检测性能。为了实现上述技术目的,本专利技术的技术方案为:一种大规模多用户MIMO系统的分布式检测方法,包括以下步骤:(1)首先对接收天线进行分组,各组接收天线获取的接收信号输入不同的EP检测模块;(2)对每组接收信号分别采用基于EP算法的MIMO信号检测算法进行信号检测,包括初始化或更新用于近似后验概率的指数函数集的一阶参数和二阶参数;计算LMMSE检测器检测输出的后验均值和方差以及将LMMSE检测器检测输出去除先验概率后的外部信息的后验均值和方差;计算后验均值检测器检测输出的后验均值和方差以及将后验均值检测器检测输出去除先验概率后的外部信息的后验均值和方差;(3)基于不同种类的EPMIMO检测器,得到相应的检测结果:(3a)对于完全分布式EPMIMO检测器,按照步骤(2)进行多次迭代直到收敛或者达到设定的迭代次数,输出各组的检测结果到检测结果合并模块,在检测结果合并模块进行线性合并,输出完全分布式EPMIMO检测器的检测结果;(3b)对于部分分布式EPMIMO检测器,按照步骤(2)只进行一次迭代,输出各组的检测结果到检测结果合并模块进行线性合并,然后将检测结果合并模块的输出反馈到对应的EP检测模块,各个EP检测模块利用反馈值更新将后验均值检测器检测输出去除先验概率后的外部信息的后验均值和方差,重复步骤(3b)直至迭代收敛或达到设定的迭代次数,输出部分分布式EPMIMO检测器的检测结果;(3c)对于半分布式EPMIMO检测器,按照步骤(2)进行数次迭代,输出各组的检测结果到检测结果合并模块进行线性合并,然后将检测结果合并模块的输出反馈到对应的EP检测模块,各个EP检测模块利用反馈值更新将后验均值检测器检测输出去除先验概率后的外部信息的后验均值和方差,重复步骤(3c)直至迭代收敛或达到设定的迭代次数,输出部分分布式EPMIMO检测器的检测结果。进一步地,在步骤(1)中,将接收天线分成C个组,其中第c组接收天线的接收信号为yc=Hcx+nc,c=1,2,…,C,Hc是各用户到第c组接收天线的信道矩阵,nc是第c组接收天线的高斯白噪声向量;在步骤(2)中,对每个yc用基于EP算法的MIMO信号检测算法进行检测,得到各用户的发送符号x。进一步地,在步骤(2)中,对于接收信号yc,采用下式初始化及更新用于近似后验概率的指数函数集的一阶参数γc和二阶参数λc:上式中,为γc的初始值,为λc的初始值,Ex为平均符号能量,I为单位阵;上式中,为γc的第t次迭代更新值,为λc的第t次迭代更新值,β∈[0,1]。进一步地,在步骤(2)中,对于接收信号yc,采用下式计算LMMSE检测器检测输出的后验均值μc和方差Σc:上式中,为μc的第t次迭代更新值,为Σc的第t次迭代更新值,σ2I为nc的协方差矩阵,上标H表示求矩阵共轭转置。采用下式计算将LMMSE检测器检测输出去除先验概率后的外部信息的后验均值和方差上式中,d(·)是取出矩阵的对角元素组成一个向量。进一步地,在步骤(2)中,对于接收信号yc,采用下式计算后验均值检测器检测输出的后验均值和方差上式中,是x的后验均值,是指x的后验方差;采用下式计算将后验均值检测器检测输出去除先验概率后的外部信息的后验均值和方差进一步地,上式中,p(x)为x的先验概率,为均值为方差为的高斯分布的概率密度函数。进一步地,在步骤(3a)-(5c)中,所述线性合并为最大比合并。进一步地,在步骤(3a)中,按照步骤(2)进行多次迭代直到收敛或者达到设定的迭代次数,输出各组的检测结果到检测结果合并模块,检测结果合并模块进行最大比合并,得到输出完全分布式EPMIMO检测器的检测结果:在步骤(3b)中,按照步骤(2)只进行一次迭代,输出各组的检测结果到检测结果合并模块进行最大比合并,然后将检测结果合并模块的输出反馈到对应的EP检测模块,各个EP检测模块利用反馈值更新外部信息的均值和方差然后重复步骤(3b)直至迭代收敛或达到设定的迭代次数,输出部分分布式EPMIMO检测器的检测结果:在步骤(3c)中,按照步骤(2)进行数次迭代,输出各组的检测结果到检测结果合并模块进行最大比合并,然后将检测结果合并模块的输出反馈到对应的EP检测模块,各个EP检测模块利用反馈值更新外部信息的均值和方差然后重复步骤(3c)直至迭代收敛或达到设定的迭代次数,输出部分分布式EPMIMO检测器的检测结果:进一步地,在步骤(1)中,对接收天线进行分组时,每组的接收天线数与单天线用户数没有大小关系限制。采用上述技术方案带来的有益效果:本专利技术设计合理,检测性能效果明显,算法的实现复杂度低,适用于基站端具有大规模天线的多用户MIMO无线通信系统,本专利技术在已有的集中式EP检测算法的基础上,将检测模块分为多个子模块分别实现EP检测后线性合并,通过合并后是否有反馈以及反馈的次数来控制检测性能与复杂度的平衡,资源消耗极低,检测性能极高。附图说明图1为本专利技术的完全分布式EPMIMO检测器框图;图2为本专利技术的部分分布式EPMIMO检测器框图;图3为本专利技术的EP检测本文档来自技高网
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一种大规模多用户MIMO系统的分布式检测方法

【技术保护点】
一种大规模多用户MIMO系统的分布式检测方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)首先对接收天线进行分组,各组接收天线获取的接收信号输入不同的EP检测模块;(2)对每组接收信号分别采用基于EP算法的MIMO信号检测算法进行信号检测,包括初始化或更新用于近似后验概率的指数函数集的一阶参数和二阶参数;计算LMMSE检测器检测输出的后验均值和方差以及将LMMSE检测器检测输出去除先验概率后的外部信息的后验均值和方差;计算后验均值检测器检测输出的后验均值和方差以及将后验均值检测器检测输出去除先验概率后的外部信息的后验均值和方差;(3)基于不同种类的EP MIMO检测器,得到相应的检测结果:(3a)对于完全分布式EP MIMO检测器,按照步骤(2)进行多次迭代直到收敛或者达到设定的迭代次数,输出各组的检测结果到检测结果合并模块,在检测结果合并模块进行线性合并,输出完全分布式EP MIMO检测器的检测结果;(3b)对于部分分布式EP MIMO检测器,按照步骤(2)只进行一次迭代,输出各组的检测结果到检测结果合并模块进行线性合并,然后将检测结果合并模块的输出反馈到对应的EP检测模块,各个EP检测模块利用反馈值更新将后验均值检测器检测输出去除先验概率后的外部信息的后验均值和方差,重复步骤(3b)直至迭代收敛或达到设定的迭代次数,输出部分分布式EP MIMO检测器的检测结果;(3c)对于半分布式EP MIMO检测器,按照步骤(2)进行数次迭代,输出各组的检测结果到检测结果合并模块进行线性合并,然后将检测结果合并模块的输出反馈到对应的EP检测模块,各个EP检测模块利用反馈值更新将后验均值检测器检测输出去除先验概率后的外部信息的后验均值和方差,重复步骤(3c)直至迭代收敛或达到设定的迭代次数,输出部分分布式EP MIMO检测器的检测结果。...

【技术特征摘要】
1.一种大规模多用户MIMO系统的分布式检测方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)首先对接收天线进行分组,各组接收天线获取的接收信号输入不同的EP检测模块;(2)对每组接收信号分别采用基于EP算法的MIMO信号检测算法进行信号检测,包括初始化或更新用于近似后验概率的指数函数集的一阶参数和二阶参数;计算LMMSE检测器检测输出的后验均值和方差以及将LMMSE检测器检测输出去除先验概率后的外部信息的后验均值和方差;计算后验均值检测器检测输出的后验均值和方差以及将后验均值检测器检测输出去除先验概率后的外部信息的后验均值和方差;(3)基于不同种类的EPMIMO检测器,得到相应的检测结果:(3a)对于完全分布式EPMIMO检测器,按照步骤(2)进行多次迭代直到收敛或者达到设定的迭代次数,输出各组的检测结果到检测结果合并模块,在检测结果合并模块进行线性合并,输出完全分布式EPMIMO检测器的检测结果;(3b)对于部分分布式EPMIMO检测器,按照步骤(2)只进行一次迭代,输出各组的检测结果到检测结果合并模块进行线性合并,然后将检测结果合并模块的输出反馈到对应的EP检测模块,各个EP检测模块利用反馈值更新将后验均值检测器检测输出去除先验概率后的外部信息的后验均值和方差,重复步骤(3b)直至迭代收敛或达到设定的迭代次数,输出部分分布式EPMIMO检测器的检测结果;(3c)对于半分布式EPMIMO检测器,按照步骤(2)进行数次迭代,输出各组的检测结果到检测结果合并模块进行线性合并,然后将检测结果合并模块的输出反馈到对应的EP检测模块,各个EP检测模块利用反馈值更新将后验均值检测器检测输出去除先验概率后的外部信息的后验均值和方差,重复步骤(3c)直至迭代收敛或达到设定的迭代次数,输出部分分布式EPMIMO检测器的检测结果。2.根据权利要求1所述大规模多用户MIMO系统的分布式检测方法,其特征在于,在步骤(1)中,将接收天线分成C个组,其中第c组接收天线的接收信号为yc=Hcx+nc,c=1,2,…,C,Hc是各用户到第c组接收天线的信道矩阵,nc是第c组接收天线的高斯白噪声向量;在步骤(2)中,对每个yc用基于EP算法的MIMO信号检测算法进行检测,得到各用户的发送符号x。3.根据权利要求2所述大规模多用户MIMO系统的分布式检测方法,其特征在于,在步骤(2)中,对于接收信号yc,采用下式初始化及更新用于近似后验概率的指数函数集的一阶参数γc和二阶参数λc:上式中,为γc的初始值,为λc的初始值,Ex为平均符号能量,I为单位阵;上式中,为γc的第t次迭代更新值,为λc的第t次迭代更新值,β∈[0,1]。4.根据权利要求2所述大规模多用户MIMO系统的分布式检测方法,其特征在于,在步骤(2)中,对于接收信号yc,采用下式计算LMMSE检测器检测输出的后验均值μc和方差Σc:

【专利技术属性】
技术研发人员:金石高璇璇温朝凯
申请(专利权)人:东南大学
类型:发明
国别省市:江苏,32

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