本发明专利技术公开了一种基于SOR算法的大规模MIMO线性检测方法及装置，本发明专利技术方法基于SOR算法，在SOR算法的迭代式基础上进行改进来提高精确度，进而整理出本发明专利技术算法的迭代式。装置结构方面基于本发明专利技术将信道矩阵和接收信号向量经过预处理模块后进入改进的SOR算法模块；其中，预处理模块进行Gram矩阵计算、MMSE滤波矩阵计算和匹配滤波；算法模块取MMSE滤波矩阵和匹配滤波输出分别作为系数矩阵和常数向量进行迭代求解线性方程组，即为信号检测结果。本发明专利技术算法复杂度较低，所需迭代次数较少，硬件消耗较少，精确度不受修正因子ω干扰。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于计算机通信领域，涉及一种大规模MIMO系统上行链路信号检测方法及装置。
技术介绍
Multiple-Input-Multiple-Output(MIMO)信号处理因其庞大数量的矩阵-向量运算器而成为MIMO-OFDM基带接收器中最具难度与挑战性的部分。所有的MIMO技术都需要MIMO检测来进行精确运算。然而在大规模MIMO线性检测中，由于天线数量的增加，信道矩阵维数随之增加，进而使Minimummeansquareerror(MMSE)过滤矩阵的计算变得困难，更不用说MMSE过滤矩阵的逆矩阵，因此，便有了运用迭代法直接求逆的办法。在此之前有通过Gauss-Seidel算法和SOR算法进行迭代的试验，复杂度较低但是精确度一般。SOR算法的精确度更是随着修正因子的改变而变化。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有技术的不足，本专利技术目的是提供一种基于SOR算法的大规模MIMO线性检测方法及装置，在SOR算法优点的基础上进一步优化，提高算法的精确度，尽可能达到矩阵求逆的精确值。同时避免算法的精确度随修正因子的改变而变化。技术方案：为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术基于SOR迭代法，在SOR迭代式的基础上应用修正因子ω的定义式替代第k+1次迭代的结果，得到本专利技术算法的迭代式。具体为：SOR算法的迭代式(D+ωL)Xk+1＝((1-ω)D-ωLH)Xk+ωb，代入修正因子ω的定义式Xk+1＝Xk+ω(Xk+1-Xk)，则可以得到本算法的迭代式(D+ωL)Xk+1＝(-(1-ω)L-LH)Xk+b。本专利技术提供的一种基于SOR算法的大规模MIMO线性检测方法，包括以下步骤：(1)将信道矩阵H和接收信号y进行预处理，得到匹配滤波器输出yMF＝HHy和MMSE滤波矩阵W＝G+σ2IM，并W将分解为W＝D+L+LH，其中Gram矩阵G＝HHH，σ2为噪声方差，IM为单位阵，(.)H为共轭转置操作，D为对角阵，L为下三角阵；(2)将匹配滤波器输出yMF，MMSE滤波矩阵分解结果D、L和LH以及修正因子ω作为输入，采用改进的SOR算法进行迭代求解得到待检测信号估计结果，其中改进的SOR算法中第i次迭代输出si根据公式si＝(D+ωL)-1(ωL-LH-L)si-1+(D+ωL)-1yMF，i>0计算得到。为保证迭代式收敛，所述步骤(2)中修正因子ω取值范围为1<ω<2。在具体实施方式中，所述步骤(2)中si的初始值s0为全0向量，修正因子ω为常数1.5，迭代次数为3次。本专利技术提供的一种基于SOR算法的大规模MIMO线性检测装置，包括预处理模块和改进的SOR算法模块；其中所述预处理模块，包括：匹配滤波器单元，Gram矩阵计算单元，MMSE滤波矩阵计算单元，MMSE滤波矩阵分解单元和第一乘法单元；所述匹配滤波器单元，用于根据输入的信道矩阵H共轭转置HH和接收信号y计算yMF＝HHy，输出yMF；所述Gram矩阵计算单元，用于计算G＝HHH，输出G；所述MMSE滤波矩阵计算单元，与Gram矩阵计算单元相连，用于计算W＝G+σ2IM，输出W；其中σ2为噪声方差，IM为单位阵；所述MMSE滤波矩阵分解单元，与MMSE滤波矩阵计算单元相连，用于将W分解为W＝D+L+LH，其中D为对角阵，L为下三角阵，分别输出D、L和LH；所述第一乘法单元，与MMSE滤波矩阵分解单元相连，用于实现修正因子ω与下三角阵L相乘；所述改进的SOR算法模块，包括：第一加法单元，第二加法单元，第三加法单元，第二乘法单元，第三乘法单元，第四乘法单元，求逆单元和求负单元；所述第二乘法单元，与MMSE滤波矩阵分解单元相连，用于实现1-ω与下三角阵L相乘；所述第一加法单元，分别与MMSE滤波矩阵分解单元及第一乘法单元相连，用于实现对角阵D与下三角阵ωL相加；所述第二加法单元，分别与MMSE滤波矩阵分解单元及第二乘法单元相连，用于实现下三角阵(1-ω)L与上三角阵LH相加；所述求逆单元，与第一加法单元相连，用于实现下三角阵的D+ωL求逆；所述求负单元，与第二加法单元相连，用于实现矩阵(1-ω)L+LH中值求负运算；所述第三乘法单元，分别与求负单元及第四乘法单元相连，用于实现ωL-LH-L与上轮迭代计算输出si-1相乘；所述第三加法单元，分别与第三乘法单元及匹配滤波器单元相连，用于实现(ωL-LH-L)si-1与yMF相加；所述第四乘法单元，分别与求逆单元及第三加法单元相连，用于实现两者输出相乘，得到本轮迭代待检测信号si估计。有益效果：与现有技术相比，本专利技术的优势：保留了SOR算法复杂度低的优点，在实现同等精确度的情况下，本专利技术算法的迭代次数比SOR算法的迭代次数少，并且复杂度更低。能够实现与MMSE算法非常接近的精确度。在修正因子改变而其他因素不变的情况下，由仿真结果可以看出SOR算法的精确度随修正因子的变化呈现出曲线的变化趋势。而本专利技术算法随修正因子的变化几乎不变，接近MMSE算法的精确度。附图说明图1为本专利技术装置结构示意图；图2为发射天线数为16，接收天线数为128时，采用本专利技术信号检测算法和其他检测算法的误码率曲线图；图3为发射天线数为8，接收天线数为64时，采用本专利技术信号检测算法和其他检测算法的误码率曲线图；图4为迭代次数为3，信噪比为4时，采用本专利技术信号检测算法和其他检测算法的误码率随修正因子ω变化曲线图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。本实施例中建立一个大规模MIMO信道模型进行模拟操作。在大规模MIMO系统中，一般有N＞＞M(基站天线数N远大于发射天线数，即用户数M)。让s＝[s1,s2,s3,…,sM]T表示信号向量，s中包含了分别从M个用户产生的传输符号，采用16-QAM方式映射。H表示维度是N×M信道矩阵，故上行链路基站端的接收信号向量y可以表示为y＝Hs+n其中y的维度为N×1，n为N×1维的加性白噪声向量。上行链路多用户信号检测任务就是从接收机接收向量y＝[y1,y2,y3,…,yN]T估计传输信号符号s。假设H已知，其元素服从均值为0方差为1的独立同分布，采用最小均方误差(MMSE)线性检测理论，对传输信号向量的估计表示为s^=(HHH+σ2IM)-1HHy=W-1yMF]]>由于矩阵W为Hermitian正定，且W＝D+L+LH其中D,L和LH分别为W的对角线、下三角和上三角分量。根据SOR方法求解线性方程组Ws^=yMF]]>根据SOR算法的迭代式可以整理得到第i次迭代所得的检测结果为si＝(D+ωL)-1(ωL-LH-L)si-1+(D+ωL)-1yMF，i＝1,2,…，，设迭代初始值s0为全0向量，即s0＝[01,02,…,0M]T，迭代3次终止。初值ω为常数1.5。则迭代过程可以表示为s1＝(D+ωL)-1(ωL-LH-L)s0+(D+ωL)-1yMF，s2＝(D+ωL)-1(ωL-LH-L)s1+(D+ωL)-1yMF，s3＝(D+ωL)-1(ωL-LH-L)s2+(D+ωL)-1yMF。由此便可以本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于SOR算法的大规模MIMO线性检测方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将信道矩阵H和接收信号y进行预处理，得到匹配滤波器输出yMF＝HHy和MMSE滤波矩阵W＝G+σ2IM，并W将分解为W＝D+L+LH，其中Gram矩阵G＝HHH，σ2为噪声方差，IM为单位阵，(.)H为共轭转置操作，D为对角阵，L为下三角阵；(2)将匹配滤波器输出yMF，MMSE滤波矩阵分解结果D、L和LH以及修正因子ω作为输入，采用改进的SOR算法进行迭代求解得到待检测信号估计结果，其中改进的SOR算法中第i次迭代输出si根据公式si＝(D+ωL)‑1(ωL‑LH‑L)si‑1+(D+ωL)‑1yMF，i>0计算得到。
【技术特征摘要】
1.一种基于SOR算法的大规模MIMO线性检测方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将信道矩阵H和接收信号y进行预处理，得到匹配滤波器输出yMF＝HHy和MMSE滤波矩阵W＝G+σ2IM，并W将分解为W＝D+L+LH，其中Gram矩阵G＝HHH，σ2为噪声方差，IM为单位阵，(.)H为共轭转置操作，D为对角阵，L为下三角阵；(2)将匹配滤波器输出yMF，MMSE滤波矩阵分解结果D、L和LH以及修正因子ω作为输入，采用改进的SOR算法进行迭代求解得到待检测信号估计结果，其中改进的SOR算法中第i次迭代输出si根据公式si＝(D+ωL)-1(ωL-LH-L)si-1+(D+ωL)-1yMF，i>0计算得到。2.根据权利要求1所述的基于SOR算法的大规模MIMO线性检测方法，其特征在于：所述步骤(2)中修正因子ω取值范围为1<ω<2。3.根据权利要求2所述的基于SOR算法的大规模MIMO线性检测方法，其特征在于：所述步骤(2)中si的初始值s0为全0向量，修正因子ω为常数1.5，迭代次数为3次。4.一种基于SOR算法的大规模MIMO线性检测装置，其特征在于：包括预处理模块和改进的SOR算法模块；所述预处理模块，包括：匹配滤波器单元，Gram矩阵计算单元，MMSE滤波矩阵计算单元，MMSE滤波矩阵分解单元和第一乘法单元；所述匹配滤波器单元，用于根据输入的信道矩阵H共轭转置HH和接收信号y计算yMF＝HHy，输出yMF；所述Gram矩阵计算单元，用于计...
【专利技术属性】
技术研发人员：张川，俞安澜，尤肖虎，
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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