一种MMSE检测法中矩阵逆的获取方法技术

一种MMSE检测法中矩阵逆的获取方法，其步骤为：S1：设目标求逆矩阵A＝D+E；其中，D是一对角矩阵，仅含有矩阵A的对角元素；E则是一个对角线全为零，其他位置与A矩阵完全相同的矩阵；S2：采用作为初始估计带入公式(1)，可以得到公式(2)：仅考虑矩阵E每一行对角元素左右各p个元素，其中p为扩展宽度，其余的元素都置为零得到一个条带矩阵进行计算；然后，仅进行两次迭代就能获得最终对A‑1的近似估计。本发明专利技术具有原理简单、易实现、能够降低复杂度、提高计算效率等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及到大规模多天线
，特指一种MMSE检测法中矩阵逆的获取方法。
技术介绍
大规模多天线技术(multipleinputmultipleoutput,MIMO)是下一代通信技术(5G)的关键技术之一。在大规模MIMO系统中，基站端配备有上百根天线，可同时服务几十个用户(简单起见，每个用户只具有1根天线)。这与传统的MIMO系统中4根基站天线，服务4个单天线用户(简称4×4MIMO系统)的情况相比，更多的天线提供了更多的复用增益和分集增益。而且，在大规模MIMO系统中，简单的线性信号处理过程就可以达到近似最优性能。由于无线信道中存在噪声和干扰，在上行链路中，用户发送的信号s，在经历信道衰减的作用和噪声的干扰后，在基站端得到信号y。这一系统模型可用公式(1)表示。y＝Hs+n(1)其中接受信号y＝(y1,y2,…,yNr)T，是一个Nr维的列向量，上标T表示矩阵转置，Nr是接受天线的数量，也既是基站端天线数量。发射信号s＝(s1,s2,…,sNt)T，是一个Nt维的列向量，Nt是发射天线的个数，即用户数。H是Nr×Nt维的信道衰减矩阵，n是Nr维的噪声向量。为了得到用户发送的原始信号s，需要通过检测算法来从接受信号y中计算出来，目前一种常用的算法是最小均方误差估计法(minimummean-squarederror,MMSE)，其数学模型见公式(2)。s估计＝A-1H*y,A＝H*H×Es+N0I(2)其中s估计是MMSE算法估计出来的发射信号，A是一个Nt×Nt矩阵，A-1上标-1表示矩阵求逆，H*中上标星号表示矩阵的共轭转置，Es是发射信号的平均功率，N0是噪声功率，I表示和A矩阵同规模的单位矩阵。在MMSE检测算法中(公式(2))，最复杂的计算就是矩阵A的求逆，传统的计算矩阵逆的复杂度正比于m3，其中m是矩阵的维度，对于矩阵A就是m＝Nt。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种原理简单、易实现、能够降低复杂度、提高计算效率的MMSE检测法中矩阵逆的获取方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种MMSE检测法中矩阵逆的获取方法，其步骤为：S1：设目标求逆矩阵A＝D+E；其中，D是一对角矩阵，仅含有矩阵A的对角元素；E则是一个对角线全为零，其他位置与A矩阵完全相同的矩阵；S2：采用作为初始估计带入公式(1)，可以得到公式(2)：Xn+1iter=Xniter(2I-AXniter)---(1)]]>X1iter=D-1-D-1ED-1---(2)]]>S3：仅考虑矩阵E每一行对角元素左右各p个元素，其中p为扩展宽度，其余的元素都置为零得到一个条带矩阵进行计算；然后，仅进行两次迭代就能获得最终对A-1的近似估计。作为本专利技术的进一步改进：所述步骤S3中，简化后的两次迭代计算公式如下：X^1iter=D-1-D-1E^D-1---(3)]]>X^2iter=X^1iter(2I-AX^1iter)---(4)]]>其中，D-1为对角阵，为条带矩阵，就是最终得到的对A-1的近似。作为本专利技术的进一步改进：所述D-1、都是m维的方阵，其中m为常数。作为本专利技术的进一步改进：所述条带矩阵取扩展宽度p为2。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术的MMSE检测法中矩阵逆的获取方法，原理简单、易实现、能够降低复杂度、提高计算效率，通过本专利技术中近似矩阵逆的计算结构及方法，可以在满足计算精度的情况下，将复杂度降低到正比于m2。附图说明图1是本专利技术在具体应用实例中条带矩阵左乘对角矩阵的硬件结构，即结构的示意图。图2是本专利技术在具体应用实例中对角矩阵左乘条带矩阵的硬件结构，即结构的示意图。图3是本专利技术在具体应用实例中一般矩阵左乘第一次迭代结果矩阵的硬件结构，即结构的示意图。图4是本专利技术在具体应用实例中一般矩阵右乘第一次迭代结果矩阵的硬件结构，即结构的示意图。图5是本专利技术在具体应用实例中将m*m寄存器阵列中条带位置的每一行的4个元素输如到4*m移位寄存器阵列的每一行结构的示意图。图6是本专利技术在具体应用实例中将m*m寄存器阵列中条带位置的每一列的4个元素输入到4*m移位寄存器阵列的每一行结构的示意图。图7是本专利技术在具体应用实例中将对角矩阵D-1的对角元素输入到一列移位寄存器的结构示意图。图8是本专利技术方法的流程示意图。具体实施方式以下将结合说明书附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。本专利技术的MMSE检测法中矩阵逆的获取方法，是针对近似矩阵逆的方法，它是基于牛顿迭代矩阵逆方法的进一步近似简化；牛顿迭代矩阵逆的计算公式是：Xn+1iter=Xniter(2I-AXniter)---(3)]]>其中，A是公式(2)中目标求逆矩阵，表示第n次迭代得到的A-1的结果，逐次迭代，会收敛于A-1。如图8所示，本专利技术的MMSE检测法中矩阵逆的获取方法，步骤为：S1：设目标求逆矩阵A＝D+E；其中，D是一对角矩阵，仅含有矩阵A的对角元素；E则是一个对角线全为零，其他位置与A矩阵完全相同的矩阵。S2：采用作为初始估计带入公式(3)，可以得到：X1iter=D-1-D-1ED-1---(4)]]>S3：本专利技术提出的近似结构就是在计算公式(4)时，仅考虑矩阵E每一行对角元素左右各p个元素(p为扩展宽度)，其余的元素都置为零得到一个条带矩阵进行计算。然后，仅进行两次迭代就能获得最终对A-1的近似估计。在具体过程中，简化后的计算公式如下：X^1iter=D-1-D-1E^D-1---(5)]]>X^2iter=X^1iter(2I-AX^1iter)---(6)]]>其中，就是最终得到的对A-1的近似。在具体应用时，D-1为对角阵，为条带矩阵，取扩展宽度p为2，用条带矩阵代替一般矩阵，误差在允许范围内，而计算复杂度大大减小。D-1、都是m维的方阵(m为常数)。在具体应用实例中，条带矩阵的格式如下：0e1,2e1,3e2,10e2,3e2,4e3,1e3,20e3,4e3,5..............................em-2,m-4em-2,m-30em-2,m-1em-2,mem-1,m-3em-1,m-20em-1,mem,m-2em,m-10]]>其中，空缺位置均为0。条带矩阵，从第3行开始变的完整，每行条带位置有4个元素，对角的两侧各有两个。在具体应用实例中，结构为：本专利技术D-1为已知，首先D-1左乘结果矩阵假设为C，开始计算：C本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MMSE检测法中矩阵逆的获取方法，其特征在于，步骤为：S1：设目标求逆矩阵A＝D+E；其中，D是一对角矩阵，仅含有矩阵A的对角元素；E则是一个对角线全为零，其他位置与A矩阵完全相同的矩阵；S2：采用作为初始估计带入公式(1)，可以得到公式(2)：Xn+1iter=Xniter(2I-AXniter)---(1)]]>X1iter=D-1-D-1ED-1---(2)]]>S3：仅考虑矩阵E每一行对角元素左右各p个元素，其中p为扩展宽度，其余的元素都置为零得到一个条带矩阵进行计算；然后，仅进行两次迭代就能获得最终对A‑1的近似估计。

【技术特征摘要】
1.一种MMSE检测法中矩阵逆的获取方法，其特征在于，步骤为：
S1：设目标求逆矩阵A＝D+E；其中，D是一对角矩阵，仅含有矩阵A的对角元素；E则是一
个对角线全为零，其他位置与A矩阵完全相同的矩阵；
S2：采用作为初始估计带入公式(1)，可以得到公式(2)：
Xn+1iter=Xniter(2I-AXniter)---(1)]]>X1iter=D-1-D-1ED-1---(2)]]>S3：仅考虑矩阵E每一行对角元素左右各p个元素，其中p为扩展宽度，其余的元素都置
为零得到一个条带矩阵进行计算；然后，仅进行两次迭代就能获得最终对A-1的近似估计。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢座程，唐川，吕朝，刘苍，原略超，张洋，王庆林，王锋，汤先拓，董永旺，危乐，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43