MU‑MIMO系统的高斯消息传递迭代检测方法技术方案

一种多用户多输入多输出MU‑MIMO系统的高斯消息传递迭代检测方法，实现步骤包括：(1)接收信息序列；(2)初始化；(3)更新和节点消息；(4)更新变量节点消息；(5)判断是否达到最大迭代次数；(6)判决变量节点的方差和信号值。本发明专利技术适用于用户数和天线数都很大，并且用户数小于天线数的多用户多输入多输出MU‑MIMO系统。本发明专利技术引入松弛参数对接收序列和信道状态矩阵进行缩放，并且在变量节点的均值更新公式中增加一项，去最小化修正的高斯消息传递迭代检测方法的谱半径，在多用户多输入多输出MU‑MIMO系统的用户数小于天线数时本发明专利技术具有一定收敛，并且收敛速度更快的优点。

Gauss MU news MIMO system transfer iterative detection method

A multi-user multi input multi output MU MIMO Gauss system transfer iterative detection method, which includes steps of: (1) received information sequence; (2) initialization; (3) update and node information; (4) update the variable node message; (5) to determine whether the maximum number of iterations is reached (6; the decision variable node and variance) signal value. The invention is applicable to the number of users and the number of antennas are large, multi users and the number of users is less than the number of antennas of the multiple input multiple output MU MIMO system. The invention introduces relaxation parameters of zoom in and out of the received sequence and channel state matrix, and update a formula in the mean increase of variable nodes, to minimize the spectral radius of the modified Gauss iterative message detection method, the number of users of multi output MU MIMO system is less than the number of antennas of the invention has a certain convergence in multi user multi the input, and has the advantages of faster convergence speed.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于通信
，更进一步涉及无线通信信道传输
中的一种多用户多输入多输出MU-MIMO(MultiuserMultiple-InputMultiple-Output)系统的高斯消息传递迭代检测方法。本专利技术可用于对多用户多输入多输出MU-MIMO系统中的用户消息进行译码。
技术介绍
多用户多输入多输出MU-MIMO系统会是未来无线通信中十分重要的通信系统。多用户多输入多输出MU-MIMO能够在吞吐量上有显著提升，在能耗上又有很大程度的降低，因此能够满足下一代多用户无线通信系统的高吞吐量和高服务质量的需求。高效的多用户多输入多输出MU-MIMO系统的检测算法是基于因子图的消息传递算法，一种是高斯置信度传播检测方法，它是利用只包含变量节点的因子图来更新消息的检测方法，另一种是高斯消息传递迭代检测方法，它是利用包含变量节点和和节点的成对因子图来更新消息的检测方法。东南大学在其申请的专利“一种大规模MIMO检测方法及检测装置”(申请日：2015年12月7日，申请号：201510889908.7，公开号：CN105515627A)中公开了一种用于大规模MIMO检测的方法和装置。该方法在BP(BeliefPropagation)迭代开始前，先对所有确定性变量进行归一量化处理，使其位于[-1,1]的范围内，然后将各归一量化后的确定性变量用带符号的随机比特流表示。在BP迭代过程中，通过随机计算完成消息的更新和传递。在BP迭代完成后，将迭代输出的随机比特流转换为确定性变量，作为输出软信息。该方法将实数域BP算法与随机计算相结合，在保证与确定性检测相同的检测性能下，其硬件消耗及系统延时仅随发送或接收天线数的增加呈线性增加，从而能够很好地适应大规模MIMO的场景。但是，该方法仍然存在的不足之处是，采用只包含变量节点的因子图检测方法，与包含变量节点和和节点的成对因子图检测方法相比，有较高的计算复杂度和较高的均方误差。S.Yoon等人在其发表的论文“Low-ComplexityMIMODetectionBasedonBeliefPropagationOverPairwiseGraphs”(IEEETransactionsonVehicularTechnology，2014：2363-2377)中提出了一种高斯消息传递迭代检测方法。该方法是一种高效的分布式检测方法，基于变量节点和和节点的成对因子图，用户消息在变量节点和和节点之间迭代传递，满足迭代次数后就能判决译码出用户信号。该方法存在的不足之处是，在消息传递时，直接传递的是信号的均值和方差，而未对均值和方差进行修正，该方法的谱半径不是最小值而导致的不一定收敛和收敛的速度较慢，不能够用于实际的多用户多输入多输出MU-MIMO系统。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种多用户多输入多输出MU-MIMO系统的高斯消息传递迭代检测方法，使得高斯消息传递迭代检测方法收敛速度更快，并且复杂度降低。为了实现上述目的，本专利技术方法的思路是：因为高斯消息传递迭代检测方法的均值不一定收敛于最小均方误差，不收敛的原因是高斯消息传递迭代检测方法的谱半径不是最小值，所以需要引入松弛参数去优化谱半径，使得谱半径最小，于是提出一种修正的高斯消息传递迭代检测方法，使得在用户数小于天线数的情况下该方法保证收敛并且有更快收敛速度。本专利技术的具体步骤包括如下：(1)接收消息序列：(1a)多用户多输入多输出MU-MIMO系统的接收端接收到接收序列；(1b)根据独立的高斯分布生成信道状态矩阵的每个元素；(1c)按照下式，计算松弛参数：w＝1/(1+β)其中，w表示松弛参数，β表示多用户多输入多输出MU-MIMO系统的用户数与天线数的比值；(1d)按照下式，用松弛参数w分别修正接收序列和信道状态矩阵：其中，y′表示用松弛参数w对接收序列y缩放得到的修正接收序列，H′表示用松弛参数w对信道状态矩阵H缩放得到的修正信道状态矩阵；(1e)将多用户多输入多输出MU-MIMO系统的每个用户表示为一个变量节点，将多用户多输入多输出MU-MIMO系统的每个天线表示为一个和节点；当信道状态矩阵中第j行第f列元素大于0时，将第g个变量节点和第h个和节点之间相连，将信道状态矩阵中第j行第f列元素的值作为连线的权重；(2)初始化：(2a)在[1，100]范围内，设置最大迭代次数；(2b)将第1次迭代每个变量节点向和节点传递的均值设为0；(2c)将第1次迭代每个变量节点到和节点的方差设为1020；(3)更新和节点消息：(3a)按照下式，用修正的接收序列和信道状态矩阵更新和节点向变量节点传递的均值：其中，表示第m个和节点向第k个变量节点传递的均值，m∈{1,2,…,M本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MU‑MIMO系统的高斯消息传递迭代检测方法，包括如下步骤：(1)接收消息序列：(1a)多用户多输入多输出MU‑MIMO系统的接收端接收到接收序列；(1b)根据独立的高斯分布生成信道状态矩阵的每个元素；(1c)按照下式，计算松弛参数：w＝1/(1+β)其中，w表示松弛参数，β表示多用户多输入多输出MU‑MIMO系统的用户数与天线数的比值；(1d)按照下式，用松弛参数w分别修正接收序列和信道状态矩阵：y′=yw]]>H′=Hw]]>其中，y′表示用松弛参数w对接收序列y缩放得到的修正接收序列，H′表示用松弛参数w对信道状态矩阵H缩放得到的修正信道状态矩阵，表示开根号操作；(1e)将多用户多输入多输出MU‑MIMO系统的每个用户表示为一个变量节点，将多用户多输入多输出MU‑MIMO系统的每个天线表示为一个和节点；当信道状态矩阵中第j行第f列元素大于0时，将第g个变量节点和第h个和节点之间相连，将信道状态矩阵中第j行第f列元素的值作为连线的权重；(2)初始化：(2a)在[1，100]范围内，设置最大迭代次数；(2b)将第1次迭代每个变量节点向和节点传递的均值设为1；(2c)将第1次迭代每个变量节点到和节点的方差设为1020；(3)更新和节点消息：(3a)按照下式，用修正的接收序列和信道状态矩阵更新和节点向变量节点传递的均值：em→ks(t)=ym′-Σi≠khab′ei→mv(t-1)]]>其中，表示第m个和节点向第k个变量节点传递的均值，m∈{1,2,…,M}，M表示多用户多输入多输出MU‑MIMO系统的天线总数，k∈{1,2,…,K}，K表示多用户多输入多输出MU‑MIMO系统的用户总数，s表示和节点，t表示当前迭代次数，y′m表示修正的接收序列的第m个元素，∑表示求和操作，i表示第i个变量节点，i∈{1,2,…,K}，h′ab表示修正的信道状态矩阵的第a行第b列元素，a与m的取值对应相等，b与i的取值对应相等，表示第i个变量节点向第m个和节点传递的均值，v表示变量节点；(3b)利用和节点方差更新公式，更新和节点向变量节点传递的方差：(4)更新变量节点消息：(4a)利用变量节点方差更新公式，更新变量节点向和节点传递的方差；(4b)按照下式，用松弛参数w和修正的信道状态矩阵更新变量节点向和节点传递的均值：ek→mv(t)=vk→mv(t)Σphdc′ep→ks(t)vp→ks(t)-(w-1)ek→mv(t-1)]]>其中，表示第k个变量节点向第m个和节点传递的均值，t表示当前迭代次数，v表示变量节点，k∈{1,2,…,K}，K表示多用户多输入多输出MU‑MIMO系统的用户总数，m∈{1,2,…,M}，M表示多用户多输入多输出MU‑MIMO系统的天线总数，表示第k个和节点向第m个变量节点传递的方差，∑表示求和操作，p表示第p个和节点，p∈{1,2,…,K}，h'dc表示修正的信道状态矩阵的第d行第c列的元素，d与p的取值对应相等，c与k的取值对应相等，表示第p个和节点向第k个变量节点传递的方差，s表示和节点，表示第p个和节点向第k个变量节点传递的均值，w表示松弛参数，表示第k个变量节点向第m个和节点传递的均值，表示多用户多输入多输出MU‑MIMO系统的噪声方差；(5)判断当前迭代次数是否等于最大迭代次数，若是，则执行步骤(6)，否则，将迭代次数加1，执行步骤(3)；(6)判决变量节点的方差和信号值：(6a)利用变量节点方差判决公式，判决变量节点的方差；(6b)按照下式，判决多用户多输入多输出MU‑MIMO系统每个用户的信号值：x^k=Σi(σx^k2hbc′1vi→ks(t)ei→ks(t)-w-1Mek→mv(t-1))]]>其中，表示多用户多输入多输出MU‑MIMO系统第k个用户的信号值，k∈{1,2,…,K}，K表示多用户多输入多输出MU‑MIMO系统的用户总数，∑表示求和操作，i表示第i个变量节点，i∈{1,2,…,M}，M表示多用户多输入多输出MU‑MIMO系统的天线总数，表示多用户多输入多输出MU‑MIMO系统第k个用户的信号方差，h′bc表示修正的信道状态矩阵的第b行第c列元素，b与i的取值对应相等，c与k的取值对应相等，表示第i个变量节点向第k个和节点传递的方差，t表示当前迭代次数，s表示和节点，表示第i个变量节点向第k个和节点传递的均值，w表示松弛参数，表示...

【技术特征摘要】
1.一种MU-MIMO系统的高斯消息传递迭代检测方法，包括如下步骤：(1)接收消息序列：(1a)多用户多输入多输出MU-MIMO系统的接收端接收到接收序列；(1b)根据独立的高斯分布生成信道状态矩阵的每个元素；(1c)按照下式，计算松弛参数：w＝1/(1+β)其中，w表示松弛参数，β表示多用户多输入多输出MU-MIMO系统的用户数与天线数的比值；(1d)按照下式，用松弛参数w分别修正接收序列和信道状态矩阵：y′=yw]]>H′=Hw]]>其中，y′表示用松弛参数w对接收序列y缩放得到的修正接收序列，H′表示用松弛参数w对信道状态矩阵H缩放得到的修正信道状态矩阵，表示开根号操作；(1e)将多用户多输入多输出MU-MIMO系统的每个用户表示为一个变量节点，将多用户多输入多...

【专利技术属性】
技术研发人员：李颖，梁雨竹，刘雷，孙广越，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61