一种大规模MIMO系统多用户上行鲁棒检测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种大规模MIMO系统多用户上行鲁棒检测方法，包括：第一步，在上行信道训练中，用户发送导频信号，基站依据接收的导频信号获取信道估计值

A multiuser uplink robust detection method for large scale MIMO systems

The invention discloses a robust uplink multi user detection method for large-scale MIMO system, including: the first step in the uplink training, users send the pilot signal, the base station based on the received pilot signal to obtain the estimated value of the channel

【技术实现步骤摘要】
一种大规模MIMO系统多用户上行鲁棒检测方法
本专利技术涉及一种大规模MIMO系统多用户上行鲁棒检测方法。
技术介绍
相比于单天线系统，多天线系统(MIMO)在提高功率效率和频谱效率、抑制干扰以及鲁棒传输等方面都具有优势。随着未来移动通信需求的不断增长，系统需要的天线规模也越来越大，进而导致了大规模MIMO的诞生。基于大规模MIMO的无线传输技术使得频谱效率和功率效率在4G的基础上再提升一个量级，成为未来移动通信关键技术之一。在实际无线通信中，为了实现信号检测，常采用线性检测方法如ML，其计算过程中涉及到矩阵求逆运算。而对于多用户大规模MIMO无线通信系统来说，这样的检测方法运算复杂度极高。如何降低信号检测的复杂度是大规模MIMO系统亟需解决的核心问题之一。近似消息传递的检测算法，是基于因子图推导出的消息传递算法之一，其可以在较低计算复杂度的情况下实现与线性检测方法相同的信号检测性能。现有的近似消息传递算法在进行信号检测时，需要假设信道状态信息完全已知。而在大规模MIMO系统中，在给定带宽内用于信道估计的正交导频数目有限，所以存在各用户导频复用的现象。由于非正交导频的使用和系统中不可避免的噪声，信道状态信息获取存在误差。为此，本专利技术提出了一种基于近似消息传递的大规模MIMO系统多用户上行鲁棒检测方法。该方法能在不增加计算复杂度的同时，显著提高检测方法的鲁棒性。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种能够解决现有技术中存在的缺陷的大规模MIMO系统多用户上行鲁棒检测方法。技术方案：为达到此目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术所述的规模MIMO系统多用户上行鲁棒检测方法，包括：第一步，在上行信道训练中，用户发送导频信号，基站依据接收的导频信号获取信道估计值和相应的信道估计误差第二步，建立信道矩阵G的统计模型；第三步，考虑用户等概率发送QAM符号x，获取x的初始估计均值和初始估计方差第四步，利用信道矩阵的统计模型及采用鲁棒的检测算法获取发送信号的均值和方差第五步，判断是否满足迭代终止条件：如果是，则跳转执行第六步；否则，则更新并跳转至第四步；第六步，对进行硬判决，得到用户发送信号检测值进一步，所述第一步中各用户发送的导频存在复用，基站采用均方误差最小准则进行信道估计。进一步，所述第二步中信道矩阵G的统计模型的建立，考虑信道矩阵G中任意两行gm,gn之间相互独立，即p(G)为信道矩阵G的先验概率密度函数，p(gn)为信道矩阵G中第n行矢量的先验概率密度函数，N为基站天线数目，gm为信道矩阵G的第m行，1≤m≤N，gn为信道矩阵G的第n行，1≤n≤N，m≠n。进一步，将gn建模成高斯分布，高斯分布的均值为方差为信道估计误差协方差矩阵的对角线元素，为的第n行，为的第n行。进一步，所述第四步中，鲁棒的检测算法为鲁棒近似消息传递算法。进一步，所述步骤四中，鲁棒近似消息传递算法中先对附加变量z＝Gx的概率密度函数bz(z)进行更新，再对发送信号x的概率密度函数bx(x)进行更新；所述步骤五中，判断是否满足式(1)所示的迭代终止条件：其中，为第ii用户发送信号的估计值，1≤ii≤M，M为用户总数，bx为bx(x)的简化表示，E[x|bx]为bx已知的情况下对应的x的均值，||·||F为Frobenius范数，tol为迭代终止值。进一步，所述概率密度函数bz(z)按照下列步骤更新：S7.1：依据用户侧发送信号的先验概率密度函数p(x)以及信道矩阵中所有行矢量的先验概率密度函数p(gn)(n＝1,…,N)，初始化概率密度函数，即：bx(x)＝p(x)，bg,n(gn)＝p(gn)，bg,n(gn)为gn的概率密度函数；初始化标量方差参数τx,m＝∞(m＝1,…,M)；初始化矢量z中每一元素对应的均值约束系数，即γe1,n＝0(n＝1,…,N)；S7.2：分别计算每个用户发送信号的估计值，即：其中，为第m个用户发送信号的估计值，E[xm|bx]为概率密度函数bx已知的情况下对应的xm的均值；S7.3：分别计算每个用户发送信号对应的方差约束系数，即：其中，λb2,m为第m个用户发送信号对应的方差约束系数，Var[xm|bx]为概率密度函数bx已知的情况下对应的xm的方差；S7.4：分别计算信道矩阵G中的每一元素对应的方差约束系数，即：其中，λd2,n,m为信道矩阵G中第n行第m列元素对应的方差约束系数，Var[gnm|bg,n]为概率密度函数bg,n已知的情况下对应的gnm的方差，bg,n为bg,n(gn)的简化表示，gnm为信道矩阵G的第n行第m列元素；S7.5：分别计算附加矢量z中每一元素对应的先验方差以及先验均值，即：μz,n＝E[gn|bg,n]E[x|bx]-γe1,nτz,n(6)其中，τz,n为附加矢量z中第n个元素对应的先验方差，μz,n为附加矢量z中第n个元素对应的先验均值，E[gnm|bg,n]为概率密度函数bg,n已知的情况下对应的gnm的均值，为概率密度函数bg,n已知的情况下对应的的均值，为gnm的共轭，E[gn|bg,n]为bg,n已知的情况下的矢量gn的均值，E[x|bx]为bx已知的情况下矢量x的均值，为bx已知的情况下对应的的均值，为xm的共轭；S7.6：更新附加矢量z的概率密度函数bz(z)，即：其中，y为基站接收信号矢量，σz为噪声方差矢量，zn为矢量z的第n个元素。进一步，所述概率密度函数bx(x)按照下列步骤更新：S8.1：分别计算附加矢量z中的每一元素对应的均值约束系数以及方差约束系数，即：γe1,n＝(E[zn|bz]-μz,n)/τz,n(8)其中，γe1,n为附加矢量z中的第n个元素对应的均值约束系数，λf1,n为附加矢量z中的第n个元素对应的方差约束系数，E[zn|bz]为bz已知的情况下的zn的均值，bz为bz(z)的简化表示，bz(z)为附加矢量z的概率密度函数，Var[zn|bz]为bz已知情况下的zn的方差，zn为矢量z的第n个元素，τz,n为附加矢量z中第n个元素对应的先验方差，μz,n为附加矢量z中第n个元素对应的先验均值；S8.2：分别计算附加矢量z中的每一元素对应的迭代系数，即：式(10)中，βn为附加矢量z中的第n个元素对应的迭代系数，为概率密度函数bg,n的已知情况下对应的的均值，bg,n为bg,n(gn)的简化表示，bg,n(gn)为gn的概率密度函数，为gnm的共轭，E[gnm|bg,n]为概率密度函数bg,n已知的情况下对应的gnm的均值，λb2,m为用户发送信号对应的方差约束系数；S8.3：分别计算每个用户对应的标量方差参数以及标量均值参数，即：其中，τx,m为第m个用户对应的标量方差参数，μx,m为第m个用户对应的标量均值参数，E[xm|bx]为概率密度函数bx已知的情况下对应的xm的均值，bx为bx(x)的简化表示，；S8.4：更新bx(x)，即：式(13)中，p(x)为用户侧发送信号的先验概率密度函数。有益效果：本专利技术提出了一种大规模MIMO系统多用户上行鲁棒检测方法，能以较低实现复杂度实现，且在不增加计算复杂度的同时，显著提高大规模MIMO系统上行链路中的信号检测的鲁棒性。附图说明图1为本专利技术具体实施方式的方法流程图。具体实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大规模MIMO系统多用户上行鲁棒检测方法，其特征在于：包括：第一步，在上行信道训练中，用户发送导频信号，基站依据接收的导频信号获取信道估计值

【技术特征摘要】
1.一种大规模MIMO系统多用户上行鲁棒检测方法，其特征在于：包括：第一步，在上行信道训练中，用户发送导频信号，基站依据接收的导频信号获取信道估计值和相应的信道估计误差第二步，建立信道矩阵G的统计模型；第三步，考虑用户等概率发送QAM符号x，获取x的初始估计均值和初始估计方差第四步，利用信道矩阵的统计模型及采用鲁棒的检测算法获取发送信号的均值和方差第五步，判断是否满足迭代终止条件：如果是，则跳转执行第六步；否则，则更新并跳转至第四步；第六步，对进行硬判决，得到用户发送信号检测值2.根据权利要求1所述的大规模MIMO系统多用户上行鲁棒检测方法，其特征在于：所述第一步中各用户发送的导频存在复用，基站采用均方误差最小准则进行信道估计。3.根据权利要求1所述的大规模MIMO系统多用户上行鲁棒检测方法，其特征在于：所述第二步中信道矩阵G的统计模型的建立，考虑信道矩阵G中任意两行gm,gn之间相互独立，即p(G)为信道矩阵G的先验概率密度函数，p(gn)为信道矩阵G中第n行矢量的先验概率密度函数，N为基站天线数目，gm为信道矩阵G的第m行，1≤m≤N，gn为信道矩阵G的第n行，1≤n≤N，m≠n。4.根据权利要求3所述的大规模MIMO系统多用户上行鲁棒检测方法，其特征在于：将gn建模成高斯分布，高斯分布的均值为方差为信道估计误差协方差矩阵的对角线元素，为的第n行，为的第n行。5.根据权利要求1所述的大规模MIMO系统多用户上行鲁棒检测方法，其特征在于：所述第四步中，鲁棒的检测算法为鲁棒近似消息传递算法。6.根据权利要求5所述的大规模MIMO系统多用户上行鲁棒检测方法，其特征在于：所述步骤四中，鲁棒近似消息传递算法中先对附加变量z＝Gx的概率密度函数bz(z)进行更新，再对发送信号x的概率密度函数bx(x)进行更新；所述步骤五中，判断是否满足式(1)所示的迭代终止条件：其中，为第ii用户发送信号的估计值，1≤ii≤M，M为用户总数，bx为bx(x)的简化表示，E[x|bx]为bx已知的情况下对应的x的均值，||·||F为Frobenius范数，tol为迭代终止值。7.根据权利要求6所述的大规模MIMO系统多用户上行鲁棒检测方法，其特征在于：所述概率密度函数bz(z)按照下列步骤更新：S7.1：依据用户侧发送信号的先验概率密度函数p(x)以及信道矩阵中所有行矢量的先验概率密度函数p(gn)(n＝1,…,N)，初始化概率密度函数，即：bx(x)＝p(x)，bg,n(gn)＝p(gn)，bg,n(gn)为gn的概率密度函数；初始化标量方差参数τx,m＝∞(m＝1,…,M)；初始化矢量z中每一元素对应的均值约束系数，即γe1,n＝0(n＝1,…,N)；S7.2：分别计算每个用户发送信号的估计值，即：其中，为第m个用户发送信号的估计值，E[xm|bx]为概率密度函数bx已知的情况下对应的xm的均值；S7.3：分别计算每个用户发送信号对应的方差约束系数，即：其中，λb2,m为第m个用户发送信号对应的方差约束系数，Var[xm|bx]为概率密度函数bx已知的情况下对应的xm的方差；S7.4：分别计算信道矩阵G中的每一元素对应的方差约束系数，即：其中，λd2,n,m为信道矩阵G中第n行第m列元素对应的方差约束系数，Var[gnm|bg,n]为概率密度函数bg,n已知的情况下对应的gnm的方差，bg,n为bg,n(gn)的简化表示，gnm为信...

【专利技术属性】
技术研发人员：高西奇，王闻今，陈淑菁，樊浩，尤力，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32