[发明专利]一种适用于MIMO系统MMSE检测的LDLT分解装置与方法

说明书

本发明公开了一种适用于MIMO系统MMSE检测的LDLT分解装置与方法，包括步骤：根据需要确定输入间隔，使得包含求倒数结构与复数乘法器的BPE结构可以完全分时复用；使用BPE结构配置合适数量的包含乘累加结构的IPE结构对矩阵实现LDLT分解；建立结果的存储方式，存储LDLT分解结果。本发明简单有效，解决了LDLT分解电路除法器延时长，硬件开销大的问题，并可以扩展到多种系统LDLT分解的应用场合中。

技术领域

本发明涉及种LDLT分解的硬件电路技术领域，具体是一种适用于MIMO系统MMSE检测的LDLT分解装置与方法。

背景技术

多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)技术是现代通信技术的核心技术之一。而MIMO系统中的检测算法则是整个系统中非常重要的一环。检测算法是将接收向量还原回发射信号的算法。在众多检测算法中，最小均方差估计方法(minimum meansquare error,MMSE)是非常常见的一种线性检测算法。

根据信道矩阵和噪声能量，MMSE检测可以保证对发射向量的估计与发射向量之间的均方差最小。但是MMSE检测中包含了矩阵求逆，由于矩阵求逆的复杂度是其维度的3次方，这就对硬件实现具有一定的挑战性。在保证性能的情况下，如何设计高吞吐率、低资源消耗的检测器成为了MIMO技术研究的一个难点。

发射端和接收端的天线数量均较少的一般MIMO系统的信道不具有信道硬化的性质，因而在矩阵求逆上通常采用直接法，即利用各种矩阵分解将待求逆矩阵分解为较容易求逆的形式再进行求逆。因此选择高性能、低复杂度的矩阵分解方法对于MIMO系统中的MMSE检测而言至关重要。

由于待求逆矩阵的共轭对称性，在MMSE检测中使用LDLT分解可以节省较多的硬件资源。但是传统的LDLT分解算法中包含了除法，不仅硬件资源开销大，而且由于除法器延时过长，而算法本身有数据依赖性，导致系统整体延时过长，寄存器消耗过多等问题，这极大限制了LDLT算法的应用。

以上问题的存在，对缩减硬件开销，优化算法，降低延时提出了更高的要求，否则难以满足各类MIMO系统对吞吐率，硬件消耗，延时等性能的要求。

经检索发现，中国专利公开号为:201710800576.X，名称为：基于LDLT分解的大规模MIMO系统预编码实现方法，公开日期为：2017.09.07，该技术提出了一种基于LDLT分解的大规模MIMO系统预编码实现方法，用以解决现有技术中系统误码率高、计算复杂度高、资源占用大的问题。但是其着重于将LDLT分解用于预编码技术，仍然采用的是传统的LDLT算法，并且没有给出硬件实现架构，仍然存在硬件开销、系统延时方面问题。

还有一些其他专利也同样只是对LDLT进行了应用，并没有给出优化后的硬件架构，同样存在以上问题。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，提出一种适用于MIMO系统MMSE检测的LDLT分解方法。为了保证系统的吞吐率，采用脉动阵列结构实现LDLT分解算法，针对分解算法中存在的除法，将其改写为求倒和乘法，避免了直接使用除法器，减少了系统延时。同时对时序进行了安排，将求倒数结构进行分时复用，大大减少了求倒数结构的硬件开销。

本发明的技术解决方案如下：

一种适用于MIMO系统MMSE检测的LDLT分解装置，其特点在于，包括：

Gram矩阵计算模块，用于获取信道矩阵H和噪声能量σ²，并求取H^HH+σ²I，其中I是单位矩阵；

LDLT分解模块，用于将H^HH+σ²I分解得到单位下三角矩阵L和对角矩阵D的逆矩阵D^-1；

L矩阵求逆模块，用于单位下三角矩阵L求逆；