[发明专利]基于自适应阻尼Jacobi迭代的大规模MIMO检测方法和装置

说明书

本发明公开了一种基于自适应阻尼Jacobi迭代的大规模MIMO检测方法和装置，能够克服因5G通信系统中大规模MIMO技术的应用，MMSE检测过高的计算复杂度给具体的硬件实现和电路系统设计带来非常大的技术难度的问题。本发明方法用阻尼Jacobi迭代方法来近似大矩阵求逆操作。同时，在迭代过程中自动更新阻尼因子，尽可能保证每次迭代使用的松弛因子最优，以取得更快的收敛效果。本发明中还公开了这种自适应阻尼Jacobi检测方法的硬件架构，主要包括预处理模块、残余向量计算模块和自适应更新模块。本发明通过对传统Jacobi算法的改进，取得了更快的收敛效果，提升了Jacobi迭代方法的有效性，从而降低了大规模MIMO检测的计算复杂度以及硬件实现复杂度。

技术领域

本发明涉及一种基于自适应阻尼Jacobi迭代的大规模MIMO检测方法和装置，属于无线通信技术领域。

背景技术

随着无线通信技术的飞速发展，移动用户数量和相关产业规模呈现爆炸式增长，从而使无线网络暴露出频谱资源短缺及频谱效率亟待提升等问题。虽然目前的第四代移动通信(4G)已经全面产业化，但是其频谱利用率和能量效率仍然无法满足未来社会的需求，其无线覆盖和用户体验也有待进一步提高。在此基础上，第五代移动通信(5G)已经成为国内外无线通信领域的研究热点。

为了满足日益增长的性能需求，大规模多入多出(MIMO,multiple-inputmultiple-out)技术已经成为最有潜力的关键技术之一。大规模MIMO技术是在基站侧配置数目庞大的天线(数十根甚至上百根以上)，利用同一频段来为少量移动终端提供服务，即通过引入空间自由度来提高频谱的利用率。根据空时映射方法的不同，MIMO技术大致可以分为两类：空间分集和空间复用。空间分集是指利用多根发送天线将具有相同信息的信号通过不同的路径发送出去，同时在接收机端获得同一个数据符号的多个独立衰落的信号，从而获得分集增益，提高接收可靠性。空间复用技术是将要传送的数据可以分成几个数据流，然后在不同的天线上进行传输，从而提高系统的传输速率。因此大规模MIMO系统具有更高的数据速率和能量效率，更强的链路可靠性和抗干扰能力。

一般来说，天线数越多，系统能提供的分集增益和复用增益越大，从而给massiveMIMO带来更大的系统容量和链路可靠性。但是，庞大的天线规模也会带来过高的处理复杂度以及实现困难，信号检测就是深受影响的一个环节。传统的最佳检测方法是最大似然检测(ML,maximum likelihood)和球形译码算法(SD,sphere decoder)，ML和SD的计算复杂度是随发射天线的数量呈指数增长，对于具备几十乃至上百天线数的大规模MIMO系统，其硬件复杂度是不可承受的。至于常见的线性检测算法比如迫零算法(ZF，zero forcing)和最小均方误差算法(MMSE，minimum mean square error)，都需要进行复杂的矩阵求逆运算，计算复杂度正比于天线数的立方。对于小规模MIMO系统来说，矩阵求逆的计算复杂度还可以承受，但是对大规模MIMO来说，计算复杂度实在过高以至于硬件难以承受。

为了解决检测问题中的大矩阵求逆问题，降低硬件实现复杂度，研究者们相继提出了很多方法来近似简化大矩阵求逆操作。其中，比较常见的是用迭代算法来实现近似实现矩阵求逆操作，例如理查德森(Richardson)迭代、雅克比(Jacobi)迭代、高斯-赛德尔(GS，Gauss-Seidel)迭代和连续松弛因子(SOR，successive over relaxation)迭代。传统的Richardson迭代和Jacobi迭代虽然能取得和MMSE相似的检测性能，但是需要大量的迭代次数。而GS和SOR需要的迭代次数虽然少，但需要对一个三对角矩阵进行求逆且不利于并行实现。因此，如果想要让MMSE检测在实际MIMO系统中发挥更大的潜力，就必须解决大矩阵求逆问题。本发明就是在以上背景技术上提出来的解决思路。

发明内容