[发明专利]一种低复杂度的信号检测方法及系统

说明书

本申请涉及天线信号检测技术领域，提供一种低复杂度的信号检测方法及系统，所述一种低复杂度的信号检测方法采用分层的更新方式，更有利于高吞吐量硬件架构的设计与实现。同时通过算法变换或近似，有效降低算法以及实现复杂度。在干扰消除过程中，利用星座点特性，提出在更小位宽的操作数上进行运算，有效缩短硬件实现时的关键路径并且降低实现复杂度；在星座匹配过程中，利用二次函数的特性，提出了一种新的可靠性度量方法，使得所需的乘法和加法运算的数量各减少一半；将信号检测方法重构为初始化和迭代步骤，以减少处理周期，并通过近似方法将初始化过程中所需的乘法、加法和排序操作完全消除。

技术领域

本申请涉及天线信号检测技术领域，尤其涉及一种低复杂度的信号检测方法及系统。

背景技术

随着无线通信业务的发展，人们对数据传输速率的要求越来越高。由于大规模多输入多输出技术(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)能同时带来分集增益和空间复用增益，显著提升无线通信的数据传输速率，成为第五代(5G)无线通信系统的关键技术之一。通过在基站部署数十至数百个天线，大规模MIMO系统在功率效率、频谱效率和链路可靠性等方面表现出极大的优势。

然而，大量的天线和用户数目会导致更复杂的信号处理，给高吞吐量MIMO系统设计带来了很大的挑战，例如，复杂度高、性能差等问题。信号检测是MIMO系统中信号处理的重要组成部分，是指基站天线从混杂了多个用户干扰和噪声的接收信号中恢复出各个用户发送的数据符号的过程。

目前，信号检测方法中主要分为线性检测与非线性检测方法。线性检测计算过程相对简单，复杂度往往集中在矩阵求逆计算，且系统的误码率性能较差，典型方法有最小均方误差(MMSE)方法。非线性方法复杂度较高，但系统的误码率性能通常优于线性检测方法，典型方法有期望传播(EP)方法。

通过利用大规模MIMO系统中的信道硬化特性，一种非线性检测方法，即基于因子图模型的消息传递检测方法(MPD)被提出。信道硬化特性指随着矩阵维度的增加，系统矩阵对角线的元素远大于非对角线元素，出现对角占优的现象。在此前提下，某用户发送的数据符号上的干扰项(其他用户发送数据符号的干扰以及噪声)将变得很小。因此MPD方法将此干扰项近似为服从高斯分布，通过计算干扰项的均值和方差在因子图模型上传递概率信息来实现MIMO检测。该方法主要包括干扰取消和星座匹配两个过程，干扰取消是将接收信号上对应的干扰项消除掉，消除干扰后进行星座匹配，星座匹配指在星座图上找到该传输符号对应的最可靠的调制点，从而恢复出该用户实际发送的数据符号。作为一种迭代算法，该方法不涉及矩阵求逆运算，具备比传统非线性检测方法更低的复杂度以及更好的检测性能。然而，MPD方法中仍然需要较多的指数和除法运算，给硬件实现带来一定的困难。随后，提出的一种低复杂度的MPD(LCMPD)方法，通过使用一种近似的概率更新方案，将原来所需要的指数和除法运算全部消除，同时几乎没有造成性能损失。然而，LCMPD方法的串并结合的更新方式对硬件实现不是特别友好，且该方法的星座匹配过程中仍然存在较多的乘法和加法运算，导致存在一定的计算冗余仍需要被进一步优化。

发明内容

为了在MIMO系统的信号检测过程中，提供一种低复杂度且利于高速硬件实现的检测方法，本申请实施例提供一种低复杂度的信号检测方法及系统。

本申请第一方面提供一种低复杂度的信号检测方法，包括：

S1，对MIMO系统模型y＝Hx+n进行匹配滤波，获得z＝Jx+v，对于第i(1≤i≤2K)个实数用户，z_i可表示为：

其中，H为瑞利平坦衰落信道矩阵，n为加性高斯白噪声向量，x为MIMO系统发送信号向量，y为MIMO系统接收信号向量，K为MIMO系统的用户数，J为匹配滤波后的信道矩阵，其维度为2K×2K，j为下标索引，z为匹配滤波后的信道接收向量，N为MIMO系统的接收天线数；

S2，定义一个新变量为估计符号向量；