[发明专利]一种大规模多用户MIMO系统的分布式检测方法

说明书

本发明公开了一种大规模多用户MIMO系统的分布式检测方法。将接收信号划分成多个组，对每个组的接收信号分别用基于EP算法的MIMO信号检测模块进行分布式信号检测，然后针对三种EP MIMO检测器采用不同的处理过程，得到最终的检测结果。本发明通过分布式设计大大降低了EP算法在大规模多用户MIMO系统信号检测应用时的复杂度，给出的三种基于EP算法的分布式MIMO检测器在大规模多用户MIMO系统中性能极佳，且就复杂度而言可以实现。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，特别涉及了一种大规模多用户MIMO系统的分布式检测方法。

背景技术

大规模多用户MIMO(multiple-input multiple-output)系统是5G无线通信的一项关键技术，该技术能够增加无线通信系统的吞吐量从而支持海量数据的传输。大规模多用户MIMO系统是在基站端配备大规模数量的天线，同时支持多个用户的无线信号传输。在上行链路中，用户的发送信号经无线信道后由基站接收天线阵列接收，然后经过信道估计和MIMO信号检测，恢复出原始的用户发送信号。已有的MIMO信号检测方法包括MMSE(minimum mean-square-error)、MMSE-SIC(successive interference cancellation)、ML(maximum likelihood)、SD(sphere decoding)、AMP(approximation message passing)、EP(expectation propagation)等。

目前，大规模多用户MIMO系统中传统的基于MMSE的检测方法依赖于集中式处理因而实现复杂度很高，ML和SD检测方法的实现复杂度也随着天线数量配置的增加和星座调制阶数的增加而急剧增大。高复杂度使得基于以上方法的信号检测模块不易于系统实现，或即便实现之后复杂度很大，大量消耗系统资源。AMP检测虽然有分布式的实现方式且检测性能较好，但AMP在信号具有空间相关性时不收敛，且分布式AMP在各组接收天线数多于用户天线数时不能正常工作，因而限制了其在大规模多用户MIMO系统中的广泛应用。基于EP算法的检测能够克服AMP检测的不稳定性，并且检测性能也超过了以上各MIMO检测器，但目前的EP检测器是集中式的架构，其中矩阵求逆步骤的复杂度随着天线数量的增加而急剧增大，不利于EP检测在大规模多用户MIMO系统中的实现和应用。

发明内容

为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供一种大规模多用户MIMO系统的分布式检测方法，解决现有技术存在的随接收端天线数增加而复杂度增大的问题，同时不降低EP检测器的检测性能。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种大规模多用户MIMO系统的分布式检测方法，包括以下步骤：

(1)首先对接收天线进行分组，各组接收天线获取的接收信号输入不同的EP检测模块；

(2)对每组接收信号分别采用基于EP算法的MIMO信号检测算法进行信号检测，包括初始化或更新用于近似后验概率的指数函数集的一阶参数和二阶参数；计算LMMSE检测器检测输出的后验均值和方差以及将LMMSE检测器检测输出去除先验概率后的外部信息的后验均值和方差；计算后验均值检测器检测输出的后验均值和方差以及将后验均值检测器检测输出去除先验概率后的外部信息的后验均值和方差；

(3)基于不同种类的EP MIMO检测器，得到相应的检测结果：

(3a)对于完全分布式EP MIMO检测器，按照步骤(2)进行多次迭代直到收敛或者达到设定的迭代次数，输出各组的检测结果到检测结果合并模块，在检测结果合并模块进行线性合并，输出完全分布式EP MIMO检测器的检测结果；