[发明专利]通信系统中基于概率剪切的改进匹配滤波消息传递检测方法

说明书

本发明提供了一种通信系统中基于概率剪切的改进匹配滤波消息传递检测方法，本发明应用在无线通信系统接收机的符号检测判决部分，符号检测判决器可依据本发明方法流程图进行硬件设计。本发明的有益效果是：1.本发明利用匹配滤波和实数化操作使得消息传递检测算法可以在更低复杂度的情况下应用至不限于mMIMO系统的通信符号检测中。2.本发明在匹配滤波消息传递检测算法的符号概率分布更新后，引入了新的“概率剪切”操作，使得算法所需的高斯性能够在算法迭代过程中得到保持，从而大大提高了算法在高信噪比下的符号检测性能，其代价为迭代过程中的额外排序算法复杂度，以及系统应用前的剪切门限选择的仿真消耗。

技术领域

本发明涉及无线通信技术与概率图理论领域，可应用于massive MIMO、OFDM、SC、OTFS的通信符号检测，尤其涉及通信系统中基于概率剪切的改进匹配滤波消息传递检测方法。

背景技术

在无线通信中，正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)信号通过正交频分复用的方式使得信号拥有较好的抗多径性能与频谱效率，在现代无线通信系统中得到了广泛的应用。由于OFDM是多载波系统，不可避免的存在峰均功率比(Peak to Average Power Ratio,PAPR)过高的问题，因此基于循环前缀(Cyclic Prefix,CP)与频域均衡(Frequency Domain Equalization,FDE)的单载波(Single Carrier,SC)信号被提出，该信号为恒包络信号，同时在高信噪比条件下获得较好的通信性能，并在IEEE802.11ad与LTE-advanced等标准中被采用。针对时变信道多普勒调制的问题，近年来提出了新的正交时频空(Orthogonal Time Frequency Space,OTFS)调制方式，通过时延与多普勒的两维分集增益在时变信道中获得了更优异的通信性能。同时在其他方面，为了提升通信系统的系统容量与频谱效率，大规模多输入多输出(Massive Multiple Input MultipleOutput,mMIMO)技术再次获得了广泛关注。不论OFDM、SC、OTFS，还是mMIMO，它们的发射符号与接收符号的关系均可以表示为线性方程的形式(即符号向量与信道矩阵的线性运算)。

这种表示下较为熟知的通信符号的非线性检测算法有最大后验概率(Maximum APosteriori,MAP)检测算法，在发射符号先验等概的情况下等效为最大似然(MaximumLikelihood,ML)检测算法，虽然该方法检测性能好，但由于复杂度过高而无法应用在实际系统当中，只能作为理论参考。较为熟知的线性检测算法有最小均方误差(Minimum MeanSquare Error,MMSE)算法与迫零(Zero-Forcing,ZF)检测算法，它们相对ML算法拥有更低的复杂度，但检测性能损失较大。

利用信道硬化的消息传递(Channel Hardening-Exploiting Message Passing,CHEMP)算法利用massive MIMO中的信道硬化特性，加上消息传递算法从而对ML检测算法进行的迭代求解，从而在较低信噪比范围内获得比MMSE更好的检测性能，并且拥有更低的计算复杂度。但该方法在概率数学推导中利用了高斯近似，当接收信噪比较高时，随着算法迭代的进行，高斯进行逐渐不再成立，从而使得CHEMP随着接收信噪比的增大，其误比特率(Bit Error Rate,BER)趋于一个稳定值，即该检测算法关于接收信噪比存在一个BER极限。同时，该符号检测方法目前仅在mMIMO系统中被提出。

发明内容

本发明提供了一种通信系统中的基于概率剪切的改进匹配滤波消息传递检测方法，包括如下步骤：

步骤a：输入接收信号的噪声功率估计、匹配滤波前的信道矩阵、匹配滤波后的信道矩阵、匹配滤波后的接收信号；

步骤b：初始化迭代次数、所有发射元素的符号概率分布、期望与方差；

步骤c：判断是否达到最大迭代次数，若是，那么执行判决步骤，否则执行步骤d；