[发明专利]MIMO信道双对角化下的低复杂度检测解码算法

说明书

本发明属于多输入多输出(MIMO)通信系统技术领域，具体为一种MIMO或大规模MIMO系统中双对角化下的低复杂度检测解码算法。本发明是在发送端进行预编码，在MIMO信道矩阵H已知的前提下，将H分解为一个双对角化矩阵B左乘酉阵Q再右乘酉阵P的转置共轭：H＝QBP^H；基于矩阵B的双对角化特点，接收端在执行最大似然或者最大后验概率检测及解码(如维特比算法/BCJR算法)时，能以较小的计算复杂度获取很好的系统抗误码性能。仿真结果验证了本发明算法的有效性。

技术领域

本发明属于多输入多输出(MIMO)通信系统技术领域，具体涉及MIMO或大规模MIMO系统中的基于预编码方案的具有低复杂度的最优检测解码算法。

背景技术

多输入多输出(MIMO)通信系统或大规模MIMO系统在5G通信技术中的发展如火如荼，近年来有很多性能很好的符号检测和解码方案被提出来提高系统的接收性能。符号检测基本上都是采用线性最小均方误差(LMMSE)的均衡算法或者迫令均衡(ZF)算法，但是系统的接收性能表现一般。于是随着对系统性能的要求，非线性的方法如球形译码(SD)算法被提出，但是该算法带来性能的同时也带来极高的复杂度，这在民用的设备上成本极高，所以没有被广泛应用。

经过上述的背景分析，不难发现接收检测算法带来的潜在价值对于MIMO系统或者大规模MIMO系统极其重要。本发明针对MIMO系统或大规模MIMO系统提出了一种复杂度极低，且允许接收端采用最大似然检测或者最大后验检测的基于预编码的信道双对角化分解设计。我们在数值计算平台进行仿真，仿真结果也有效验证了我们提出的算法能以较小的计算复杂度获取很好的系统抗误码性能。

发明内容

本发明的目的是在于设计一种可显著提高在MIMO或者大规模MIMO系统中抗误码性能的双对角化下的低复杂度检测解码算法。

本发明提供的MIMO信道双对角化下的低复杂度检测解码算法，具体步骤如下。

(1)假设MIMO系统中发送天线数为N_t，接收天线数N_r，已知信息传输的信道矩阵H，为N_t×N_r，即N_t，N_r为矩阵H的行数和列数，对该信道矩阵进行分解。具体采用双对角化分解：

H＝QBP^H，

其中，Q，P^H是酉阵，B是双对角化矩阵(上对角矩阵或者下对角矩阵)。

(2)设发送端发送的信号为x(信息矢量)，对x做预编码操作，即发送消息为Px，则接收端接收到的信号可以表示为：

y＝QBP^HPx+z

＝QBx+z

其中，z表示系统模型中的高斯白噪声。

(3)由于Q,P^H是酉阵，Q^HQ和P^HP都是单位阵；为了获得等效信道双对角矩阵B，接收端需要对接收的信号再左乘上一个酉阵Q的转置共轭，即Q^H，于是得到：

即得到信道的等效双对角矩阵B，且其中的还可以视作服从高斯分布的白噪声。

(4)接收端，对信号进行检测，并恢复出发送信号x；

通常可以执行最大似然或者最大后验概率检测及解码(如维特比算法/BCJR算法)；