[发明专利]基于切比雪夫加速法与SOR算法的大规模MIMO线性检测算法

说明书

本发明公开了一种基于切比雪夫加速法和SOR算法的大规模MIMO检测算法，本发明在切比雪夫三项迭代式的基础上，对传统的SOR二项迭代式进行改进，加快了收敛速度，当接受天线远大于发射天线时，相比于其他算法，本发明算法的性能增益将更加明显，在瑞利衰落信道和相关信道中仿真了本发明算法(Chebyshev‑SOR Method)与其他检测算法的性能，证明了本发明算法的优势。本发明算法的优点在于针对接受天线远大于发射天线的情况具有更快的收敛速度，所需迭代的次数较少，迭代所需的存储消耗也更少。

技术领域

本发明涉及一种大规模MIMO系统上行链路信号检测方法技术，属于计算机通信技术领域。

背景技术

Multiple-Input-Multiple-Output(MIMO)信号处理因其庞大数量的矩阵-向量运算器而成为MIMO-OFDM基带接收器中最具难度与挑战性的部分。所有的MIMO技术都需要MIMO检测来进行精确运算。然而在大规模MIMO线性检测中，由于天线数量的增加，信道矩阵维数随之增加，进而使Minimum mean square error(MMSE)过滤矩阵的计算变得困难，更不用说MMSE过滤矩阵的逆矩阵，因此，便有了运用迭代法直接求逆的办法。在此之前有通过Gauss-Seidel算法和SOR算法进行迭代的试验，但是这两种算法的收敛速度一般，误码率比MMSE算法大很多，之后也有改进版的SOR算法一定程度上减小了误码率。改进版的SOR算法虽然算法复杂度较低，在一般情况下更接近MMSE算法的精度，但是对于接收天线数远大于发射天线数，信噪比较大等情况时，并不能很好地接近MMSE算法的精度。

发明内容

发明目的：本发明为解决现有技术中存在的问题，提出一种基于切比雪夫加速法与SOR算法是的大规模MIMO线性检测算法，基于切比雪夫加速法，让迭代过程中输出信号的收敛速度更快，在相同迭代次数的情况下，误码率更低。

技术方案：本发明公开了基于切比雪夫加速法与SOR算法的大规模MIMO线性检测算法，包括以下步骤：

步骤1：初始化：将信道矩阵和接收信号矩阵经过预处理，将信道矩阵实值化为H；将接收信号矩阵实值化为y；得到匹配滤波器输出y^MF＝H^Hy和MMSE滤波矩阵其中Gram矩阵G＝H^HH，σ²为噪声方差，为单位阵，(.)^H为共轭转置操作，对MMSE滤波矩阵W进行分解，W＝D-E-F，其中D为对角阵，E为上三角阵，F为下三角阵；

步骤2：将SOR迭代式模型化为x_k+1＝Px_k+Qb，其中，P和Q分别为(D-ωE)^-1(F+(1-ω)E)和(D-ωE)^-1；构造作为第二重迭代式求解上述x_k，其中当m≥k时，a_k,m＝1，否则a_k,m＝0；

根据切比雪夫三项递归：

T_k+1(θ)＝2θT_k(θ)-T_k-1(θ),k≥1 (9)

取p_k(t)＝T_k(t/ρ)/T_k(1/ρ)实现最小误差，将切比雪夫三项递归可以改写为：

其中，T₀(θ)＝1,T₁(θ)＝θ，ρ为矩阵多项式p_k(P)的谱半径；

步骤3：将y_k代入到改写后的切比雪夫三项递归公式中，经过乘法运算可得求解y_k的三项迭代式：