[发明专利]一种增强的基于信道硬化现象的消息传播方法

说明书

本发明是一种增强的基于信道硬化现象的消息传播方法，提出一种检测符号的初始概率分布优化算法，获得更好的迭代收敛性能。利用离散高斯分布优化初始概率分布，其均值是在大规模MIMO系统的信道硬化现象下的估计值。估计的初始向量相比零向量更接近最终解，能够获得更好的检测性能；进一步的，通过一种近似的概率更新机制，设置一个概率阈值，能够有效减少迭代过程中检测符号的计算个数，降低迭代过程中的计算复杂度；通过调整阈值也可以实现算法的计算复杂度和检测性能之间的折中。该种基于信道硬化现象的消息传播方法能够在较低计算复杂度的情况下，提供更好的检测性能。

技术领域

本发明涉及MIMO检测算法技术领域，具体的说是一种增强的基于信道硬化现象的消息传播方法。

背景技术

大规模多输入多输出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)系统是5G中一种新兴的技术。与传统的MIMO系统相比，它在能源效率、功耗和链路可靠性方面有着显著的提高。但是，由于系统维度的增加，伴随着大规模MIMO系统的优点而来的是信号处理(数据检测、预编码等)所需的计算复杂度的代价也在增加，实现大规模MIMO检测面临着许多挑战。最优的检测算法，最大似然(Maximum Likelihood，ML)检测器，其计算复杂度随着天线数量的增加呈指数级增长，在大规模MIMO系统的实际应用中是不切实际的。当基站天线的数量远大于上行链路用户的数量时，最小均方误差(Minimum Mean Square Error，MMSE)检测器凭借多项式的计算复杂度能够实现近似最优的性能。尽管MMSE检测器又很多的优点，但也存在一定的挑战。MMSE检测方法中涉及到矩阵求逆操作，而天线数量越多，信号处理中涉及的矩阵规模也越来越大，因此导致在实际应用中处理效率较低。大规模MIMO系统的上行信号检测算法很难实现低计算负载和良好的检测精度之间的合理折中。

现有的研究工作，消息传播算法能够在降低算法的计算复杂度的同时，取得较优的检测性能。相比于MMSE检测，消息传播算法不涉及矩阵求逆的计算，有效的降低了计算复杂度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种增强的基于信道硬化现象的消息传播方法，在大规模MIMO系统的信道硬化现象下，对检测符号的初始概率分布进行优化进而得到最终译码判决；该方法具有在较低计算复杂度的情况下，提供更好的检测性能。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种增强的基于信道硬化现象的消息传播方法，其特征在于：

步骤1，MIMO系统中，采用Gram矩阵的对角矩阵D来代替Gram矩阵；

步骤2，使用矩阵D对初始向量进行估计，忽略噪声的影响，得到发送信号的粗略解；

步骤3，将矩阵D的近似粗略解作为离散高斯分布的均值，利用离散高斯分布优化发送信号的初始概率分布；

步骤4，设置概率阈值，在算法进行计算过程中筛选出满足概率阈值的发送信号，减少算法的计算复杂度；

步骤5，通过最大值判决，求解发送信号。

所述的步骤1中，MIMO系统中包括K个接收天线和N个发送天线，接收天线的输出信号和发送天线的输入信号之间的关系如下式所示：

y＝Hx+n

式中，H表示信道矩阵；n表示高斯噪声干扰，为服从均值为0，方差为的高斯分布；x表示输入信号，是经过M-QAM调制的星座点，其译码候选点集合为y表示输出信号；

对y＝Hx+n两边同时乘上H^T，再除以N，可得：

z＝Jx+v

式中，z表示H^Ty；J表示H^TH；v表示H^Tn；N表示发送天线的数量；