一种大规模mimo系统中基于mcmc技术的上行链路检测方法

文档序号:9263249
一种大规模mimo系统中基于mcmc技术的上行链路检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于通信抗干扰技术领域,涉及大规模MIM0(MultipleInputMultiple Output)技术,M-H(Metropolis-Hastings)技术,模拟退火技术,Gibbs采样技术,具体为 一种大规模MM0系统中基于MCMC技术的上行链路检测方法。
【背景技术】
[0002] 大规模MM0技术是一种无线环境下的高速传输技术,它在发射端和接收端配置 更多的天线单元,并结合先进的空时编码调制方案,通过对空间自由度的充分利用,可以带 来额外的分集,复用和波束成型增益。
[0003] 大规模MM0系统中,基于马尔科夫蒙特卡罗(MCMC)技术的检测方法应该是目前 已有的检测方法中综合性能最好的检测方法之一,其拥有很小的计算复杂度,并且误比特 率性能非常接近最大似然检测方法的误比特率性能。
[0004] 最具代表性的是一种改进型的Gibbs采样检测方法,其从发送信号的真实分布和 均匀分布的混合分布中采样,很好的解决了传统Gibbs采样检测方法中的失速陷阱问题。 由于从均匀分布中采样,完全是随机的,没有利用到任何关于发送信号的先验信息,因此不 能增加信号检测的正确性,只能解决传统Gibbs中的失速陷阱问题。而且,这种检测方法是 利用迭代更新进行信号检测,在检测过程中无法确定下一次迭代一定能够产生更优的检测 信号,也就是迭代具有盲目性。本发明即是针对这两个问题,本发明通过从发送信号真实分 布和一个含有发送信号先验信息的分布的混合分布中采样来提高方法的误比特率性能,并 且,通过设置门限判决来最大程度的减少盲目迭代的次数,从而提高检测方法的计算复杂 度。

【发明内容】

[0005] 本发明的目的在于针对目前大规模MM0系统中,已有的基于MCMC技术的检测方 法计算复杂度高的问题,提供一种计算复杂度低且性能近似最大似然检测方法性能的基于 MCMC技术的检测方法。
[0006] 本发明的技术方案:一种大规模MM0系统中基于MCMC技术的上行链路检测方法, 其特征在于包括以下步骤:
[0007] A?初始化处理
[0008] 大规模MM0系统中,接收信号向量为发送信号
向量为 ;信道矩阵为HeC^.XJVfhmn(m= 1, 2,. . . ,Nr,n= C , 1,2,. . .,Nt)表示第n根发射天线和第m根接收天线间的信道增益系数,且hmn是服从CNdP分布的随机变量;加性高斯白噪声向量为C'ne=叫,%,...,%^ ,rii(i= 1, 2,...,队)是服从CN(0,2)分布的随机变量;其中Nt为发射天线数目,\为接收天线数目, 满足Yc=H又+n。;初始化具体步骤为:
[0009]A1.首先对系统进行实数化处理,得到
% 满足:Y=HX+n;采用QPSK调制,发送信号向量实数化后得到向量
, Xi(i= 1,2, ???,2Nt)取值集合为
[0010]A2.预先设置门限值Vth,并预设迭代次数的上限MAX_ITER= 16Nt;(需要特别说 明的是:因为门限Vth值越大,运算复杂度会越低,但性能会越差;门限Vth值越小,运算复杂 度会越高,但性能会越好;因此门限Vth的取值根据具体的应用要求确定)
[0011] A3.随机产生一个起始向量xQei?2Ar,,J(纟=1,2,...,2% ),也可以利用破零 检测方法(ZF)、最小均方误差检测方法(MMSE)等线性检测方法的检测输出向量作为起始 向量X°;X°pt表示当前已检测向量中性能最优向量,
.此时X°Pt=x 〇;
[0012] B?检测过程
[0013]B1.首先,当| |Y_HX°pt| |2<Vth,退出检测,X°pt作为检测的最终输出向量;否则,进 入步骤B2 ;
[0014]B2.通过多次迭代找到近似最优的估计向量:
[0015] 每次迭代过程需要更新2Nt个符号,第t次迭代中符号< (/= 1,2,...,2% )的估计 值通过如下采样过程产生:
[0016]
[0017]
[0018] 已知发送向量X的条件概率分布为:,如果
v y 连续两次迭代产生的估计向量相同,则称失速陷阱发生;因此,为了有效地避免发生失速陷 阱,本发明发送信号向量x的条件概率分布采用如下混合分布:
[0019]
[0020] 其中,
a为温度收敛系数,q=l/2Nt,af1,a2= 10 ; 第t次迭代过程中符号X丨G=l,2,...,2iV,)的具体更新步骤为:
[0021] B21.随机产生一个服从0到1上均勾分布的随机数k;当k>q,则a=ai,当k彡q, 则a=a2;
V /
[0026]B23.随机产生一个服从0到1上均勾分布的随机数u;当u彡p时,
「;当11
>P时
[0027] U刊断弟t认迭代产生的估计向量"是否满足检测退出条件,具体步骤为:
[0028]C1?当 |IY-HX" |2< | |Y-HX°pt| |2时,则X°pt=XS此时,进一步判断,当 |Y-HX°pt| |2<Vth时,则退出检测,X°pt作为检测的最终输出向量;当| |Y-HX°pt| |2彡Vth时, 则进行第t+1次迭代检测;
[0029]当 | |Y-HXt| |2 多 | |Y-HX〇pt | |2,就进入步骤C2;
[0030]C2.计算向量X°pt在失速时允许的最大迭代次数为:
[0031]
[0032] 当从第t_0s(X°pt)+l次迭代至第t次迭代中乂_保持不变,则退出检测,X°pt作为 检测的最终输出向量;否则,进入第t+1次迭代检测;
[0033] 上述所有步骤均在迭代次数t未达到预设的迭代次数上限值时成立,即t〈MAX_ ITER;当t=MAX_ITER时,进行进一步判断,当 |lY-HX" |2< | |Y-HX〇pt| |2 时,则父_=父\ 输出X°pt、退出检测;否则,乂_保持不变,输出X°pt、退出检测。
[0034] 进一步的,所述步骤A1中实数化处理的具体实现步骤为:
[0035]
[0036]
[0037]
[0038] 进一步的,所述步骤A2中门限值Vth取为7^,.(72或Nr 〇 2。
[0039] 本发明的有益效果为,本发明提出了一种大规模MM0系统中基于MCMC技术的新 检测方法,该检测方法通过设置门限判断能够有效的减少盲目迭代次数,降低计算复杂度, 并且采用包含发送信号的真实分布和一个含有发送信号先验信息的分布的混合分布进行 采样,有效提高系统的误比特率性能。
【附图说明】
[0040] 图1是常规大规模MM0系统框图。
[0041] 图2是本发明检测方法的大规模MIM0系统框图。
【具体实施方式】
[0042] 下面结合附图对本发明进行详细的描述
[0043] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行描述,以便本领域的技术人员更好地 理解本发明。需要特别提醒注意的是,在以下的描述中,当已知功能和设计的详细描述也许 会淡化本发明的主要内容时,这些描述在这里就被忽略。
[0044] 为更好地对本发明进行说明,先介绍本实施例所用到的术语和大规模MM0系 统接收机结构。大规模MM0系统:如图1所示,b是需要传输的比特数据,可以被视为 一个LXT的矩阵,其中L=log2⑷是一个正交相移键控(QuadraturePhaseShift Keying,QPSK)符号所携带的比特数量。如图2所示给出了一个nTx根发射天线和nRx根接 收天线,利用本发明进行信号检的方法的实施例;本发明的实施例的系统框图如图2所示。 [0045] 接收机结构大致分为如下几步:
[0046] 步骤1 :确定要选择的系统的参数,即确定发射天线个数nTx,接收天线个数nRx, 调制的阶数M。
[0047] 步骤2:然后将接收信号向量和信道矩阵实数化,随机产生一个起始向量,若起始 向量的欧式距离小于门限值,就结束检测,该起始向量作为检测结果。否则进入迭代检测过 程,直到满足结束检测的条件,最终保留的最优向量作为检测结果。
【主权项】
1. 一种大规模MMO系统中基于MCMC技术的上行链路检测方法,其特征在于,包括以下 步骤: A. 初始化处理 大规模MMO系统中,接收信号向量为,发送信号向1,2, ...,Nt)表示第η根发射天线和第m根接收天线间的信道增益系数,且hmn是服从 CN(O5I) ?1,2,...,凡是服从CN(0,a2)分布的随机变量;其中Nt为发射天线数目,N 接收天线数 目,满足Yc = H Λ+η。;初始化具体步骤为: Al.首先对系统进行实数化处理,得到 足:Y = HX+n ;采用QPSK调制,发送信号向量实数化后得到向量,Xi取 值集合为A2.预先设置门限值Vth,并预设迭代次数的上限MAX_ITER= 16Nt;A3.随机产生一个起始向量<€3、1 = 1,2,~,2队;父-表示当前已检测向量中性能最优向量, B. 检测过程 BI.首先,当I |Y_HX°pt| |2< Vth,退出检测,X°pt作为检测的最终输出向量;否则,进入步 骤B2 ; B2.通过多次迭代找到近似最优的估计向量: 每次迭代过程需要更新2Nt个符号,第t次迭代中符号<、i = 1,2,…,2Nt的估计值 通过如下采样过程产生:发送信号向量X的条件概率分布采用如下混合分布:,a为温度收敛系数,q = l/2Nt,B1= 1,a 2= 10 ;弟t 次迭代过程中符号4的具体更新步骤为: B21.随机产生一个服从0到1上均勾分布的随机数k ;当k>q,则a = S1,当k彡q,则 B - 3-2?B23.随机产生一个服从0到1上均匀分布的随机数u ;当u < p时,C.判断第t次迭代产生的估计向量"是否满足检测退出条件,具体步骤为: cl 当 I IY-HXtI |2< I Iy-HX°pt112时,则 X°pt= Xt;此时,进一步判断,当 I Iy-HX°pt112 <vth时,则退出检测,x°pt作为检测的最终输出向量;当I |Y-HX°pt| I2^vth时,则进行第t+i 次迭代检测; 当 11 Y-HXt I 12多 I IY-HX °pt I 12,就进入步骤 C2 ; C2.计算向量X°pt在失速时允许的最大迭代次数为:当从第t-0s(X°pt)+l次迭代至第t次迭代中乂^保持不变,则退出检测,x°pyt为检测 的最终输出向量;否则,进入第t+ι次迭代检测; 上述所有步骤均在迭代次数t未达到预设的迭代次数上限值时成立,即t〈MAX_ITER ; 当t = MAX_ITER时,进行进一步判断,当||Y-HXt||2<||Y-HX。pt|| 2时,则X。pt=Xt,输出 x°pt、退出检测;否则,x°pW持不变,输出X °pt、退出检测。2. 按权利要求1所述检测方法,其特征在于,所述步骤Al中实数化处理的具体实现步 骤为:3. 按权利要求1所述检测方法,其特征在于,所述步骤A2中门限值V th取为·ν^ν,.σ2或 Nr 〇 2〇
【专利摘要】本发明属于通信抗干扰技术领域,提供一种大规模MIMO系统中基于MCMC技术的上行链路检测方法,用于解决已有的基于MCMC技术的检测方法计算复杂度高的问题。本发明通过设置门限判断能够有效的减少盲目迭代次数,降低计算复杂度,并且采用包含发送信号的真实分布和一个含有发送信号先验信息的分布的混合分布进行采样,有效提高系统的误比特率性能。
【IPC分类】H04B7/04, H04L12/26, H04W24/00
【公开号】CN104980202
【申请号】CN201510323994
【发明人】喻凤, 雷霞, 肖丽霞, 肖悦, 蒋兆翔, 陈昱树
【申请人】电子科技大学
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2015年6月12日
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