一种基于时间隐藏的MMSE检测电路的控制方法与流程

本发明属于无线通信技术领域，具体应用于大规模天线技术的接收端信号检测电路的控制方法，可以减小检测信息的延迟时间。

背景技术：

随着无线通信领域的多输入多输出(mimo，multiple-inputmultiple-output)系统理论的逐渐完善，mimo技术已成为5g移动通信的关键技术之一。如果要发挥mimo技术的优势，必然需要高性能，低复杂度的mimo检测算法。最大似然检测法(ml)拥有很高的精度，也较多地被用于mimo检测算法，但是其计算复杂度非常高，尤其是在硬件实现方面耗费资源多，延迟高。

在大规模mimo系统中的所有传输数据均为复数，而进行复数运算时其复杂度和资源消耗量是要远远大于实数运算的，对于一个大规模矩阵来说，在信道矩阵运算上需要消耗大量乘法器和加法器资源。因此，如何优化信道矩阵计算过程，对于提高整个mmse检测系统的性能十分重要。

在kimhs,zhuw,bhatiaj,etal等人发表的apractical,hardwarefriendlymmsedetectorformimo-ofdm-basedsystems的文章中提出一种新的mmse算法结构，其将运算复杂度从计算量巨大的复矩阵求逆转化为复矩阵分解，简化了求解过程，节约了硬件资源，但是其在扩展矩阵在qr分解后所得到的数据依然存储在寄存器中，必须等待所有q矩阵的所有元素求解完成后才能够进入下一级进行计算，大大增加了数据延迟时间，并且耗用了更多的资源。

技术实现要素：

本发明为了克服mmse检测电路中复矩阵qr分解电路模块数据传输延迟高的问题，提出一种基于时间隐藏的mmse检测电路的控制方法，以期能减少数据在寄存器组中等待的时间，从而很大程度提高电路的计算速率，降低整个算法电路的延迟时间，也降低资源消耗。

本发明为达到上述目的所采用的技术方案是：

本发明一种基于时间隐藏的mmse检测电路的控制方法，所述mmse检测电路是由预处理模块、复矩阵qr分解模块、控制模块、复矩阵运算模块、输入信号检测模块构成；其特点是：设置所述控制模块包括：计数器、n个向量预处理单元和n-1个寄存器组；所述控制方法是按如下步骤进行：

步骤1、所述预处理模块接收外部输入的信道矩阵h和噪声信息进行拓展处理，得到信道拓展矩阵后传递给所述复矩阵qr分解模块；

步骤2、定义变量i，并初始化i＝1；

步骤3、所述复矩阵qr分解模块对所述信道拓展矩阵进行第i次qr分解处理，得到酉矩阵q中的第i个列向量qi并输出给所述控制模块；

步骤4、所述控制模块中的第i个向量预处理单元对所述第i个列向量qi进行向量分解处理和列向量的共轭转置处理，从而得到矩阵q1的第i个列向量和矩阵第i个行向量；

步骤5、第i个寄存器组将所述矩阵q1的第i个列向量和矩阵第i个行向量进行存储；

步骤6、将i+1赋值给i，并判断i＝n是否成立，若成立，则执行步骤7；否则，返回步骤3执行；

步骤7、所述复矩阵qr分解模块对所述信道拓展矩阵进行第n次qr分解处理，同时所述计数器发送使能信号；得到酉矩阵q中的第n个列向量qn经过控制模块的向量预处理单元的处理，得到的结果直接输出给所述复矩阵运算模块；

步骤8、所述计数器根据使能信号，控制前n-1个寄存器组将所存储的数据传递给所述复矩阵运算模块；

步骤9、所述复矩阵运算模块对所接收到的酉矩阵q中的第n个列向量qn和前n-1个寄存器组将所存储的数据进行处理，得到过滤矩阵的列向量后并行输入给所述输入信号检测模块；

步骤10、由所述输入信号检测模块进行处理得到输入预估信号

与现有技术相比，本发明的有益技术效果体现在：

1、本发明对传统的mmse检测电路中复矩阵qr分解电路模块的输出以计数器作为使能端控制每个列向量qi(1≤i≤n)的输出时间，可以将部分计算完成的列向量提前从寄存器输出，从而进行下一级的计算，较大程度降低了数据在寄存器中的等待时间，提高了整体电路的计算速率。

2、本发明中利用复矩阵qr分解电路模块相邻输出向量的时间间隔，提前完成在寄存器存储的向量在复矩阵运算模块的计算，因此，紧接着qr分解电路模块计算完成的列向量就不许要储存在寄存器中，而是直接输入复矩阵运算模块与前面的列向量完成乘法运算和累加运算，从一定程度上减少了寄存器的使用，降低了资源消耗。

3、本发明避免了复杂度较高的矩阵求逆；控制模块通过增加使能输入端以控制复矩阵qr分解后数据输出的时间，减少了数据等待时间；输入信号检测模块负责检测出系统的输入信号，从而在实现mmse检测算法功能的基础上增加了控制电路模块，降低了电路的运算周期并且提高了计算的准确率。

附图说明

图1为本发明改进的mmse检测电路的整体结构图；

图2为本发明复矩阵qr分解模块的电路图；

图3为本发明改进的mmse检测电路的内部结构图。

具体实施方式

mmse检测电路是由预处理模块、复矩阵qr分解模块、控制模块、复矩阵运算模块、输入信号检测模块构成；如图1所示，本实施例中，一种基于时间隐藏的mmse检测电路的控制方法，是设置控制模块包括：计数器、n个向量预处理单元和n-1个寄存器组；

预处理模块接收信道估计模块传输进来的信道矩阵h(h是一个r×t的矩阵，r和t都是大于0的自然数)和噪声信息，进行信道矩阵拓展得到新的信道矩阵如图1所示；根据矩阵乘法的计算原理，复矩阵qr分解模块将信道矩阵拓展后得到新的信道矩阵分解成酉矩阵q和上三角矩阵r乘积的形式，其中是(r+t)×t的矩阵，q矩阵是(r+t)×t的矩阵，r矩阵是t×t的矩阵，r和t都是大于0的自然数；如图2所示，在整个计算过程中需要用到q矩阵的计算结果，而不需要r矩阵的计算结果，酉矩阵q矩阵的输出按列向量q1,q2,......,qn的顺序依次输出，当信道矩阵h的大小确定时，其中前后两个列向量输出间隔的时钟周期基本相同。

在本实例中设置信道矩阵h的大小为4×4，该控制方法是按如下步骤进行：

步骤1、预处理模块接收外部输入的信道矩阵h和噪声信息进行拓展处理，得到信道拓展矩阵后传递给复矩阵qr分解电路模块，如图1所示，接收4×4大小的信道矩阵h和噪声信息经过预处理电路模块后得到8×4的扩展信道矩阵扩展信道矩阵的列向量并行输入到复矩阵qr分解模块。

步骤2、定义变量i，并初始化i＝1；向量qi表示复矩阵qr分解电路模块输出的第i个列向量，其中向量qi和向量qi+1的输出有相同的时间间隔。

步骤3、复矩阵qr分解模块对信道拓展矩阵进行第i次qr分解处理，得到酉矩阵q中的第i个列向量qi并输出给控制模块；如图2所示，其中复矩阵qr分解的过程为第一层单元计算上三角矩阵r的第一行和酉矩阵q的第一列，并将其得到的中间结果传输到第二层，计算得到上三角矩阵r的第二行及酉矩阵的第二列；以此类推，依次完成上三角矩阵和酉矩阵元素的求取。采用这种脉动阵列结构，当每一层单元计算完成同时传输完成后，其并不需要闲置，而可以继续处理下一个矩阵的相应元素，整个结构单元采用流水线工作方式，使得同一时刻各单元均处于工作状态，减少了硬件资源闲置的情况，加快了处理速度。

步骤4、控制模块中的第i个向量预处理单元对所述第i个列向量qi进行向量分解处理和列向量的共轭转置处理，从而得到矩阵q1的第i个列向量和矩阵第i个行向量，其中矩阵q1和矩阵q2的第i个列向量可以拼接成矩阵q的第i个列向量，如图3所示。

步骤5、第i个寄存器组将矩阵q1的第i个列向量和矩阵第i个行向量进行存储；

步骤6、将i+1赋值给i，并判断i＝n是否成立，若成立，则执行步骤7；否则，返回步骤3执行；如图3所示，向量q1,q2,q3计算完成并存储在寄存器组中，此时开始计算第四层的向量q4，同时计数器产生使能信号。

步骤7、复矩阵qr分解模块对信道拓展矩阵进行第n次qr分解处理，同时计数器发送使能信号；得到酉矩阵q中的第n个列向量qn经过控制模块的向量预处理单元的处理，得到的结果直接输出给复矩阵运算模块；如图3所示，q1,q2,q3向量计算完成并存储在寄存器组中，此时开始计算第四层的q4向量，同时计数器产生使能信号使得q1,q2,q3向量从寄存器组中先输入复矩阵运算模块进行矩阵预算，q1,q2,q3向量计算完成后q4向量从qr分解模块中计算完成后经过向量预处理的数据直接输入到复矩阵运算模块与q1,q2,q3向量完成乘法运算和累加运算，减少了q1,q2,q3在寄存器组中的等待时间。

步骤8、计数器根据使能信号控制前n-1个寄存器组将所存储的数据传递给复矩阵运算模块，如图3所示。

步骤9、复矩阵运算模块对所接收到的酉矩阵q中的第n个列向量qn和前n-1个寄存器组将所存储的数据进行处理，得到过滤矩阵的列向量后并行输入给输入信号检测模块。

步骤10、由输入信号检测模块通过过滤矩阵与接收向量信号y做乘法运算，得到输入预估信号

如表1中所示，在相同维数下，本文中的电路结构与传统电路结构相比在频率提高1.07％的情况下，本系统计算周期数减少51.54％，检测延迟减少52.07％。

表1仿真结果对比