本发明涉及无线通信系统领域，特别涉及一种优化的大规模天线系统信号检测方法及其硬件架构。
背景技术：
大规模天线(massivemimo)技术是5g无线通信的关键技术之一。系统中由于发射天线和接收天线的数目的增加，系统的数据传输速度和空间利用率都能够有很大的提升。但是天线数目的增加将导致信号检测的过程和计算变得非常复杂。
目前的信号检测方法中主要分为非线性检测与线性检测方法。非线性算法的，最大似然估计(ml)方法检测性能最优，但是其计算复杂度随着用户数和系统的调制阶数的增加呈指数增长。线性检测方法的计算过程相较简单，比如最小均方差估计(mse)，neumann检测和gaussian-seidel检测等，但是系统的误码率性能会有所下降，且往往包含矩阵求逆计算。因此，快速简便的矩阵求逆方法和有效的硬件架构是亟待解决问题。
技术实现要素：
本发明旨在解决在大规模天线系统接收端有效进行信号的检测问题，或至少提出一种有用的商业选择。为此本发明的目的在于提出一种优化的线性gaussian-seidel信号检测方法及其硬件架构，从而从算法和硬件层面上优化系统的结构，降低系统的计算复杂度，提高系统的吞吐率，高效的进行信号的检测与恢复。
从该计算模块的整体上来看，其包含了：
1.一种优化的大规模天线系统信号检测方法，包括：
下三角矩阵求逆，采用分组的方法，实现组内并行处理，和组间串行处理。
求倒数，利用泰勒公式近似求解，将除法运算转化为简单的乘加运算。
2.优化的gaussian-seidel检测方法的硬件架构，包括：
求倒数单元，能够将除法运算转化为两个实数乘法器和两个实数加法器，节省系统的查找表(lut)单元。
加法树单元，支持两种累加运算模式。
并行复数乘法器，能够被重复高效利用。并行复数乘法器，能够被重复高效利用。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1是本发明方法简化流程图。
图2是本发明加法树的结构图。
图3是本发明求倒数单元的结构图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。其中自始至终使用相同的名称表示相同或有类似功能的模块。下面通过参考附图描述的实施示例来具体说明。
如图1所示为本发明的整体结构图。该信号检测方法和系统硬件架构包括：
1.一种优化的大规模天线系统信号检测方法，包括：
下三角矩阵求逆，采用分组的方法，实现组内并行处理，和组间串行处理。
求倒数，利用泰勒公式近似求解，将除法运算转化为简单的乘加运算。
2.优化的gaussian-seidel检测方法的硬件架构，包括：
求倒数单元，能够将除法运算转化为两个实数乘法器和两个实数加法器，节省系统的查找表(lut)单元。
加法树单元，支持两种累加运算模式。
并行复数乘法器，能够被重复高效利用。
在算法层面上，以128×8的大规模天线系统为例，gaussian-seidel检测方法可以概括为：
x(k)＝(d+l)-1(y′-ux(k-1))(1)
其中，d，l，u分别代表w＝hhh+n0的对角矩阵，严格下三角矩阵和严格上三角矩阵，y′＝hhy，x(k)表示第k次迭代后对发射信号的估计。
为了提高算法的收敛速度，因此给予系统发射信号一个初始的估计值x(0)＝(d-1-d-1ed-1)y′。其中包含对角元素的求倒数运算，除法在硬件上一般是用查找表实现，但是查找表的资源消耗随着输入数据的位宽增加而指数增长。为了节省硬件资源，用泰勒公式对除法运算进行转化，在精度满足要求的情况下最终转化为两个实数乘法和两个实数加法运算。除此之外，算法中还包含着下三角矩阵的求逆计算，由于矩阵元素求逆时数据之间的依赖性，对下三角所有元素同时求逆是不可能的，因此在优化后的gaussian-seidel检测方法中，充分利用不相关的数据，将下三角矩阵元素进行分组，分组串行，组内全并行，从而提高系统的吞吐率。
在硬件的设计中，系统的架构主要包含以下部分：
对于w矩阵和y′矩阵，128个复数的乘累加运算在64并行复数乘法器上被拆分为两个独立部分，然后由一个加法树(第一种模式，64个数据的累加)和选择器来控制获得。加法树支持两种累加模式，其结构图如图2所示，其中af表示4个数相加，at表示两个数相加。w矩阵的对角线元素会进入到求倒数单元，求倒数单元的结构图如图3所示。
对于初始值x(0)，根据对角矩阵的特性，在计算d-1ed-1的时候，只需要将e的每个元素分别乘以一个常数，可以在64并行复数乘法器上两个周期内完成，对于矩阵和向量的乘法，需要用到加法树的第二种模式，8个元素为一组，8组并行的累加。剩余的矩阵和向量的乘法与此类似，重复使用64并行复数乘法器和加法树单元，从而节约硬件资源。在矩阵分组求逆时第t组需要在第(t-1)组完成计算才能开始，由于在系统结构中添加流水线的原因，系统有延时，因此可以在矩阵各组求逆的间隙完成x(0)和(y′-ux(k-1))的计算，节省时钟周期数。8并行乘法器是用来计算下三角矩阵求逆时在累加之后的一部分乘法运算，而8并行加法器是用来计算(y′-ux(k-1))。
本发明提供了一种应用于大规模天线系统的优化的线性信号检测方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。