【摘 要】
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大规模MIMO技术因其数据传输速率高、频谱利用率高等诸多优点,成为5G以及未来移动通信传输中最有前途的关键技术之一。但是随着接收端天线规模的不断增大,系统信号检测模块的计算复杂度变得让人无法承受,因此,高精度、低复杂度的大规模MIMO系统信号检测算法具有重要的研究意义和价值。本文首先在介绍MIMO系统模型的基础上分析了传统MIMO系统信号检测算法,即线性检测算法和非线性检测算法。线性检测算法计算复
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大规模MIMO技术因其数据传输速率高、频谱利用率高等诸多优点,成为5G以及未来移动通信传输中最有前途的关键技术之一。但是随着接收端天线规模的不断增大,系统信号检测模块的计算复杂度变得让人无法承受,因此,高精度、低复杂度的大规模MIMO系统信号检测算法具有重要的研究意义和价值。本文首先在介绍MIMO系统模型的基础上分析了传统MIMO系统信号检测算法,即线性检测算法和非线性检测算法。线性检测算法计算复杂度低但检测精度不高,非线性检测算法虽然能提供较高的检测精度,但同样会带来高额的计算复杂度,不适合大规模MIMO系统;其次本文分析了线性检测及其改进算法在大规模MIMO系统中的应用。在传统的线性检测算法中,涉及到矩阵求逆运算,随着天线规模的增大,这会带来高额的计算复杂度,为了避免这一点,检测算法被分为逼近法和迭代法两类,本文分别对它们进行了分析并作仿真比较;最后针对任意天线规模的MIMO系统,本文介绍了ADMM信号检测算法,并在收发端天线数相同时将其与MMSE检测算法进行仿真比较。在迭代检测算法中,算法的收敛速度和计算复杂度往往是对立的,本文提出了两种折中方案,一种是基于改进迭代初值的CG检测算法,该算法首先通过对Jocabi迭代和Richardson迭代进行收敛性分析对比得到优化初值,然后利用矩阵分解思想和信道硬化现象得到最优松弛因子,并结合Newton迭代算法收敛速度快的特点,计算得到改进后的初值,最后通过计算和仿真证明,改进后的算法既能加快收敛速度又可以降低计算复杂度;另一种是基于改进迭代步长的Newton检测算法,通过在迭代算法公式中引入步长因子来加快算法收敛,同时为了保证算法的稳定性引入了调节因子,并利用对误差矩阵的分析,得到经过优化后的步长因子,将其运用到Newton检测算法公式中,可以提高算法的误码率性能。此外,在ADMM检测算法中,本文针对大规模MIMO系统模型,结合GS迭代算法和Jacobi迭代算法的符号更新特点,提出了ADMM算法的并行检测模式,即ADMM-Jacobi算法,并对ADMM-GS和ADMMJacobi两种模式进行对比分析,虽然ADMM-Jacobi与ADMM-GS相比会有比较慢的收敛速度,但是却可以缩短符号之间的等待时延,从而降低了检测系统整体的时间消耗。
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