基于并行Cholesky矩陣分解的MIMO系統信號檢測系統及方法技術方案

本發明專利技術公開了一種基于并行Cholesky矩陣分解的MIMO系統信號檢測系統及方法，主要解決現有MIMO系統信號檢測時復雜度高，以及在實數域進行信號檢測時，檢測時延翻倍的問題。其實現步驟是：信道矩陣轉換模塊將信道復矩陣轉化為信道實矩陣并生成迭代矩陣；信道矩陣分解模塊利用Cholesky矩陣分解方法并行分解迭代矩陣；K

【技術實現步驟摘要】
基于并行Cholesky矩陣分解的MIMO系統信號檢測系統及方法


[0001]本專利技術涉及通信
，更進一步涉及多天線
中的一種基于并行Cholesky矩陣分解的多輸入多輸出MIMO(Multiple
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Input Multiple
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Output)系統信號檢測系統及方法。本專利技術能以較低的復雜度與較低的時延完成基于并行Cholesky矩陣分解的MIMO系統的信號檢測。

技術介紹

[0002]MIMO系統利用空間復用技術，通過將原本串行的數據，并行的由多根天線發送，在不增加天線發射功率以及消耗更多頻譜資源的前提下，使系統吞吐率成倍提升，被應用于各類無線通信場景之中。近年來，MIMO信號檢測方法的研究主要圍繞K
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Best信號檢測方法展開，該方法可以通過設置保留路徑數量的方式，在性能和硬件資源消耗上做出選擇，具有極高的靈活性，但存在矩陣分解過程中實現復雜度高、信號搜索過程中展開子節點數量多等問題，導致該方法完成信號檢測的任務需要消耗大量的時間和計算資源，這與新一代通信系統低時延的發展趨勢不符。
[0003]樂鑫信息科技(上海)股份有限公司在其申請的專利文獻“帶有檢測中信道矩陣預處理的MIMO
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OFDM無線信號檢測方法和系統”(申請號：201910152084.3，申請公布號：CN 111628952 A)公開了一種基于K
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Best的無線信號檢測方法及其系統。該專利文獻公開的方法當接收到的第一個OFDM符號后，對每個子載波的信道矩陣進行預處理，以生成全局動態K值表，確定了每個子載波進行信號檢測時保留的路徑數量。同時，為了進一步降低方法整體的復雜度，該方法從實數域進行信號檢測，避免了復雜的復數運算。雖然該方法有效降低了信號檢測過程中展開的子節點數量以及算法的復雜度，但是，該方法仍然存在的不足之處是，在實數域進行信號檢測時，需對信道矩陣進行實數化，這會使信道矩陣大小翻倍，導致該方法在信號檢測過程中計算復雜度過高，此外，大小翻倍后的信道矩陣在進行信道矩陣分解以及K
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Best搜索時會帶來處理時延翻倍的問題。該專利文獻公開的系統由信道矩陣預處理子模塊、存儲子模塊和K
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best搜索子模塊組成。首先，信道矩陣預處理子模塊對第一個OFDM符號的每個子載波的信號矩陣執行信號矩陣預處理，以生成全局動態K值表；接著，存儲子模塊存儲全局動態K值表以及每個子載波的搜索參數；最后，K
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best搜索子模塊對MIMO
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OFDM數據包中每個后續OFDM符號進行MIMO檢測。為了降低系統復雜度，該系統利用實數域替代復數域計算，但是，該系統存在的不足之處是，在實數域進行信號檢測時，需要對矩陣實數化，使得信號矩陣大小翻倍，增加了系統在信號檢測時計算復雜度高，同時K
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bset搜索也會導致系統處理時延翻倍。

技術實現思路

[0004]本專利技術的目的在于針對上述現有技術的不足，提出一種基于并行Cholesky矩陣分解的MIMO系統信號檢測系統及方法，用于解決現有MIMO系統信號檢測時復雜度高，以及在實數域進行信號檢測時，檢測時延翻倍的問題。
[0005]為了實現上述目的，本專利技術的思路是，本專利技術的方法通過對實數化后的信道矩陣采用Cholesky矩陣模型進行并行矩陣分解，重新設計的信道矩陣分解過程，能以完成對一行元素計算的代價實現對相鄰兩行元素的并行分解，降低了對實數化后信道矩陣分解時所需計算次數，有效提高了信道矩陣的分解速度，相較于傳統信道矩陣分解方法，克服了現有矩陣分解技術中，信道矩陣大小翻倍后帶來的信道矩陣分解復雜度過高、分解翻倍時間不足的缺陷，并且，對于分解得到的上三角矩陣，其奇數行對角線元素右側第一個元素數值固定為0，充分利用了分解得到的矩陣特性。本專利技術的系統在搜索過程采用K
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best算法對相鄰兩層同時進行子節點展開，并在子節點展開時，將各保留路徑依據累積歐氏距離的排序進行劃分，每類路徑按照SE枚舉規則順序展開不同數量的子節點，在對相鄰兩層展開的子節點進行組合、排序后，最終完成K個最佳路徑的選擇，相較于傳統搜索系統，本專利技術改進后的系統僅對部分節點進行展開，有效減少了展開的子節點數量，克服了現有方法中子節點展開數量過多的不足。為了進一步降低時延，本專利技術的系統在進行信號搜索時，在完成相鄰兩層子節點的并行展開后，通過對子節點進行二次展開，將相鄰兩層的搜索過程合并為一次，僅需傳統方法一半的信號搜索次數，便可完成對全部信號的搜索，有效解決了信道矩陣大小翻倍帶來的信號搜索時間翻倍問題。
[0006]實現本專利技術目的的技術方案的步驟如下：
[0007]本專利技術的系統，包括信道矩陣轉換模塊、檢測結果判決模塊、信道矩陣分解模塊、K
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Best并行搜索模塊；其中：
[0008]所述信道矩陣轉換模塊，用于將MIMO系統的信道復矩陣轉化為信道實矩陣，通過信道實矩陣生成迭代矩陣；
[0009]所述信道矩陣分解模塊，用于利用Cholesky矩陣分解方法并行分解迭代矩陣，從當前迭代矩陣中選取前兩行元素作為待分解元素，通過待分解元素得到上三角矩陣R中第2o
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1行和第2o行元素，同時將待分解元素從當前迭代矩陣中移除，得到移除分解元素后的矩陣，其中，o的取值等于迭代次數；將上三角矩陣R中第2o
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1行，第2o+1列至第2N列元素組成的行向量轉置后與自身行向量相乘，組成中間矩陣；其中，o的取值等于迭代次數，N的取值等于MIMO系統中發射天線的數量；利用中間矩陣相關元素更新移除分解元素后的矩陣，得到更新后的迭代矩陣；判斷當前迭代矩陣是否還存在未被移除的元素，若是，則從當前迭代矩陣中選取前兩行元素作為待分解元素，否則，通過上三角矩陣R和信道實矩陣生成等效酉矩陣Q；
[0010]所述K
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Best并行搜索模塊，用于利用K
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Best方法并行搜索相鄰兩層的路徑，從MIMO系統的所有發射天線中，選取一根未檢測的發射天線；將保留的搜索路徑按照累積歐式距離的排序劃分為3類路徑，按照SE枚舉規則同時展開相鄰兩層子節點，展開的子節點數量由路徑類別以及K值決定；將展開的下層節點添加至對應保留路徑的末端，得到擴展后路徑，再將展開的上層節點復制后，添加至對應擴展后路徑的末端，對路徑做第二次擴展，得到二次擴展后路徑；通過上三角矩陣R和等效酉矩陣Q計算出每一條二次擴展后路徑的累積歐氏距離，選擇其中累積歐氏距離最小的K條路徑作為保留路徑；
[0011]所述檢測結果判決模塊，用于判斷是否選完MIMO系統的所有發射天線，若是，則確定發射信號的檢測值，否則，利用K
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Best方法并行搜索相鄰兩層的路徑，從MIMO系統的所有發射天線中，選取一根未檢測的發射天線，進行并行搜索；
[0012]所述檢測結果判決模塊，用于確定發射信號的檢測值。
[0013]選中本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種基于并行Cholesky矩陣分解的MIMO系統信號檢測系統，包括信道矩陣轉換模塊、檢測結果判決模塊；其特征在于，還包括信道矩陣分解模塊、K
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Best并行搜索模塊；其中：所述信道矩陣轉換模塊，用于將MIMO系統的信道復矩陣轉化為信道實矩陣，通過信道實矩陣生成迭代矩陣；所述信道矩陣分解模塊，用于利用Cholesky矩陣分解方法并行分解迭代矩陣，從當前迭代矩陣中選取前兩行元素作為待分解元素，通過待分解元素得到上三角矩陣R中第2o
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1行和第2o行元素，同時將待分解元素從當前迭代矩陣中移除，得到移除分解元素后的矩陣，其中，o的取值等于迭代次數；將上三角矩陣R中第2o
?
1行，第2o+1列至第2N列元素組成的行向量轉置后與自身行向量相乘，組成中間矩陣；其中，o的取值等于迭代次數，N的取值等于MIMO系統中發射天線的數量；利用中間矩陣相關元素更新移除分解元素后的矩陣，得到更新后的迭代矩陣；判斷當前迭代矩陣是否還存在未被移除的元素，若是，則從當前迭代矩陣中選取前兩行元素作為待分解元素，否則，通過上三角矩陣R和信道實矩陣生成等效酉矩陣Q；所述K
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Best并行搜索模塊，用于利用K
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Best方法并行搜索相鄰兩層的路徑，從MIMO系統的所有發射天線中，選取一根未檢測的發射天線；將保留的搜索路徑按照累積歐式距離的排序劃分為3類路徑，按照SE枚舉規則同時展開相鄰兩層子節點，展開的子節點數量由路徑類別以及K值決定；將展開的下層節點添加至對應保留路徑的末端，得到擴展后路徑，再將展開的上層節點復制后，添加至對應擴展后路徑的末端，對路徑做第二次擴展，得到二次擴展后路徑；通過上三角矩陣R和等效酉矩陣Q計算出每一條二次擴展后路徑的累積歐氏距離，選擇其中累積歐氏距離最小的K條路徑作為保留路徑；所述檢測結果判決模塊，用于判斷是否選完MIMO系統的所有發射天線，若是，則確定發射信號的檢測值，否則，利用K
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Best方法并行搜索相鄰兩層的路徑，從MIMO系統的所有發射天線中，選取一根未檢測的發射天線，進行并行搜索；所述檢測結果判決模塊，用于確定發射信號的檢測值。選中保留路徑中累積歐氏距離最小的路徑，從根節點開始，每次選擇兩個值，將所選兩個值分別作為實部與虛部，構成一個發射調制信號復數值的檢測值，直至到達葉子結點，由所有發射調制信號復數值的檢測值組成的復數集合即為所有發射天線的信號檢測值。2.根據權利要求1所述檢測系統的一種基于并行Cholesky矩陣分解的MIMO系統信號檢測方法，其特征在于，采用Cholesky矩陣分解方法并行分解迭代矩陣，采用K
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Best方法并行搜索相鄰兩層的路徑，該方法的步驟包括如下：步驟1，信道矩陣轉換模塊將MIMO系統的信道復矩陣轉化為信道實矩陣，通過信道實矩陣生成迭代矩陣；步驟2，信道矩陣分解模塊利用用Cholesky矩陣分解方法并行分解迭代矩陣：步驟2.1，從當前迭代矩陣中選取前兩行元素作為待分解元素，通過待分解元素得到上三角矩陣R中第2o
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1行和第2o行元素，同時將待分解元素從當前迭代矩陣中移除，得到移除分解元素后的矩陣，其中，o的取值等于迭代次數；步驟2.2，將上三角矩陣R中第2o
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1行，第2o+1列至第2N列元素組成的行向量轉置后與自身行向量相乘，組成中間矩陣；其中，o的取值等于迭代次數，N的取值等于MIMO系統中發
射天線的數量；步驟2.3，利用中間矩陣相關元素更新移除分解元素后的矩陣，得到更新后的迭代矩陣；步驟2.4，判斷當前迭代矩陣是否還存在未被移除的元素，若是，則執行步驟2.1，否則，執行步驟2.5；步驟2.5，通過上三角矩陣R和信道實矩陣生成等效酉矩陣Q；步驟3，K
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Best并行搜索模塊利用K
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Best方法并行搜索相鄰兩層的路徑：步驟3.1，從MIMO系統的所有發射天線中，選取一根未檢測的發射天線；步驟3.2，將保留的搜索路徑按照累積歐式距離的排序劃分為3類路徑，按照SE枚舉規則同時展開相鄰兩層子節點，展開的子節點數量由路徑類別以及K值決定；步驟3.3，將展開的下層節點添加至對應保留路徑的末端，得到擴展后路徑，再將展開的上層節點復制后，添加至對應擴展后路徑的末端，對路徑做第二次擴展，得到二次擴展后路徑；步驟3.4，通過上三角矩陣R和等效酉矩陣Q計算出每一條二次擴展后路徑的累積歐氏距離，選擇其中累積歐氏距離最小的K條路徑作為保留路徑；步驟4，檢測結果判決模塊判斷是否選完MIMO系統的所有發射天線，若是，則執行步驟5，否則，執行步驟3；步驟5，檢測結果判決模塊確定發射信號的檢測值：選中保留路徑中累積歐氏距離最小的路徑，從根節點開始，每次選擇兩個值，將所選兩個值分別作為實部與虛部，構成一個發射調制信號復數值的檢測值，直至到達葉子結點，由所有發射調制信號復數值的檢測值組成的復數集合即為所有發射天線的信號檢測值。3.根據權利要求1所述基于并行Cholesky矩陣分解的MIMO系統信號檢測系統，其特征在于，步驟1中所述的將MIMO系統的信道復矩陣轉化為信道實矩陣是由下式實現的：其中，H
′
表示信道實矩陣，Re(
·
)表示實部符號，H1表示信道復矩陣的第1個列向量，H
N
表示信道復矩陣的第N個列向量，N的取值等于MIMO系統中發射天線的總數，Im(
·
)表示虛部符號。4.根據權利要求1所述基于并行Cholesky矩陣分解的MIM...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張順，王祥光，程帥林，段明明，馬建鵬，何先燈，
申請(專利權)人：西安電子科技大學，
類型：發明
國別省市：