基于无穷范数交替方向乘子法的大规模MIMO检测方法

技术领域

本发明涉无线通信信号检测技术领域，尤其涉及一种多阈值的基于ADMIN(Alternating Direction Method of Multipliers-based infinity-norm,无穷范数交替方向乘子法)的大规模MIMO(Multi-Input Multi-Output,多输入多输出)检测方法。

背景技术

大规模MIMO是第五代(5G)，甚至是第六代(6G)通信系统的关键技术，它在发射端或接收端调用大量天线能够实现高频谱效率和高能量效率。由于移动通信信道中存在各种衰落、多径干扰、多用户干扰、热噪声和功率限制等因素，信号在传输过程中会受到各种干扰。大规模MIMO检测器的工作就是在接收端恢复发送端由多个发送天线发送的信号，准确地获取发送信号能够提高整个通信系统的通信质量，因此设计低复杂度、高性能的信号检测方法已成为大规模MIMO通信中的关键技术之一。

为了降低ML(Maximum Likelihood Estimation，最大似然)检测的计算复杂度，SD(Sphere Decoding，球形译码)和一些线性检测例如ZF(Zero-Forcing，迫零检测)，MMSE(Mean Squared Error,最小均方误差)检测被提出以折衷性能和复杂性。但在高阶调制的情况下，SD检测方法仍然具有难以承受的计算复杂度；由于MMSE和ZF都包含了矩阵求逆，所以在大规模MIMO系统中它们的计算复杂度仍然比较高。

为了进一步降低复杂度，避免矩阵求逆，提出了一类基于近似矩阵反演的检测方法，例如Neumann级数(NS)、Newton迭代(NI)、Gauss-Seidel(GS)、逐次超松弛(SOR)、共轭梯度(CG)、坐标下降(CD)等检测。虽然这种检测方法与线性检测方法相比效果较好，但当系统的发射天线和接收天线数量相当时，其性能较差。同时，在发射和接收天线数量相当的场景下，为无线通信开发的检测方法在光纤模分复用系统中具有潜在的应用前景。而基于无穷范数的交替方向乘子法在这种场景下具有较好的性能，但是需要较多的迭代次数而具有较高的复杂度。

发明内容

本发明的实施例提供了一种基于无穷范数交替方向乘子法的大规模MIMO检测方法，以实现有效地估计出大规模MIMO系统的发射信号。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种基于无穷范数交替方向乘子法的大规模MIMO检测方法，包括：

根据预先设定的信噪比SINR阈值，将来自大规模多输入多输出MIMO系统的接收信号分为高信噪比信号集和低信噪比的信号集；

对高信噪比信号集

根据高信噪比估计发射信号对所述接收信号进行干扰消除处理，将消除干扰处理后的信号和最大迭代次数作为输入，对低信噪比信号集进行无穷范数交替方向乘子法ADMIN迭代，得到低信噪比估计发射信号；

将所述高信噪比估计发射信号和低信噪比估计发射信号进行合并，得到所述大规模MIMO系统的估计发射信号。

优选地，所述的预先设定的信噪比SINR阈值，包括：

通过线下收集SINR数据，使用伽马分布或者广义伽马分布对SINR数据进行数据拟合，得到SINR数据的概率密度函数，根据概率密度函数求出累积分布函数F(x)，根据公式SINR

对大规模MIMO系统的信道矩阵H进行处理，得到Gram矩阵

优选地，所述的将来自大规模多输入多输出MIMO系统的接收信号分为高信噪比信号集和低信噪比的信号集，包括：

设接收机接收到的所述大规模MIMO系统的接收信号为y，根据所述阈值SINR

优选地，所述的对高信噪比信号集

对高信噪比信号集

优选地，所述的根据高信噪比估计发射信号对所述接收信号进行干扰消除处理，将消除干扰处理后的信号和最大迭代次数作为输入，对低信噪比信号集进行ADMIN迭代，得到低信噪比估计发射信号，包括：

对接收信号y进行干扰消除处理，抵消

将已消去

选择初值z

z和λ是ADMIN迭代算法中的子分量，λ是与约束x＝z相关的缩放对偶分量，z和λ的初始值为0，β是一个正则化的参数，E

计算估计信号

更新

更新

L

经过最大迭代次数K后，输出ADMIN的估计发射信号

对已消去

输入消除

优选地，所述的将所述高信噪比估计发射信号和低信噪比估计发射信号进行合并，得到所述大规模MIMO系统的估计发射信号，包括：

将所有检测后的估计信号合并，得到完整的所述大规模MIMO系统的估计发射信号

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明是一种多阈值的基于无穷范数交替方向乘子法的大规模MIMO检测方法，实现了在发射天线和接收天线数量相当时，通过迭代的方式进行了信号检测，避免了高维矩阵求逆，相较于ADMIN和MMSE，获得了更低的复杂度，并且具有较优异的性能。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种大规模MIMO系统的模型结构；

图2为本发明实施例提供的一种多阈值的基于ADMIN的大规模MIMO检测方法的处理流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

本发明实施例在基于ADMIN方法的基础上，提出了一种多阈值的适用于大规模MIMO上行链路的低复杂度检测方法，在发射天线和接收天线数量相当的情况下，具有较低的复杂度并且性能优异。

本发明实施例提供的一种大规模MIMO系统的模型结构如图1所示，本发明是建立在大规模MIMO信道模型上的一个优化检测方法，首先构建一个N

y＝Hx+n,

其中H是N

基于图1所示的系统，本发明实施例提供的一种多阈值的基于ADMM的大规模MIMO检测方法的处理流程如图2所示，包括如下的处理步骤：

步骤S1：对SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio，信号与干扰加噪声比)数据进行预处理，根据预处理结果设置SINR阈值SINR

通过线下收集SINR数据，使用伽马分布或者广义伽马分布对SINR数据进行数据拟合，得到SINR数据的概率密度函数，根据概率密度函数求出累积分布函数F(x)，根据公式SINR

SINR阈值SINR

步骤S2：将上述图1所示的大规模MIMO系统的信道矩阵H进行处理，首先得到Gram矩阵

步骤S3：输入信道矩阵H，设接收机接收到的上述图1所示的大规模MIMO系统的信号为y。根据预处理过程中求得的多个阈值SINR

步骤S4：对高信噪比信号集

步骤S5：然后经过连续干扰消除处理，抵消

是高信噪比信号集/>

步骤S6：将上一步中已消去

选择初值z

z和λ是ADMIN迭代算法中的子分量，λ是与约束x＝z相关的缩放对偶分量,在迭代之前他们有一个初始值，这里初始值都为0，β是一个正则化的参数，E

计算估计信号

更新

更新

这里是ADMIN算法的迭代更新过程，L

经过最大迭代次数K后，输出ADMIN的估计发射信号

步骤S7：然后经过连续干扰消除抵消

步骤S8：输入消除

执行步骤S6的操作，输出估计发射信号

步骤S9：最后将所有检测后的估计信号合并，得到完整的上述大规模MIMO系统的估计发射信号

综上所述，本发明实施例提供的大规模MIMO上行链路信号检测方案，实现了在发射天线和接收天线数量相当时，通过迭代的方式进行了信号检测，避免了高维矩阵求逆，相较于ADMIN和MMSE，获得了更低的复杂度，并且具有较优异的性能。满足5G场景下大规模MIMO配置天线数量较多时，保证接收性能且满足计算复杂度低，同时在光纤模分复用中具有潜在的应用价值。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。