适用于大规模MIMO系统的低复杂度RZF-SOR预编码算法

在大规模多输入多输出(MIMO)系统中,为了降低传统预编码算法的复杂度,在原有正则化迫零(RZF)预编码算法的基础上,提出用超松驰迭代(SOR)法代替矩阵求逆的高复杂度运算,得到一种改进算法RZF-SOR,并应用随机矩阵原理得出其最优相关参数的近似表达式和取值的必要条件.实验仿真表明,提出的RZF-SOR预编码算法与RZF预编码相比有效地降低了一个数量级的复杂度,在很小的迭代次数下达到接近于RZF预编码的误码率性能,并且优于基于Neumann级数预编码算法的误码率性能.     

低复杂度大规模MIMO信号检测算法研究

原有的信号检测算法ZF(迫零)和MMSE(最小均方误差)不可避免地要对矩阵求逆,但是大规模MIMO中天线数量可能是上百根,复杂度随着天线数量呈指数增加,所以在大规模MIMO系统中直接对矩阵求逆任何机器都无法承担的。因此在不损失性能的前提下,提出一种通过迭代计算对矩阵近似求逆的方法来取代传统的矩阵精确求逆,从而起到算法复杂度降低的效果。     

一种基于SSOR的大规模MIMO线性预编码方案

大规模多输入多输出系统(Massive MIMO)由于天线数和用户数太大,导致预编码矩阵在求逆是复杂度过高。为了降低复杂度,本文提出了一种基于对称逐步超松弛(SSOR)的线性预编码方案,相比传统的规则化迫零(RZF)预编码方案,本文所提的方案在没有任何性能损失的情况下可以降低一个量级的运算复杂度,为了保证所提SSOR预编码方案的性能,提出一种仅依靠天线配置的简单的量化松弛参数。     

大规模MIMO系统中低复杂度的预编码改进算法

针对大规模MIMO系统中线性预编码包含复杂的大维矩阵求逆运算,从而产生较大系统开销这一问题,提出了一种低复杂度的基于区域选择初始解的RZF-GS预编码算法.该算法是在RZF预编码的基础上,用Gauss-Seidel迭代算法代替矩阵的求逆运算,并将通常的零初始解向量优化为基于区域选择初始解的向量.实验结果表明,该算法使系统整体的复杂度降低一个数量级,同时,与Neumann级数预编码和零初始解的RZF-GS预编码相比,该算法均明显加快了其收敛速率,用较少的迭代次数就能逼近经典RZF预编码的最优误码率性能.     

基于修正牛顿法的大规模MIMO低复杂度混合预编码算法

针对大规模多输入多输出（multiple-input multiple-output,MIMO）系统，提出了一种基于修正牛顿（modified Newton,MN）法的相位跟踪算法，有效地解决了传统高性能混合预编码方案中的高计算复杂度问题。该算法从子维度向量恢复的角度优化模拟预编码矩阵。在每个子维度优化中，采用相位跟踪方法将模拟预编码向量的恢复转化为无约束的非线性优化问题，并利用MN法进行求解。同时，应用Gerschgorin’s Disk定理和Hermitian矩阵分块求逆引理，分别降低了MN法中计算修正因子以及Hessian矩阵求逆的计算复杂度。实验结果表明，与仿真中几种传统的高性能混合预编码方案相比，所提算法具有更高的频谱效率和更低的计算复杂度。     

大规模MIMO系统的预编码算法综述

相比于传统多输入多输出（MIMO）系统,大规模MIMO的天线数量大幅增加,使得系统的容量提升、误比特率下降,但也造成预编码矩阵维度升高,算法复杂度、系统成本及实现难度增大。将大规模MIMO系统主要采用的预编码技术分为线性和非线性两个部分,对两者进行了归纳和对比,并着重介绍了几种经过简化的线性预编码算法和几种比较典型的非线性预编码算法,指出因为非线性算法的复杂度很高,故未来大规模MIMO系统的预编码应当以线性算法为主。     

基于Kaczmarz迭代的大规模MIMO系统低复杂度软输出信号检测

大规模MIMO系统上行链路中,最小均方误差（MMSE）算法能获得接近最优的线性检测性能,但是涉及复杂度较高的矩阵求逆运算.本文基于Kaczmarz迭代提出一种低复杂度软输出信号检测算法,在算法实现中避免了矩阵求逆运算,将实现复杂度由O（K³）降为O（K²）.同时,引入了最优松弛参数进一步加快算法收敛,最后给出了两种用于信道译码的LLR的近似计算方法.仿真结果表明：所提出的Kaczmarz迭代软输出信号检测算法经过两到三次简单的迭代即可较快地收敛,并达到接近MMSE检测算法的误码率性能的水平,其性能与复杂度均优于基于矩阵近似求逆的一类检测算法.     

大规模MIMO系统中的一种自适应SIC检测算法

与传统系统相比,大规模多入多出（MIMO）系统能更加有效地提高频谱效率。利用传统的最小均方误差（MMSE）信号检测算法求解大规模MIMO系统,虽然检测结果接近最优,但是矩阵的求逆运算导致计算的复杂度非常高。提出了一种自适应排序干扰消除（SIC）检测算法,在逐次超松弛（SOR）迭代运算的基础上,通过干扰消除降低待检测矩阵的维度。通过仿真分析,得出所提算法的复杂度低于Jacobi、SOR检测算法,且在迭代次数较少的情况下,算法的误码率（BER）性能明显优于SOR检测算法。     

毫米波大规模MIMO系统中低复杂度混合预编码方法

针对毫米波大规模多输入多输出(MIMO)系统混合预编码方案设计的难点,提出了一种低复杂度混合预编码方法。首先基于奇异值分解,构造初始射频(RF)预编码矩阵,然后构造数字预编码矩阵。进而将残差矩阵最大左奇异矢量构造的矢量添加到RF矩阵的最后一列,以更新初始RF矩阵。经过多次迭代,从而形成最终RF预编码矩阵。最后基于最小二乘准则设计数字预编码矩阵。理论分析和仿真结果表明,相比于基于正交匹配追踪(OMP)算法的混合预编码设计方法,该方法在计算复杂度大幅下降的同时,其性能远远优于基于OMP算法的混合预编码方法,同时在数据流数相对较小时,其性能接近最优的全数字预编码设计方法。     

大规模MIMO系统中基于牛顿迭代和超松弛迭代的WWSE预编码算法

在大规模 MIMO 系统中,将牛顿迭代法用于传统的 WWSE 预编码算法求逆运算,但是其迭代初始值计算复杂。针对这一问题,提出WWSESOR-NT算法。在SOR算法的基础上提出中间算法,然后与牛顿迭代算法相结合,利用中间算法直接对高阶矩阵的逆进行估算,将得到的结果作为牛顿迭代法的迭代初始值以加快收敛速度。仿真结果显示,与传统牛顿迭代法比较,WWSESOR-NT 算法能够以更少的迭代次数和近似相同的复杂度逼近WWSE算法的性能。     

大规模MIMO时分双工系统的鲁棒预编码设计

对于采用大规模MIMO技术的时分双工系统,天线互易误差会破坏上下行信道互易特性,大幅降低预编码算法下行传输性能。由于实际系统难以完全消除天线互易误差,该文以最大化各用户平均信泄噪比为目标,根据天线互易误差的统计特性,设计了对该误差具有鲁棒性的线性预编码算法。同时为了进一步降低用户接收端的等效噪声功率,该文还将该线性鲁棒预编码算法扩展为基于矢量扰动的非线性鲁棒预编码算法,并通过减格辅助技术降低其扰动矢量求解复杂度,使其更适用于大规模MIMO系统应用。计算机仿真结果表明在存在基站天线互易误差条件下,该文所提出的线性与非线性鲁棒性预编码算法的性能均优于传统预编码算法的性能。     

Regularized MIMO Equalization for SC-FDMA Systems

In this paper, we propose an efficient frequency domain equalization scheme for Multiple Input Multiple Output (MIMO) Single-Carrier Frequency-Division Multiple Access (SC-FDMA) systems. The proposed scheme avoids the complexity problem associated with the conventional MIMO Zero-Forcing (ZF) equalizer as well as the noise enhancement problem. The matrix inversion process associated with the proposed equalization scheme is performed in two steps to reduce complexity. A regularization term is added in the second step of the matrix inversion to avoid the noise enhancement. Simulation experiments on uplink MIMO SC-FDMA systems show that the proposed equalization scheme provides better performance than that of the ZF equalizer and its complexity is far less than that of the ZF equalizer.     

大规模MIMO系统中基于二对角矩阵分解的低复杂度检测算法

在大规模多输入多输出(MIMO)系统的上行链路检测算法中,最小均方误差(MMSE)算法是接近最优的,但算法涉及到大矩阵求逆运算,计算复杂度仍然较高。近年提出的基于诺依曼级数近似的检测算法降低了复杂度但性能有一定的损失。为了降低复杂度的同时逼近MMSE算法性能,该文提出基于二对角矩阵分解的诺依曼级数(Neumann Series)近似,即将大矩阵分解为以两条主对角线上元素组成的矩阵与空心矩阵之和。理论分析与仿真结果表明所提算法检测性能逼近MMSE检测算法,且其复杂度从O(K3)降低到O(K2),这里K是用户的数目。     

Approximate Minimum BER Power Allocation for MIMO Spatial Multiplexing Systems

Precoding for multiple-input multiple-output (MIMO) spatial multiplexing generally requires high feedback overhead and/or high-complexity processing. Simultaneous reduction in transmitter complexity and feedback overhead is proposed by imposing a diagonal structural constraint to precoding, i.e., power allocation. Minimum bit-error rate (MBER) is employed as the optimization criterion, and an approximate MBER (AMBER) power-allocation algorithm is proposed for a variety of receivers, including zero-forcing (ZF), successive interference cancellation (SIC), and ordered SIC (OSIC). While previously proposed precoding schemes either require ZF equalization for MBER, or use a minimum mean-squared error (MMSE) criterion, we provide a unified MBER solution to power allocation for ZF, SIC, and OSIC receiver structures. Improved error-rate performance is shown both analytically and by simulation. Simulation results also indicate that SIC and OSIC with AMBER power allocation offer superior performance over previously proposed MBER precoding with ZF equalization, as well as over MMSE precoding/decoding. Performance under noisy channels and power feedback is analyzed. A modified AMBER algorithm that mitigates error propagation in interference cancellation is developed. Compared with existing precoding methods, the proposed schemes significantly reduce both transmit processing complexity and feedback overhead, and improve error-rate performance     

毫米波大规模MIMO系统基于等效信道的全连接混合预编码设计

为了提升毫米波大规模MIMO系统中基于全连接结构的混合预编码性能,提出一种基于等效信道两步设计法的混合预编码方案。首先结合发送端模拟预编码矩阵、接收端模拟组合矩阵和信道矩阵构造等效信道,以最大化等效信道增益为目标设计出收发端的模拟部分,之后对数字预编码矩阵与数字组合矩阵逐列应用最小二乘准则进行求解,设计出收发端数字部分。仿真结果表明,所提算法能够逼近最优全数字预编码方案且具有较低的复杂度,并具有较强的容错性。     

大规模MIMO系统低复杂度混合迭代信号检测

在大规模MIMO系统上行链路信号检测算法中,最小均方误差(MMSE)算法能获得接近最优的线性检测性能.但是,传统的MMSE检测算法涉及高维矩阵求逆运算,由于复杂度过高而使其在实际应用中难以快速有效地实现.基于最速下降(steepest descent,SD)算法和高斯一赛德尔(Gauss-Seidel,GS)迭代的方法提出了一种低复杂度的混合迭代算法,利用SD算法为复杂度相对较低的GS迭代算法提供有效的搜索方向,以加快算法收敛的速度.同时,给出了一种用于信道译码的比特似然比(LLR)近似计算方法.仿真结果表明,通过几次迭代,给出的算法能够快速收敛并接近MMSE检测性能,并将算法复杂度降低一个数量级,保持在O(K2).     

Precoding and decoding design for two-way MIMO AF multiple-relay system

In this paper, a joint precoding and decoding design scheme is proposed for two-way Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) multiple-relay system. The precoding and decoding matrices are jointly optimized based on Minimum Mean-Square-Error (MMSE) criteria under transmit power constraints. The optimization problem is solved by using a convergent iterative algorithm which includes four sub-problems. It is shown that due to the difficulty of the block diagonal nature of the relay precoding matrix, sub-problem two cannot be solved with existing methods. It is then solved by converting sub-problem two into a convex optimization problem and a simplified method is proposed to reduce the computational complexity. Simulation results show that the proposed scheme can achieve lower Bit Error Rate (BER) and larger sum rate than other schemes. Furthermore, the BER and the sum rate performance can be improved by increasing the number of antennas for the same number of relays or increasing the number of relays for the same number of antennas.