一种基于置信度传播的MIMO检测方法、装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于置信度传播的MIMO检测方法、装置，涉及通信领域，其中MIMO检测方法包括：获取MIMO的系统参数；观察节点根据所述系统参数以及各个符号节点的先验概率计算各个接收符号的后验概率的LLR值，并将其传回给各个符号节点；根据观察节点反馈回来的信息，计算符号节点的LLR值；根据观察节点的后验概率的LLR值得到先验概率的LLR值；根据所述先验概率的LLR值计算出符号节点要发给各个观察节点的后验概率值，并开始新一次迭代；迭代完成后，根据需求输出符号；该基于硬件平台的MIMO BP算法的实现方式，采用线性插值的方式进行近似计算，避免了e指数查表需要存储多张表以及地址读取冲突问题，减少了硬件资源的损耗。耗。耗。

【技术实现步骤摘要】
一种基于置信度传播的MIMO检测方法、装置


[0001]本专利技术涉及通信领域，具体而言，涉及一种MIMO检测方法、装置。

技术介绍

[0002]随着直播、高清电话会议，物联网通信等高速率高容量低延迟的应用场景的需要，5G比4G具有更高速率和更高的网络容量。为了满足人类的现实需求，另一方面解决频率资源短缺的问题，多输入多输出(MIMO)技术成为5G的关键技术之一。MIMO技术是在发送端和接收端都部署多根天线进行无线通信的技术，主要的研究方向包括空间复用，空间分集，预编码、信号检测等领域。所以MIMO检测算法的好坏决定着整个MIMO系统的整体表现。
[0003]现有的MIMO检测算法性能最好的是最大似然检测算法，但是其复杂度会随着系统的天线数和调制阶数指数级增长，其他的线性检测算法虽然复杂度要低于最大似然检测，但是通常是以付出较大的性能损失作为代价的。而另一种非线性检测算法，基于置信度传播(BP)的检测算法在性能上可以逼近最大似然检测，而在复杂度上可以低于最大似然检测。BP检测算法由于其优秀的性能，得到广泛的关注，但是由于其在进行概率更新时涉及到指数运算与除法运算，同样具有一定的复杂度。在硬件实现过程中，指数运算采用查表的方式时，首先要存储的数据要从0到正无穷，这是一个很大的数据量存储量，同时，由于每次都只能读一个地址，为了防止地址冲突，进而需要同时存储多张e指数表，对于硬件资源是一个巨大的挑战。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本专利技术提供一种复杂度低、硬件资源损耗小而且能够避免了e指数查表需要同时存储多张表以及地址读取冲突问题的MIMO检测方法以及装置。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术一方面提供一种基于置信度传播的MIMO检测方法，包括以下步骤：
[0006]获取MIMO的系统参数；所述系统参数包括发送天线数，接收天线数,系统的调制阶数，接收天线所接收到的发射天线经过信道传输和噪声干扰的接收信号、对应的信道信息以及噪声方差；
[0007]观察节点根据所述系统参数以及各个符号节点的先验概率计算各个接收符号的后验概率的LLR值，并将其传回给各个符号节点；
[0008]根据观察节点的后验概率的LLR值得到先验概率的LLR值；
[0009]根据所述先验概率的LLR值计算出符号节点要发给各个观察节点的先验概率值，并开始新一轮的先验概率的迭代；
[0010]当达到最大迭代次数时，根据需求输出符号；
[0011]其中所述根据所述先验概率的LLR值计算出符号节点要发给各个观察节点的先验概率值包括：
[0012]对于α
i,j
(s)，从选出最大值α
max
，然后[α
max
‑
α
i,j
(s
k
)]乘以常
数log2e，得到一个新的数A＝u+v,v为小数部分数值，u为整数部分数值，将1
‑
0.5v右移u位，得到的值；
[0013]将得到的的值进行累加得到F，根据F最高位相应的2的幂次，确定w的值，将F右移w位得到m的值，则根据ln(F)＝ln2
·
(w+m
‑
1)完成对数运算；
[0014][α
max
‑
α
i,j
(s
k
)]的值与ln(F)求和，再乘以常数log2e得到一个新的数值A
′
＝u
′
+v
′
，v
′
为小数部分数值，u
′
为整数部分数值，将1
‑
0.5v
′
右移u
′
位，即可得到相对应的先验概率值；
[0015]其中，α
i,j
(s)表示第i个符号节点到第j个观察节点的先验信息的LLR值；s是发送符号值的集合；系统调制阶数为log2Q；F表示所有的值累加得到的数值；w表示F最高位相应的2的幂次的数值；m表示将F右移w位得到的数值。
[0016]可选的，所述观察节点根据符号节点的先验概率计算各个接收符号的后验概率的LLR值，并将其传回给各个符号节点，具体包括：
[0017]计算观察节点j所收信息的均值和方差和方差
[0018]计算其他符号节点和信道带来的噪声干扰的均值μ
j,i
＝μ
j
‑
h
j,i
s
T
p
i,j
,1≤i≤2M,1≤j≤2N和方差
[0019]计算观察节点的后验概率的LLR值，
[0020][0021]式中，M为发送天线数；N为接收天线数；h
j,i
为信道矩阵H的内部元素；i表示第i个符号节点；j表示第j个观察节点；s是发送符号值的集合；系统调制阶数为log2Q；(*)
T
表示对该矩阵做转置；p
i,j
为第l次迭代中符号节点i到观察节点j传递的先验概率；σ2为信道噪声；r
j
为天线接收的信号Y＝HX+σ2的内部元素。
[0022]可选的，，计算过程中的指数运算采用以下方法：
[0023]对于输入的值x
i
,乘以一个常数log
2 e，得到x
i log
2 e,将其整数部分和小数部分分离，并将小数部分右移一位，1减去右移一位后的小数值再右移整数位即得到对应的指数运算的值。
[0024]可选的，计算过程中的对数运算采用以下方法：
[0025]对于输入的值x
i
，找到其转换成二进制表示的整数最高位1的位置w，将x
i
右移w位得到m，再与w
‑
1相加，最后乘以常数ln 2完成对数运算。
[0026]另一方面，本专利技术还提供一种基于置信度传播的MIMO检测装置，包括：
[0027]获取单元，用于获取MIMO的系统参数；所述系统参数包括发送天线数，接收天线数,系统的调制阶数，接收天线所接收到的发射天线经过信道传输和噪声干扰的接收信号、对应的信道信息以及噪声方差；
[0028]第一计算单元，用于观察节点根据所述系统参数以及各个符号节点的先验概率计算各个接收符号的后验概率的LLR值，并将其传回给各个符号节点；
[0029]第二计算单元，用于根据观察节点的后验概率的LLR值得到先验概率的LLR值；
[0030]第三计算单元，用于根据所述先验概率的LLR值计算出符号节点要发给各个观察节点的先验概率值，并开始新一轮的先验概率的迭代；
[0031]选取单元，用于当达到最大迭代次数时，根据需求输出符号；
[0032]其中所述根据所述先验概率的LLR值计算出符号节点要发给各个观察节点的先验概率值包括：
[0033]对于α
i,j
(s)，从选出最大值α<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于置信度传播的MIMO信号检测方法，其特征在于，包括：获取MIMO的系统参数；所述系统参数包括发送天线数，接收天线数，系统的调制阶数，接收天线所接收到的发射天线经过信道传输和噪声干扰的接收信号、对应的信道信息以及噪声方差；观察节点根据所述系统参数以及各个符号节点的先验概率计算各个接收符号的后验概率的LLR值，并将其传回给各个符号节点；根据观察节点的后验概率的LLR值得到先验概率的LLR值；根据所述先验概率的LLR值计算出符号节点要发给各个观察节点的先验概率值，并开始新一轮的先验概率的迭代；当达到最大迭代次数时，根据需求输出符号；其中所述根据所述先验概率的LLR值计算出符号节点要发给各个观察节点的先验概率值包括：对于α
i，j
(s)，从选出最大值α
max
，然后[α
max
‑
α
i，j
(s
k
)]乘以常数log2e，得到一个新的数A＝u+v，v为小数部分数值，u为整数部分数值，将1
‑
0.5v右移u位，得到的值；将得到的的值进行累加得到F，根据F最高位相应的2的幂次，确定w的值，将F右移w位得到m的值，则根据ln(F)＝ln 2
·
(w+m
‑
1)完成对数运算；[α
max
‑
α
i，j
(s
k
)]的值与ln(F)求和，再乘以常数log2e得到一个新的数值A
′
＝u
′
+v
′
，v
′
为小数部分数值，u
′
为整数部分数值，将1
‑
0.5v
′
右移u
′
位，即可得到相对应的先验概率值；其中，α
i，j
(s)表示第i个符号节点到第j个观察节点的先验信息的LLR值；s是发送符号值的集合；系统调制阶数为log2Q；F表示所有的值累加得到的数值；w表示F最高位相应的2的幂次的数值；m表示将F右移w位得到的数值。2.根据权利要求1所述的MIMO检测方法，其特征在于，所述观察节点根据符号节点的先验概率计算各个接收符号的后验概率的LLR值，并将其传回给各个符号节点，具体包括：计算观察节点j所收信息的均值和方差和方差计算其他符号节点和信道带来的噪声干扰的均值μ
j，i
＝μ
j
‑
h
j，i
s
T
p
i，j
，1≤i≤2M，1≤j≤2N和方差计算观察节点的后验概率的LLR值，式中，M为发送天线数；N为接收天线数；h
j，i
为信道矩阵H的内部元素；i表示第i个符号
节点；j表示第j个观察节点；s是发送符号值的集合；系统调制阶数为log2Q；(*)
T
表示对该矩阵做转置；p
i，j
为第l次迭代中符号节点i到观察节点j传递的先验概率；σ2为信道噪声；r
j
为天线接收的信号Y＝HX+σ2的内部元素。3.根据权利要求1所述的MIMO检测方法，其特征在于，计算过程中的指数运算采用以下方法：对于输入的值x
i
，乘以一个常数log2e，得到x
i
log2e，将其整数部分和小数部分分离，并将小数部分右移一位，1减去右移一位后的小数值再右移整数位即得到对应的指数运算的值。4.根据权利要求1所述的MIMO检测方法，其特征在于，计算过程中的对数运算采用以下方法：对于输入的值x
i
，找到其转换成二进制表示的整数最高位1的位置w，将x
i
右移w位得到m，再与w
‑
1相加，最后乘以常数ln 2完成对数运算。5.一种基于置信度传播的MIMO检测装置，其特征在于，包括：获取单元，用于获取MIMO的系统参数；所述系统参数包括发送天线数，接收天线数，系统的调制阶数，接收天线所接收到的发射天线经过信道传输和噪声干扰的接收信号、对...

【专利技术属性】
技术研发人员：张川，王慧玲，邓香云，张艺，杨敏华，黄永明，尤肖虎，
申请(专利权)人：网络通信与安全紫金山实验室，
类型：发明
国别省市：