【摘要】：隨著5G時(shí)代的到來,Massive MIMO技術(shù)被看做是新的關(guān)鍵技術(shù)之一,而在天線數(shù)巨大的Massive MIMO系統(tǒng)中,接收端檢測(cè)算法的復(fù)雜度是該技術(shù)實(shí)現(xiàn)的主要瓶頸,因此找到一種優(yōu)秀的檢測(cè)算法對(duì)提升Massive MIMO系統(tǒng)性能有重大意義。與此同時(shí),5G的各項(xiàng)技術(shù)在硬件上的可實(shí)現(xiàn)性也是需要著重考慮的部分。綜上所述,本文將重點(diǎn)對(duì)無線通信領(lǐng)域中的Massive MIMO檢測(cè)算法進(jìn)行研究,針對(duì)硬判決MIMO系統(tǒng)和軟輸出MIMO系統(tǒng),分別選擇一個(gè)經(jīng)典的檢測(cè)算法優(yōu)化研究并完成其硬件電路設(shè)計(jì)。本文主要工作如下:1、MMSE檢測(cè)算法研究及其硬件電路設(shè)計(jì)最小均方誤差(Minimum Mean Square Error,MMSE)檢測(cè)算法作為MIMO系統(tǒng)中最經(jīng)典的檢測(cè)算法受到廣泛關(guān)注,但已有架構(gòu)應(yīng)用于Massive MIMO系統(tǒng)時(shí)存在硬件復(fù)雜度高、延遲大等缺陷。本文對(duì)傳統(tǒng)的MMSE線性檢測(cè)算法進(jìn)行研究并完成該算法的硬件電路優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先采用公式變換的方式將傳統(tǒng)MMSE檢測(cè)算法的硬件復(fù)雜度從復(fù)矩陣求逆變?yōu)閺?fù)矩陣QR分解,并且用MGS-QR方法完成該部分的硬件設(shè)計(jì),采用牛頓迭代法計(jì)算元素的開根號(hào)求倒。整個(gè)架構(gòu)采用流水線設(shè)計(jì),節(jié)約計(jì)算周期,降低計(jì)算延遲。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,與優(yōu)化前相比,MMSE檢測(cè)算法的計(jì)算周期減少了51.54%,檢測(cè)延遲減少了52.07%。2、MCMC檢測(cè)算法研究及其硬件電路設(shè)計(jì)在軟輸出Massive MIMO系統(tǒng)里,復(fù)雜度僅與迭代次數(shù)成線性關(guān)系,檢測(cè)性能接近最優(yōu)的馬爾科夫鏈蒙特卡洛(Markov Chain Monte Carlo,MCMC)算法被認(rèn)為是最有潛力的檢測(cè)算法之一。本文對(duì)新型的MCMC檢測(cè)算法優(yōu)化改進(jìn),并完成其硬件電路設(shè)計(jì)。首先根據(jù)符號(hào)映射前后的數(shù)據(jù)特點(diǎn),在公式層面對(duì)MCMC算法進(jìn)行優(yōu)化;在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了該算法的硬件電路。結(jié)果表明,與優(yōu)化前相比,本文設(shè)計(jì)的電路能以增加有限的面積為代價(jià)大大提高了檢測(cè)吞吐率,最大能使面積利用率提高74.29%。本文設(shè)計(jì)的電路面積利用率隨系統(tǒng)調(diào)制階數(shù)的增加而增加,適用于未來高階調(diào)制的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)。
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第三章 MMSE 檢測(cè)算法研究及其硬件設(shè)計(jì)位寬截取地址生成ROMUXM乘法器D乘法器D-乘法>>1 D器D3Dnorm_square求初始值階段1 階段2 階段3 階段4Norm_square_rooty0yn圖 3.9 平方根倒數(shù)模塊電路圖Fig 3.9 The circuit diagram of square root countdown module

圖 3.11 平方根倒數(shù)方法硬件資源消耗對(duì)比Fig 3.11 Hardware resource consumption comparison of square root countdown method由圖 3.11 和圖 3.12 可知，與傳統(tǒng)方法相比，采用牛頓迭代法硬件實(shí)現(xiàn)平倒數(shù)的計(jì)算時(shí)，硬件資源消耗對(duì)比結(jié)果：Registers 的使用量減少了 85.93T 減少了 42.67%，，DSP48E1 減少了 88.89% 系統(tǒng)性能比較結(jié)果：工作頻率了 36.90%的同時(shí)，減小了 63.15%的計(jì)算周期，使得系統(tǒng)計(jì)算延遲降低.66%
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN929.5

【參考文獻(xiàn)】

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1 本刊訊;;IMT-2020(5G)推進(jìn)組發(fā)布5G技術(shù)白皮書[J];中國(guó)無線電;2015年05期

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1 皮秀敏;Massive MIMO中基于BP的檢測(cè)算法研究[D];電子科技大學(xué);2015年

2 馬劍剛;LTE系統(tǒng)下行鏈路檢測(cè)算法研究與實(shí)現(xiàn)[D];東南大學(xué);2015年

3 周將運(yùn);Massive MIMO系統(tǒng)的檢測(cè)算法研究[D];電子科技大學(xué);2015年

本文編號(hào)：2602832