Massive MIMO信号检测算法及matlab仿真

出发，分析上面所提两种类 图 1 Massive MIMO 系统的下行链路
48 | 电子制作 2018 年 12 月
信息工程
AMRC = G
(1)
2.2.2 ZF 算法
ZF 检测算法与 MRC 检测算法不同的是，其原理是通过
最小二乘估计的方法，实现接收信号的检测、区分及识别等
目的。
在这里可以认为 ZF 检测算法可以归结为求其最小二乘
x
=

x1
,
x2 ,,
xNTx
T
和
y
=

y1,
y2 ,,
yNRx
T
, 其中 矢 量 符 号
xi 和 yi 分别表示系统的发射天线的矢量信号和系统的接收
天线的矢量信号，矢量符号 Z 在这里表示离散独立同分布
的均值为 0 的 AWGN 噪声矢量。图 1 展示出了 NRx × NTx 的 Massive MIMO 系统的下行链路模型。
估计大小的问题，尽可能地使得 f ( x) =
y − Gx 2 在约束条 F
件下的值达到最小。
f (x) =
y − Gx 2 F
=( y − Gx)H ( y − Gx)

(2)
=yH y − yHGx − xHG + xHGHGx
要使得 f ( x) 最小，需要满足的 x 为 :
( ) d
f (x)
Massive MIMO 技术包含很多内容，其中信号检测算法 ■■2.2 线性预编码算法
是 Massive MIMO 的重要组成部分。信号检测算法主要是用
线性信号检测算法的主要特点是通过对接收天线处的
于接收信号。其目的是将发送信息更好地发送到信宿，提高 信号进行线性加权处理 ，通过设置检测准则来区分不同的
信息工程
Massive MIMO 信号检测算法及 matlab 仿真
张芮铭 （西北工业大学附属中学，陕西西安，710068）
摘要：随着移动通信系统的不断发展，越来越多的新技术如雨后春笋般出现，为现代社会生活提供许多便利。在5G移动通信系统即将推广 的当下，Massive MIMO技术已经成为其基础技术，在今后的应用中必将占有一席之地。本文将介绍Massive MIMO技术中常用的信号检测 算法，并对于上述提到的信号检测算法进行详细的理论分析和相应的实验仿真，并通过设置不同的参数对比各种信号检测算法的性能，进 而为评估相关算法的性能提供一定的指导价值。 关键词：Massive MIMO；预编码；检测算法；matlab仿真
信号的可靠性。考虑到信号在 MIMO 信道中是多路并行传输， 发送信号，同时检测或增强接收信号实现区分发送用户。
在接收端接收到的信号多为多个信号在该处天线的重叠，这
在这里我们主要介绍着三种经典的线性算法：最大比合
就造成了接收机接收的信号不能避免多径效应造成影响。因 并（MRC）、迫零（ZF）和最小均方误差（MMSE）检测算法，
此信号检测对于 Massive MIMO 系统是非常重要的。
这些算法我们在下文进行详细地讲解和介绍。
在国内外的研究人员着重于提高信号检测的准确性和 复杂性。考虑到 Massive MIMO 通信系统的天线数目巨大， 这造成了信号的检测运算复杂度和运算量大大增加。介于当 前的研究成果，主流的信号检测算法分为线性信号检测算法 和非线性检测算法。线性信号检测算法结构相对简单，运算
( ) AZF
=G
GHG
−1

(3)
这样，我们在接收端获得了最终的接收信号，其具体表
达式如右式表示： r = AH y = G+ (Gx + n) = x + G+n 。
ZF 检测算法的实际结果是实现接收信号之间干扰消除， 但是存在着噪声被放大的问题，这使得该算法虽然具备较低 的复杂度，但是由于其算法特点导致其性能一般。 2.2.3 MMSE 算法
0 引言
从古代的烽火狼烟、旗帜手语等原始通信手段发展到现
型的信号检测算法，来进行性能上的比较和分析。再通过软 件仿真的方式进行验证，来了解不同的算法的性能差异。
在的卫星通信、光纤通信及移动通信等先进同时方式，这些 通信方式同时方式极大地改变着人们的生活方式和生产工 作。随着通信技术快速发展和不断变革，现在的主流移动通 信系统已经跨越了 1G、2G、3G 及 4G 通信系统，即将进入 5G 通信系统时代。在 5G 通信系统高速率、高可靠性及高 用户体验等要求下，许多新技术应用到其中，极大地保证了 5G 通信系统的三大应用场景的需要。在这些先进技术中颇 为令人瞩目的 Massive MIMO 技术凭借其可以提供 超大容 量和超高速率的优点引起了广大研究人员和相关机构的关 注和投入。研究 Massive MIMO 技术现已经成为当前炙手 火热的研究领域。
dx
= −2GH y + 2GHGx = 0
( ) 由此可得 xZF = GHG −1 GH y
相当于 xZF = G+ y ，这样的操作 就可以认为对信道矩阵 进行了逆运算，使得其方便运算。
经过逆运算处理后的信号进行检测，获得最终的信号
为： r = AH y , 所以在这里得到了其检测矩阵如下式表示：
MMSE 检测算法是通过将信号检测矩阵进行自相关运 算，通过与原始信号进行协方差运算，这样获得其差值。通 过对检测信号的改变使得其协方差值尽可能地达到最小，其
概念如右式表示：
f
( A) =
E

x−
x
2 F
=Hale Waihona Puke E AH y −
x
2 F
的其
值达到最小。 在这里我们假设发射信号为独立同分布且满足期望为 0
2.2.1 MRC 算法 MRC 检测算法是通过利用 MIMO 信道的对称性特点，
在对于接收信号进行相应的处理以实现原有信号的还原，其 算法结构相对简单，实现起来比较容易。
在这里我们将其检测矩阵如下式表示出来：
量少，但其性能稍差；非线
性检测算法相复杂，计算量
大，但其性能相较于线性信
号检测算法要好。
本文从理论分析的角度
1 研究背景与现状
2 算法介绍
信号检测算法主要分为线性信号检测算法和非线性检
测算法。下面为介绍相关算法。
■■2.1 系统模型
图 1 示出了 Massive MIMO 系统的下行链路通信。在
这 里 我 们 假 设 H 表 示 Massive MIMO 系 统 的 信 道 矩 阵 增
益。将空间复用的发射信号和相对应的接收信号分别表示为