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Dynamic k-best Sphere Decoding Algorithms for MIMO Detection

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Communications and Network 2013年第3期5卷 103-107页

作者： Chengzhe Piao Yang Liu kaihua Jiang Xinyu Mao School of electronic engineering and computer science Peking University Beijing China

Multiple Input Multiple Output (MIMO) technology is of great significance in high data rate wireless communication. The k-best Sphere Decoding (k-best SD) algorithm was proposed as a powerful method for MIMO detection that can approach near-optimal performance. However, some extra computational complexity is contained in k-best SD. In this paper, we propose an improved k-best SD to reduce the complexity of conventional k-best SD by assigning k for each level dynamically following some rules. Simulation proves that the performance degradation of the improved k-best SD is very little and the complexity is significantly reduced.

关键词： Multiple Input Multiple Output (MIMO) Detection k-best Sphere Decoding (k-best SD)

MIMO-OFDM系统低面积可配置k-best检测器设计与实现

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解放军理工大学学报（自然科学版） 2015年第6期16卷 513-517页

作者：胡成松薛莲卢炎生武汉工商学院信息工程学院湖北武汉430065 华中科技大学计算机科学与技术学院湖北武汉430074

为了解决k-best检测器资源开销大和多调制方式支持困难的问题,提出了一种适用于802.11n MIMO-OFDM系统的k-best检测器,其具有低面积和模式可配置的特点。通过分时共享树形搜索的处理单元策略、各层时分复用处理单元进行搜索处理,仅通过... 详细信息

为了解决k-best检测器资源开销大和多调制方式支持困难的问题,提出了一种适用于802.11n MIMO-OFDM系统的k-best检测器,其具有低面积和模式可配置的特点。通过分时共享树形搜索的处理单元策略、各层时分复用处理单元进行搜索处理,仅通过增加少量存储器单元实现单个树形搜索单元资源共享。在架构上进行优化设计,通过模式配置实现多调制模式可配置化。在802.11n2×2 MIMO-OFDM系统平台中,测试结果验证了该检测器在BPSk,QPSk,16QAM及64QAM下的功能和性能,采用各层时分复用的树形搜索单元资源开销仅是串行树形搜索的48%,在80 MHz工作频率下,56个子载波树形搜索延时为176个时钟周期,即2.2μs。

关键词： 802.11n 多输入多输出—正交频分复用 k-best 低面积

高阶MIMO下基于格基规约的k-best检测改进算法

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火力与指挥控制 2015年第11期40卷 20-24页

作者：杨大江宋常建钟子发电子工程学院安徽省电子制约技术重点实验室合肥230037

通过对k-best检测算法的分析,在研究了格基规约(Lattice Reduction,LR)原理的基础上,结合对基于LR的MMSE-SIC检测算法的比较,验证了对信道矩阵进行LR预处理后,信号检测性能能得到近6-d B的提升,由此,在8*8多天线系统下,提出了一种基于LR... 详细信息

通过对k-best检测算法的分析,在研究了格基规约(Lattice Reduction,LR)原理的基础上,结合对基于LR的MMSE-SIC检测算法的比较,验证了对信道矩阵进行LR预处理后,信号检测性能能得到近6-d B的提升,由此,在8*8多天线系统下,提出了一种基于LR的SR-k-best检测算法,经过仿真比较发现,该算法检测复杂度更低,而降低的检测性能可以忽略不计,是一种近最优的低复杂度高阶MIMO检测算法。

关键词：高阶MIMO 格基规约 k-best 信号检测

MIMO-OFDM系统自适应排序k-best检测器研究

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重庆邮电大学学报（自然科学版） 2011年第2期23卷 135-139页

作者：朱勇旭吴斌周玉梅石殊中国科学院微电子研究所北京100029

针对IEEE 802.11n MIMO-OFDM系统提出一种基于相干带宽估计的自适应排序k-best检测器(adaptivesorted k-best detector,ASk-best)。通过皮尔逊相关系数(Pearson correlation coefficient)对相干带宽进行估计,据此将频带有效子载波划分为多个子带,对子带内子载波实施相同排序k-best检测。该改进可逼近基于每个子载波排序的全排序k-best检测性能,同时能根据信道相干带宽估计量自适应调整子载波排序次数。20 MHz带宽(56个有效子载波)和4×4天线配置条件下,相比全排序k-best 56次排序,在TGn单径平坦衰落信道A下,ASk-best自适应调整排序次数为1,14径多经衰落信道C下,ASk-best不超过8次排序就可达到全排序k-best性能。

关键词： IEEE802.11n MIMO-OFDM k-best 自适应排序

高性能软输出k-best MIMO检测器的设计与实现

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高性能软输出K-Best MIMO检测器的设计与实现

作者：鞠春晖上海交通大学

学位级别：硕士

MIMO技术可以在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率,是下一代无线通信系统达到Gbps传输速率的核心技术。接收端信号检测的BER性能和运算复杂度是MIMO技术走向实用化的关键,然而MIMO系统最优检测器的复杂度却随天... 详细信息

MIMO技术可以在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率,是下一代无线通信系统达到Gbps传输速率的核心技术。接收端信号检测的BER性能和运算复杂度是MIMO技术走向实用化的关键,然而MIMO系统最优检测器的复杂度却随天线数目和调制级数呈指数增加,因此设计高检测性能、低复杂度的MIMO检测器是目前急需解决的问题。本文综合考虑性能、速率和面积等因素,基于k-best检测算法,设计并实现了一种支持4?4天线、64-QAM调制的MIMO系统软输出检测器。在提高检测性能方面,引入了MMSE-SQRD预处理算法,并进一步利用丢弃路径计算和更新软信息;在降低复杂度方面,采用候选路径按需展开的方法,设计了一种高效紧凑的深度流水线结构,使传统k-best算法的扩展有效率由12.5%提高到50%;此外,根据k-best检测算法的特性,论文针对检测底层还提出了舍弃丢弃路径和在叶子层进行ZF扩展两种简化处理方法,在不损失性能的情况下进一步减小检测器的面积、功耗和延时。仿真结果表明,在采用相同预处理方式且k=8时,本设计比传统软输出k-best检测器在BER=10-3处检测性能提高了2.3dB。通过SMIC 0.13?m工艺库进行门级综合,检测器最大吞吐率可达855Mbps,所占门数为223k,检测每比特信号所需能量仅301pJ。在与其他类似设计比较中,该检测器在吞吐率和检测性能上具有较为显著的优势,且检测延时最小,仅120个时钟周期,为下一代高性能Gbps MIMO检测器的设计奠定了理论与实践基础。

关键词： MIMO检测软输出 k-best VLSI

MIMO系统一种低复杂度的k-best检测算法

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广东通信技术 2014年第3期34卷 53-57页

作者：胡年坤彭大芹重庆邮电大学

文章提出了一种在2×2的MIMO空分复用系统中,采用64-QAM调制方式下的一种低复杂度的k-best信号检测算法,改进点是通过分离实部和虚部来降低其计算复杂度,并发现复数乘法在不影响系统性能的情况下减少为2个实数乘法。与传统的k-best算法... 详细信息

文章提出了一种在2×2的MIMO空分复用系统中,采用64-QAM调制方式下的一种低复杂度的k-best信号检测算法,改进点是通过分离实部和虚部来降低其计算复杂度,并发现复数乘法在不影响系统性能的情况下减少为2个实数乘法。与传统的k-best算法相比,该算法减少了部分欧氏距离(PED)的计算复杂度,使加法和乘法的计算量大大降低,从而大大降低k-best算法的计算复杂度,使其能更好的应用于现代通信系统中。

关键词： MIMO译码器信号检测 k-best 低复杂度

4×4天线分组排序k-bestMIMO检测器设计

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移动通信 2014年第6期38卷 73-76页

作者：李明浩广州杰赛科技股份有限公司通信规划设计院北京100038

目前k-best MIMO检测器采用的排序选择运算占用了大量硬件资源,使得硬件设计复杂度极高。为了在保证良好的算法性能的同时还能够降低硬件设计复杂度,采用分组排序方式对排序选择运算进行了优化,并在现场可编程门阵列平台上对4×4天线、1... 详细信息

目前k-best MIMO检测器采用的排序选择运算占用了大量硬件资源,使得硬件设计复杂度极高。为了在保证良好的算法性能的同时还能够降低硬件设计复杂度,采用分组排序方式对排序选择运算进行了优化,并在现场可编程门阵列平台上对4×4天线、16QAM调制方式的分组排序k-best MIMO检测器进行了仿真分析。

关键词： k-best MIMO检测器分组排序 FPGA

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重排序k-best球形译码算法

电子元器件应用 2010年第10期12卷 85-86,89页

作者：马金钢中国人民解放军理工大学气象学院江苏南京211101

为了提高无线通信系统的频谱利用率,降低最大似然接收机的复杂度。文中在基于球形译码的MIMO接收机并在保证接近最大似然接收机性能的前提下,给出了在k-best球形译码算法的基础上对k-best球形译码算法进行重排序的实现方法。

关键词： MIMO接收机重排序球形译码算法 k-best

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室内高速大容量MIMO信号检测算法研究

室内高速大容量MIMO信号检测算法研究

作者：何婧文西安电子科技大学

学位级别：硕士

近年来,以全息影像、智能交互为代表的新一代应用对通信系统的吞吐率与可靠性提出了更高的要求。多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)作为提升传输速率的重要手段被广泛应用,但同时增加了接收端信号检测的难度,针对该问... 详细信息

近年来,以全息影像、智能交互为代表的新一代应用对通信系统的吞吐率与可靠性提出了更高的要求。多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)作为提升传输速率的重要手段被广泛应用,但同时增加了接收端信号检测的难度,针对该问题,本文提出了面向室内高吞吐率、高可靠性、可并行化的MIMO信号检测算法。第一,研究适用于高数量天线MIMO的k-best算法。针对信道矩阵排序QR分解复杂度高的问题,提出宽松排序并行QR分解算法。以一范数为排序依据,一次排序可对k个列并行分解;并利用坐标旋转数字计算机(Coordinate Rotation Digital Computer,CORDIC)消零,结合矩阵分组、CORDIC缩放策略提升并行性。仿真表明k等于4时,可折衷QR分解的准确度与复杂度。基于此,针对实数域星座点搜索层数翻倍的问题,提出动态并行的k-best算法。每层以SE(Schnorr&Euchner)最优解为中心,按部分欧氏距离大小对节点顺序展开,并根据部分解与最大似然解的重合概率设定阈值,动态调整保留节点数目,同时消除相邻层的相关性,组合两层并行展开的节点,计算阈值筛选出幸存路径。仿真表明在16×16,256正交振幅调制(Quadrature Amplitude Modulation,QAM)下,误码率为10时所提算法与最大似然检测性能仅相差0.15d B,所需加法器与乘法器的个数分别为18944和19008,在可接受的复杂度范围之内。由此,本文所提算法适用于高数量天线的MIMO系统。第二,基于以上算法的思想,研究适用于高阶QAM的MIMO的球形译码算法。针对初始球限运算复杂、经验设定的问题,提出球心与可变半径优化算法。利用QR分解结果对信道矩阵按列求逆,并将加权噪声因子添加至信道扩展矩阵中,缩小可选点范围。仿真表明按列求逆可在简化复杂度的同时得到准确结果,且当加权系数设定为0.4时搜索性能仅损耗0.01d B。基于此,针对实数域搜索深度翻倍的问题,提出双层迭代的球形译码算法。每两层以欧氏距离最小原则确定回溯方向,并逐步选择节点进入后续搜索中;层间并行上应用几何思想,在实数域一次确定两层解的范围,并将半径更新次数减少为传统算法的一半,提升了搜索效率。仿真表明在8×8,1024-QAM模式下,误码率为10时所提算法与最大似然检测性能仅相差0.09d B,所需加法器与乘法器的个数分别为12459和12140,在可接受的复杂度范围之内。因此,本文所提算法可以很好地支持高阶QAM的MIMO系统的信号检测工作。之后,针对以上两种算法进行架构设计,为算法的实现提供了参考。最后,对本文的成果进行了总结,说明了本文所提算法的合理性与先进性,并对未来的研究方向进行了展望。

关键词： MIMO 信号检测 k-best 球形译码