一种大规模MIMO检测方法、装置、设备和存储介质转让专利
申请号 : CN202110932506.6
文献号 : CN113630160B
文献日 : 2022-09-06
发明人 : 张川 , 王辉征 , 杨敏华 , 黄永明 , 尤肖虎
申请人 : 网络通信与安全紫金山实验室
摘要 :
本发明公开了一种大规模MIMO检测方法、装置、设备和存储介质，根据接收信号、MIMO信道矩阵和噪声方差计算EPA算法中需要进行矩阵求逆的初始化参数矩阵；将所述初始化参数矩阵分解为块对角矩阵和非块对角矩阵，根据所述块对角矩阵和非块对角矩阵基于Neumann迭代方法得到发送信号的近似后验联合概率分布的均值向量；根据所述发送信号的近似后验联合概率分布的均值向量计算近似后验联合概率分布的腔分布的初始均值，根据腔分布的初始均值计算替代分布的均值，根据替代分布的均值更新腔分布的均值，迭代计算替代分布的均值，将达到最大迭代次数的替代分布的均值作为发送信号的检测值。在相关性信道下本发明能够极大降低MIMO检测的复杂度。
权利要求 :
1.一种大规模MIMO检测方法，其特征在于，包括：
获取接收信号、MIMO信道矩阵和噪声方差；
根据接收信号、MIMO信道矩阵和噪声方差计算EPA算法中需要进行矩阵求逆的初始化参数矩阵，将所述初始化参数矩阵分解为块对角矩阵和非块对角矩阵；根据所述块对角矩阵和非块对角矩阵，基于Neumann迭代方法得到完成Neumann迭代后的发送信号的近似后验联合概率分布的均值向量；
根据完成Neumann迭代后的发送信号的近似后验联合概率分布的均值向量计算近似后验联合概率分布的腔分布的初始均值，根据腔分布的初始均值计算替代分布的均值，根据替代分布的均值更新腔分布的均值，迭代计算替代分布的均值，将达到最大迭代次数的替代分布的均值作为发送信号的检测值；
其中，根据完成Neumann迭代后的发送信号的近似后验联合概率分布的均值向量和块对角矩阵计算近似后验联合概率分布的腔分布的初始均值。
2.根据权利要求1所述的一种大规模MIMO检测方法，其特征在于：发送信号的近似后验联合概率分布的均值向量μ在第k次Neumann迭代中的值为：(k) (k‑1) ‑1
μ ＝Ψμ +D b,k＝2,3,…
‑1
其中，Ψ＝‑D E； D为块对角矩阵，E为非块对角矩阵， 为噪声方差，H为MIMO信道矩阵，y为接收信号，γ为第一设定参数。
3.根据权利要求1所述的一种大规模MIMO检测方法，其特征在于：将所述初始化参数矩阵分解为块对角矩阵和非块对角矩阵，包括：沿着所述初始化参数矩阵的主对角线方向，依次提取出若干个分块子矩阵，分块子矩阵依次沿着主对角线组成的、其余元素为0的矩阵为块对角矩阵，所述初始化参数矩阵减去块对角矩阵得到非块对角矩阵。
4.根据权利要求3所述的一种大规模MIMO检测方法，其特征在于：所述分块子矩阵具有m个，大小均为mUE×mUE，其中，m为发送端的用户数量，mUE为每个用户配备的天线数量。
5.根据权利要求1所述的一种大规模MIMO检测方法，其特征在于：根据完成Neumann迭代后的发送信号的近似后验联合概率分布的均值向量计算近似后验联合概率分布的腔分布的初始均值，根据腔分布的初始均值计算替代分布的均值，根据替代分布的均值更新腔分布的均值，迭代计算替代分布的均值，将达到最大迭代次数的替代分布的均值作为发送信号的检测值，包括：根据完成Neumann迭代后的发送信号的近似后验联合概率分布的均值向量和块对角矩阵计算近似后验联合概率分布的腔分布的初始均值；
根据腔分布的初始均值和星座图中的符号集合计算当前迭代中的替代分布的均值；
根据噪声方差、MIMO信道矩阵、接收信号、当前迭代中的替代分布的均值、能量归一化因子和设定的加权系数更新用于下一次迭代的腔分布的均值；
若达到最大迭代次数，则将最后一次迭代得到的替代分布的均值作为发送信号的检测值。
6.根据权利要求5所述的一种大规模MIMO检测方法，其特征在于：所述近似后验联合概率分布的腔分布的初始均值为：
为完成Neumann迭代后的发送信号的近似后验联合概率分布的均值向量，LNSA为‑1Neumann迭代总次数；Σd＝diag(D )；Λ为第二设定参数；D为块对角矩阵；
所述替代分布的均值为：
(l)
其中， 表示第l次迭代时替代分布的均值向量η 中第i个维度的元素， 表示第l次(l)迭代时腔分布的均值t 中第i个维度的元素，Θ表示星座图的符号集合，Θa表示星座图中的第a个符号，Na表示星座图中的符号数量，argmin表示使 取最小值时的Θa值，第l次迭代时替代分布的均值向量 M为发送端的天线数量；
(l+1) (l+1) (l)
所述下一次迭代的腔分布的均值为：t ＝β·t' +(1‑β)·t ；
(l+1) (l) (l) (l) (l) (l)
其中：t' ＝m ./V+δ ，m ＝b‑Aδ ， δ ＝Enorm(l)
×η ；V＝diag(A)， 为噪声方差，H为MIMO信道矩阵，y为接收信号，γ为第一设定参数；β为加权系数；Enorm为能量归一化因子。
7.一种大规模MIMO检测装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取接收信号、MIMO信道矩阵和噪声方差；
Neumann迭代模块，用于根据接收信号、MIMO信道矩阵和噪声方差计算EPA算法中需要进行矩阵求逆的初始化参数矩阵，将所述初始化参数矩阵分解为块对角矩阵和非块对角矩阵；根据所述块对角矩阵和非块对角矩阵，基于Neumann迭代方法得到完成Neumann迭代后的发送信号的近似后验联合概率分布的均值向量；
检测值迭代计算模块，用于根据完成Neumann迭代后的发送信号的近似后验联合概率分布的均值向量计算近似后验联合概率分布的腔分布的初始均值，根据腔分布的初始均值计算替代分布的均值，根据替代分布的均值更新腔分布的均值，迭代计算替代分布的均值，将达到最大迭代次数的替代分布的均值作为发送信号的检测值；
其中，根据完成Neumann迭代后的发送信号的近似后验联合概率分布的均值向量和块对角矩阵计算近似后验联合概率分布的腔分布的初始均值。
8.根据权利要求7所述的一种大规模MIMO检测装置，其特征在于：发送信号的近似后验联合概率分布的均值向量μ在第k次Neumann迭代中的值为：(k) (k‑1) ‑1
μ ＝Ψμ +D b,k＝2,3,…
‑1
其中，Ψ＝‑D E； D为块对角矩阵，E为非块对角矩阵， 为噪声方差，H为MIMO信道矩阵，y为接收信号，γ为第一设定参数。
9.根据权利要求7所述的一种大规模MIMO检测装置，其特征在于：将所述初始化参数矩阵分解为块对角矩阵和非块对角矩阵，沿着所述初始化参数矩阵的主对角线方向，依次提取出若干个分块子矩阵，分块子矩阵依次沿着主对角线组成的、其余元素为0的矩阵为块对角矩阵，所述初始化参数矩阵减去块对角矩阵得到非块对角矩阵。
10.根据权利要求9所述的一种大规模MIMO检测装置，其特征在于：所述分块子矩阵具有m个，大小均为mUE×mUE，其中，m为发送端的用户数量，mUE为每个用户配备的天线数量。
11.根据权利要求7所述的一种大规模MIMO检测装置，其特征在于：所述根据完成Neumann迭代后的发送信号的近似后验联合概率分布的均值向量计算近似后验联合概率分布的腔分布的初始均值，根据腔分布的初始均值计算替代分布的均值，根据替代分布的均值更新腔分布的均值，迭代计算替代分布的均值，将达到最大迭代次数的替代分布的均值作为发送信号的检测值，包括：根据完成Neumann迭代后的发送信号的近似后验联合概率分布的均值向量、块对角矩阵计算近似后验联合概率分布的腔分布的初始均值；
根据腔分布的初始均值和星座图中的符号集合计算当前迭代中的替代分布的均值；
根据噪声方差、MIMO信道矩阵、接收信号、当前迭代中的替代分布的均值、能量归一化因子和设定的加权系数更新用于下一次迭代的腔分布的均值；
若达到最大迭代次数，则将最后一次迭代得到的替代分布的均值作为发送信号的检测值。
12.根据权利要求11所述的一种大规模MIMO检测装置，其特征在于：包括：所述近似后验联合概率分布的腔分布的初始均值为：
为完成Neumann迭代后的所述发送信号的近似后验联合概率分布的均值向量，LNSA‑1为Neumann迭代次数；Σd＝diag(D )；Λ为第二设定参数；D为块对角矩阵；
所述替代分布的均值为：
(l)
其中， 表示第l次迭代时替代分布的均值向量η 中第i个维度的元素， 表示第l次(l)迭代时腔分布的均值t 中第i个维度的元素，Θ表示星座图的符号集合，Θa表示星座图中的第a个符号，Na表示星座图中的符号数量，argmin表示使 取最小值时的Θa值，第l次迭代时替代分布的均值向量 M为发送端的天线数量；
(l+1) (l+1) (l)
所述下一次迭代的腔分布的均值为：t ＝β·t' +(1‑β)·t ；
(l+1) (l) (l) (l) (l) (l)
其中：t' ＝m ./V+δ ，m ＝b‑Aδ ， δ ＝Enorm(l)
×η ；V＝diag(A)， 为噪声方差，H为MIMO信道矩阵，y为接收信号，γ为第一设定参数；β为加权系数；Enorm为能量归一化因子。
13.一种大规模MIMO检测设备，包括处理器、存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1～6中任意一项所述大规模MIMO检测方法。
14.一种计算机可读存储介质，其特征在于，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行权利要求1～6中任意一项所述大规模MIMO检测方法。
说明书 :
一种大规模MIMO检测方法、装置、设备和存储介质
技术领域
[0001] 本发明属于移动通信技术领域，具体涉及一种大规模MIMO检测方法、装置、设备和存储介质。
背景技术
[0002] 随着移动通信技术与多媒体业务的快速发展，移动用户对无线通信的速率与稳定性等要求提出了更高的要求。为此，无线通信网络的频谱效率、数据传输速率急需得到进一步提高。作为第五代移动通信系统的关键技术之一，大规模多入多出(MIMO，multiple‑input multiple‑output)技术通过增加收发两端天线的数量(通常达到数十根甚至上百根)，极大地提高了无线信道的空间自由度，使得空间信道在有限的时频资源内承载更多的信息成为可能。因此，相比于传统的小规模多入多出系统，大规模MIMO系统具有更高的数据传输速率、能量效率与频谱效率。
[0003] 尽管在大规模MIMO系统中，随着天线数的增多，系统所能提供的分集增益和复用增益越大，从而能够给系统提供更大的系统容量和更强的链路可靠性，但庞大的天线规模也会给基带信号处理带来不小的挑战，其中如何实现高效的信号检测就是一个关键问题。理论上，最佳的检测方法是最大似然检测(ML，maximum likelihood)算法，然而其计算复杂度随着系统发射端天线的数量和调制阶数呈指数增长，对于动辄装备几十根甚至上百根天线的大规模MIMO系统来说，该计算复杂度是不可接受的，也是硬件难以实现的。球形译码算法(SD，sphere decoding)和K‑best算法是ML算法的两种变化形式，二者均可以通过调节每一层搜索的节点数量来控制计算的复杂度，从而实现性能与复杂度的有效平衡，但这两种算法都需要进行矩阵的正交三角(QR decomposition)分解，这将会导致极大的计算复杂度。为此，常用的线性检测算法被提出，包括最小均方误差算法(MMSE，minimum mean square error)和迫零算法(ZF，zero forcing)，然而这两种线性检测算法性能在一些具有相关性的信道下性能往往不尽如人意，并且由于二者均包含一个大型矩阵的求逆计算，计算复杂度也较高。
[0004] 期望传播(EP，expectation propagation)是一种高效的贝叶斯近似推理算法，其能够通过矩匹配的方式，用迭代的方式近似求解概率分布的矩特征，从而实现对概率分布的近似。当其应用到大规模MIMO系统的信号检测时，相比于传统的线性检测算法与非线性检测算法，其均能够在不同的天线配置比和调制阶数下表现出十分优异的检测性能。然而，目前EP检测算法的每次迭代中均需要计算一个显式的矩阵的逆，是EP检测算法的一个关键的痛点，因为这会带来巨大的计算复杂度。
[0005] 为降低EP检测算法每一次迭代中矩阵求逆的复杂度，基于纽曼级数迭代的EP检测算法(EP‑NSA，EP based on Neumann series approximation)、基于近似的EP检测算法(EPA,approximated EP)和基于加权纽曼级数迭代的近似EP检测算法(EP‑WNSA,EP based on weighted Neumann series approximation)均被提出。然而，以上算法均是在假设信道理想条件，即瑞利信道下得到；但在实际系统中，在大规模MIMO系统的发射端，每个用户端通常具有几根天线，并且由于用户端设备的距离较小和用户端天线之间的间隔比较小，因此用户端天线之间通常会具有相关性。而由于大规模MIMO系统下天线数量激增到前所未有的程度，天线间的空间相关性是影响大规模MIMO系统性能的一个关键因素，若要进行高效的信号检测必须对天线相关性给予合适的考虑。因此，如何在大规模MIMO系统的相关性信道下实现对信号是高效检测并降低算法复杂度，成为一个亟待解决的问题。
发明内容
[0006] 发明目的：针对大规模MIMO系统的多用户相关性信道下，现有的检测算法计算复杂度较高的问题，本发明公开了一种大规模MIMO检测方法、装置、设备和存储介质，根据大规模MIMO系统中多用户相关性信道的信道特性，在保证检测性能的前提下，有效地降低了检测算法的计算复杂度。
[0007] 技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：一种大规模MIMO检测方法，包括：
[0008] 获取接收信号、MIMO信道矩阵和噪声方差；
[0009] 根据接收信号、MIMO信道矩阵和噪声方差计算EPA算法中需要进行矩阵求逆的初始化参数矩阵，将所述初始化参数矩阵分解为块对角矩阵和非块对角矩阵；根据所述块对角矩阵和非块对角矩阵，基于Neumann迭代方法得到完成Neumann迭代后的发送信号的近似后验联合概率分布的均值向量；
[0010] 根据完成Neumann迭代后的发送信号的近似后验联合概率分布的均值向量计算近似后验联合概率分布的腔分布的初始均值，根据腔分布的初始均值计算替代分布的均值，根据替代分布的均值更新腔分布的均值，迭代计算替代分布的均值，将达到最大迭代次数的替代分布的均值作为发送信号的检测值。
[0011] 进一步的，发送信号的近似后验联合概率分布的均值向量μ在第k次Neumann迭代中的值为：
[0012] μ(k)＝Ψμ(k‑1)+D‑1b，k＝2，3，…‑1
[0013] 其中，Ψ＝‑D E； D为块对角矩阵，E为非块对角矩阵， 为噪声方差，H为MIMO信道矩阵，y为接收信号，γ为第一设定参数。
[0014] 进一步的，将所述初始化参数矩阵分解为块对角矩阵和非块对角矩阵，包括：
[0015] 沿着所述初始化参数矩阵的主对角线方向，依次提取出若干个分块子矩阵，分块子矩阵依次沿着主对角线组成的、其余元素为0的矩阵为块对角矩阵，所述初始化参数矩阵减去块对角矩阵得到非块对角矩阵。
[0016] 进一步的，所述分块子矩阵具有m个，大小均为mUE×mUE，其中，m为发送端的用户数量，mUE为每个用户配备的天线数量。
[0017] 进一步的，根据完成Neumann迭代后的发送信号的近似后验联合概率分布的均值向量计算近似后验联合概率分布的腔分布的初始均值，根据腔分布的初始均值计算替代分布的均值，根据替代分布的均值更新腔分布的均值，迭代计算替代分布的均值，将达到最大迭代次数的替代分布的均值作为发送信号的检测值，包括：
[0018] 根据完成Neumann迭代后的发送信号的近似后验联合概率分布的均值向量和块对角矩阵计算近似后验联合概率分布的腔分布的初始均值；
[0019] 根据腔分布的初始均值和星座图中的符号集合计算当前迭代中的替代分布的均值；
[0020] 根据噪声方差、MIMO信道矩阵、接收信号、当前迭代中的替代分布的均值、能量归一化因子和加权系数更新用于下一次迭代的腔分布的均值；
[0021] 若达到最大迭代次数，则将最后一次迭代得到的替代分布的均值作为发送信号的检测值。
[0022] 进一步的，所述近似后验联合概率分布的腔分布的初始均值为：
[0023]
[0024] 为完成Neumann迭代后的发送信号的近似后验联合概率分布的均值向量，LNSA‑1为Neumann迭代总次数；Σd＝diag(D )；Λ为第二设定参数；D为块对角矩阵；
[0025] 所述替代分布的均值为：
[0026]
[0027] 其中， 表示第l次迭代时替代分布的均值向量η(l)中第i个维度的元素， 表示(l)第l次迭代时腔分布的均值t 中第i个维度的元素，Θ表示星座图的符号集合，Θa表示星座图中的第a个符号，Na表示星座图中的符号数量，arg min表示使 取最小值时的Θa值，第l次迭代时替代分布的均值向量
[0028] 所述下一次迭代的腔分布的均值为：t(l+1)＝β·t'(l+1)+(1‑β)·t(l)；
[0029] 其中：t'(l+1)＝m(l)./V+δ(l)，m(l)＝b‑Aδ(l)， δ(l)＝(l)
Enorm×η ；V＝diag(A)， 为噪声方差，H为MIMO信道矩阵，y为接收信号，γ为第一设定参数；β为加权系数；Enorm为能量归一化因子。
Enorm×η ；V＝diag(A)， 为噪声方差，H为MIMO信道矩阵，y为接收信号，γ为第一设定参数；β为加权系数；Enorm为能量归一化因子。
[0030] 一种大规模MIMO检测装置，包括：
[0031] 获取模块，用于获取接收信号、MIMO信道矩阵和噪声方差；
[0032] Neumann迭代模块，用于根据接收信号、MIMO信道矩阵和噪声方差计算EPA算法中需要进行矩阵求逆的初始化参数矩阵，将所述初始化参数矩阵分解为块对角矩阵和非块对角矩阵；根据所述块对角矩阵和非块对角矩阵，基于Neumann迭代方法得到完成Neumann迭代后的发送信号的近似后验联合概率分布的均值向量；
[0033] 检测值迭代计算模块，用于根据完成Neumann迭代后的发送信号的近似后验联合概率分布的均值向量计算近似后验联合概率分布的腔分布的初始均值，根据腔分布的初始均值计算替代分布的均值，根据替代分布的均值更新腔分布的均值，迭代计算替代分布的均值，将达到最大迭代次数的替代分布的均值作为发送信号的检测值。
[0034] 进一步的，发送信号的近似后验联合概率分布的均值向量μ在第k次Neumann迭代中的值为：
[0035] μ(k)＝Ψμ(k‑1)+D‑1b，k＝2，3，…
[0036] 其中，Ψ＝‑D‑1E； D为块对角矩阵，E为非块对角矩阵， 为噪声方差，H为MIMO信道矩阵，y为接收信号，γ为第一设定参数。
[0037] 进一步的，将所述初始化参数矩阵分解为块对角矩阵和非块对角矩阵，沿着所述初始化参数矩阵的主对角线方向，依次提取出若干个分块子矩阵，分块子矩阵依次沿着主对角线组成的、其余元素为0的矩阵为块对角矩阵，所述初始化参数矩阵减去块对角矩阵得到非块对角矩阵。
[0038] 进一步的，所述分块子矩阵具有m个，大小均为mUE×mUE，其中，m为发送端的用户数量，mUE为每个用户配备的天线数量。
[0039] 进一步的，所述根据完成Neumann迭代后的发送信号的近似后验联合概率分布的均值向量计算近似后验联合概率分布的腔分布的初始均值，根据腔分布的初始均值计算替代分布的均值，根据替代分布的均值更新腔分布的均值，迭代计算替代分布的均值，将达到最大迭代次数的替代分布的均值作为发送信号的检测值，包括：
[0040] 根据完成Neumann迭代后的发送信号的近似后验联合概率分布的均值向量、块对角矩阵计算近似后验联合概率分布的腔分布的初始均值；
[0041] 根据腔分布的初始均值和星座图中的符号集合计算当前迭代中的替代分布的均值；
[0042] 根据噪声方差、MIMO信道矩阵、接收信号、当前迭代中的替代分布的均值、能量归一化因子和加权系数更新用于下一次迭代的腔分布的均值；
[0043] 若达到最大迭代次数，则将最后一次迭代得到的替代分布的均值作为发送信号的检测值。
[0044] 进一步的，所述近似后验联合概率分布的腔分布的初始均值为：
[0045]
[0046] 为完成Neumann迭代后的所述发送信号的近似后验联合概率分布的均值向‑1量，LNSA为Neumann迭代次数；Σd＝diag(D )；Λ为第二设定参数；D为块对角矩阵；
[0047] 所述替代分布的均值为：
[0048]
[0049] 其中， 表示第l次迭代时替代分布的均值向量η(l)中第i个维度的元素， 表示(l)第l次迭代时腔分布的均值t 中第i个维度的元素，Θ表示星座图的符号集合，Θa表示星座图中的第a个符号，Na表示星座图中的符号数量，argmin表示使 取最小值时的Θa值，第l次迭代时替代分布的均值向量
[0050] 所述下一次迭代的腔分布的均值为：t(l+1)＝βt'(l+1)+(1‑β)·t(l)；
[0051] 其中：t'(l+1)＝m(l)./V+δ(l)，m(l)＝b‑Aδ(l)， δ(l)＝(l)
Enorm×η ；V＝diag(A)， 为噪声方差，H为MIMO信道矩阵，y为接收信号，γ为第一设定参数；β为加权系数；Enorm为能量归一化因子。
Enorm×η ；V＝diag(A)， 为噪声方差，H为MIMO信道矩阵，y为接收信号，γ为第一设定参数；β为加权系数；Enorm为能量归一化因子。
[0052] 一种大规模MIMO检测设备，包括处理器、存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现前述的任意一项所述大规模MIMO检测方法。
[0053] 一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行前述的任意一项所述大规模MIMO检测方法。
[0054] 有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0055] 本发明的检测方法，基于EPA算法，通过将初始化参数矩阵分解为块对角矩阵和非块对角矩阵，根据块对角矩阵和非块对角矩阵对初始化参数矩阵进行近似求逆，能够大程度地保留信道信息；利用Neumann迭代方式，对均值向量进行Neumann迭代，只需对均值进行计算，而无需计算方差；根据完成Neumann迭代后的发送信号的近似后验联合概率分布的均值向量计算近似后验联合概率分布的腔分布的初始均值，根据腔分布的初始均值计算替代分布的均值，根据替代分布的均值更新腔分布的均值，迭代计算替代分布的均值，将达到最大迭代次数的替代分布的均值作为发送信号的检测值；
[0056] 通过本发明所述检测方法，能够在实现接近于EPA检测性能的前提下，极大地降低检测的计算复杂度，从而实现更好的检测效果；且信道的相关度越大，本发明所述检测方法的优势越明显。
附图说明
[0057] 图1为本发明实施例中的MIMO检测方法流程图；
[0058] 图2为本发明实施例中的大规模MIMO系统模型示意图；
[0059] 图3为EPA检测算法的流程示意图；
[0060] 图4为本发明实施例中的块对角化特征提取的示意图；
[0061] 图5为本发明实施例中的检测方法的流程示意图；
[0062] 图6为本发明实施例中的检测方法和其他检测方法在天线配置为N＝128、M＝16、mUE＝4，且发射端天线相关系数ζt＝0.2和接收端天线相关系数ξr＝0的情形下，误码率BER随信噪比SNR变化的曲线图，其中EP检测算法中LEP表示迭代次数，EPA检测算法中LEPA表示迭代次数；EP‑NSA检测算法中和本发明所述检测方法中，LNSA表示Neumann迭代的次数，LEP表示整体迭代的次数；
[0063] 图7为本发明实施例中的检测方法和其他检测方法在天线配置为N＝128、M＝32、、mUE＝4，且发射端天线相关系数ζt＝0.4和接收端天线相关系数ζr＝0.2的情形下，BER随SNR变化曲线图；
[0064] 图8为本发明实施例中的检测方法和其他检测方法在天线配置为N＝128、M＝32、、mUE＝4，且发射端天线相关系数ζt＝0.6和接收端天线相关系数ζr＝0.5的情形下，BER随SNR变化曲线图；
[0065] 图9为本发明实施例中的检测方法和其他检测方法在天线配置为N＝128、M＝16、mUE＝4，且发射端天线相关系数ζt＝0.2和接收端天线相关系数ζr＝0的情形下，性能和复杂度的对比图，其中横坐标表示以EP为标准在某一误码率水平下的信噪比损失，纵坐标表示计算复杂度；
[0066] 图10为本发明实施例中的检测方法和其他检测方法在天线配置为N＝128、M＝32、mUE＝4，且发射端天线相关系数ζt＝0.4和接收端天线相关系数ζr＝0.2的情形下，性能和复杂度的对比图，其中横坐标表示以EP为标准在某一误码率水平下的信噪比损失，纵坐标表示计算复杂度；
[0067] 图11为本发明实施例中的检测方法和其他检测方法在天线配置为N＝128、M＝32、mUE＝4，且发射端天线相关系数ζt＝0.6和接收端天线相关系数ζr＝0.5的情形下，性能和复杂度的对比图，其中横坐标表示以EP为标准在某一误码率水平下的信噪比损失，纵坐标表示计算复杂度；
[0068] 图12为本发明实施例中的检测装置的结构框图。
具体实施方式
[0069] 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0070] 考虑如图2所示大规模MIMO系统，接收端基站的天线个数为N，发送端有m个用户，每个用户配备mUE个天线，因此发送端的天线个数为M＝m·mUE。用列向量 表示发送信号，其元素以独立等概方式取值于星座图，其中星座图的符号集合记为Θ，xi表示第i个天线的发送信号，i表示天线的序号，也即发送信号x中的信号维度，i＝1,2,…,M，表示维度为M×1的列向量。令 表示发送端到接收端的MIMO信道矩阵，则接收信号为：
[0071] y＝Hx+n
[0072] 其中， 表示加性高斯白噪声，其元素是独立同分布的零均值复高斯随机变2 2
量，方差为σnIN，σn表示噪声方差，IN表示N×N维单位矩阵。
量，方差为σnIN，σn表示噪声方差，IN表示N×N维单位矩阵。
[0073] MIMO检测的任务是根据接收信号y来估计发送信号x，考虑使用贝叶斯估计方法，将后验均值作为估计值，则xi的估计值为：
[0074]
[0075] 其中，p(xi|y)是联合后验概率密度分布函数p(x|y)的边缘分布。根据贝叶斯公式：
[0076] p(x|y)∝p(y|x)p(x)
[0077] 其中，∝表示正比于，表示两者只相差一个系数；p(x)为向量x的先验概率密度分布函数；p(y|x)为MIMO信道的转移概率密度分布函数：
[0078]
[0079] 其中， 表示接收信号y服从均值向量为Hx，协方差矩阵为 的复高斯分布。
[0080] 由于在大规模MIMO系统中，直接求解每个发送信号的后验概率会带来极大的计算复杂度，因此EP检测算法用高斯分布对发送信号的后验概率密度分布做近似：EP检测算法首先使用一个非标准化的高斯分布替代各个发送端天线的发送信号的先验概率密度分布，即 其次需要构造一个复高斯分布 来近似发送信号的后验联合概率密度分布，称之为近似后验联合概率分布，该近似后验联合概率分布q(x)的均值μ和方差∑在迭代过程中不断更新，趋近于最佳。该近似后验联合概率分布q(x)可以写成以下形式：
[0081]
[0082] 其中，γi和Λi为发送信号先验概率密度分布中决定第i个非标准化维度高斯分布的均值和方差的主要参数，γi的物理含义为均值除以方差，Λi的物理含义为方差的倒数。H
进一步地，γ＝[γ1,γ2,…,γM] ，在EPA算法中该值为设定向量，为第一设定参数；Λ＝diag[Λ1,Λ2,…,ΛM]，Λ表示以[Λ1,Λ2,…,ΛM]为主对角线构建的对角矩阵，在EPA算法H
中该值为设定向量，为第二设定参数；(·) 表示矩阵或向量的共轭转置。
进一步地，γ＝[γ1,γ2,…,γM] ，在EPA算法中该值为设定向量，为第一设定参数；Λ＝diag[Λ1,Λ2,…,ΛM]，Λ表示以[Λ1,Λ2,…,ΛM]为主对角线构建的对角矩阵，在EPA算法H
中该值为设定向量，为第二设定参数；(·) 表示矩阵或向量的共轭转置。
[0083] 又因为该近似后验联合概率分布q(x)也服从联合高斯分布，即可以表示为如下形式：
[0084]
[0085] 其中，μ表示近似后验联合概率分布q(x)的均值向量，Σ表示近似后验联合概率分布q(x)的协方差矩阵。
[0086] 因此可以得到：对于该近似后验联合概率分布q(x)，均值向量μ和协方差矩阵Σ的更新公式如下所示：
[0087]
[0088]
[0089] 显然，迭代更新每个维度上的参数对(γi，Λi)，即相当于更新近似后验联合概率分布q(x)的均值向量μ和协方差矩阵Σ。实际上，参数对(γi，Λi)迭代更新过程的复杂度不高，为 其中M表示发送端的天线数量；主要的计算复杂度在于均值向量μ和协方差矩阵Σ的更新，尤其是协方差矩阵Σ更新公式中的矩阵求逆操作，其计算复杂度为 为‑1了便于阐述，令 问题的核心就在于W 的计算，W就是EPA算法中需要进行矩
阵求逆的初始化参数矩阵。
阵求逆的初始化参数矩阵。
[0090] 现有技术中，基于EP的近似算法(EPA)通过近似成功化简了每次迭代过程中矩阵求逆的计算，如图3所示，具体运算过程如下：
[0091] Step1：输入已知量：接收信号y，MIMO信道矩阵H，噪声方差 最大迭代次数LEPA，加权系数β；
[0092] 初始化参数，令Λ＝IM，γ＝0，则 IM表示M×M维单位矩阵。
[0093] Step2：通过初始化参数和下述公式计算近似后验联合概率分布q(x)的协方差矩阵Σ和均值向量μ，以及向量Σd和V：
[0094]
[0095]
[0096] Σd＝diag(Σ)
[0097]
[0098] 其中，Σ表示近似后验联合概率分布q(x)的协方差矩阵；μ表示近似后验联合概率分布q(x)的均值向量；Σd表示矩阵Σ的主对角线元素构成的向量；V是矩阵 的主对角线元素构成的向量。
[0099] Step3:令当前迭代次数l＝1，初始化近似后验联合概率分布q(x)的腔分布的初始(1)均值t 与方差h，即计算：
[0100]
[0101]
[0102] 其中，h表示腔分布的方差，h＝[h1,h2,…,hM]H；t(1)表示腔分布的初始均值，“.×”、“.‑”和“./”分别表示矩阵或向量中对应维度的元素之间的乘、减和除运算，即第i个信号维度上的腔边缘分布的方差为 和初始均值为其中，Σdi为向量Σd的第i个信号维度上的元素，μi为向量μ的第i个信
号维度上的元素，diag(Λ)是矩阵Λ的主对角线元素构成的向量，Λi为向量diag(Λ)的第i个信号维度上的元素。
号维度上的元素，diag(Λ)是矩阵Λ的主对角线元素构成的向量，Λi为向量diag(Λ)的第i个信号维度上的元素。
[0103] Step4:在当前第l次迭代中，利用腔分布中的M个腔边缘分布的均值 和方差hi，计算星座图上各符号的分布概率，进行如下计算：
[0104]
[0105]
[0106] 其中， 第l次迭代时，近似后验联合概率分布q(x)的腔边缘分布的均值，Θ表示星座图中的符号集合，exp(·)表示e的指数运算，计算所得到的 为当前第l次迭代中与第i个信号维度上的腔边缘分布相匹配的星座图上的符号所遵循的分布概率，其中：
[0107]
[0108]
[0109] 其中，Θa表示星座图中的第a个符号， Na表示星座图中的符号的数量， 表示第l次迭代中与第i个信号维度上的腔边缘分布相匹配的星座图上的第a个符号Θa所遵循的分布概率。
[0110] Step5:根据分布概率 计算与第i个信号维度上的腔边缘分布相匹配的替代分布的均值
[0111]
[0112] 也就是，与第i个信号维度上的腔边缘分布相匹配的替代分布的均值 为星座图中的第a个符号Θa与该符号所遵循的分布概率的乘积再求和。(l) (l)
[0113] Step6:计算中间变量m ＝y‑Hη ，其中， 为替代分布的均值向量。
[0114] Step7:计算第l+1次迭代时，腔分布的参数
[0115] Step8:计算第l+1次迭代时，腔分布的均值t'(l+1)：
[0116] t'(l+1)＝ρ(l+1)./V
[0117] 其中，第i个信号维度上的腔边缘分布的均值为 其中 为向量(l+1)
ρ 的第i个信号维度上的元素，Vi为向量V的第i个信号维度上的元素。
ρ 的第i个信号维度上的元素，Vi为向量V的第i个信号维度上的元素。
[0118] Step9:更新第l+1次迭代时，腔分布的均值t(l+1)：
[0119] t(l+1)＝β·t'(l+1)+(1‑β)·t(l)
[0120] 其中，β为加权系数，β∈[0，1]。
[0121] Step10:判断是否完成迭代，即l+1是否大于最大迭代次数LEPA，若l+1没有大于最大迭代次数LEPA，则将l+1作为新的l值，重复Step4‑Step10；若l+1大于最大迭代次数LEPA，则(l)输出均值向量η 进行硬判决。
[0122] 对均值向量η(l)进行硬判决为：针对均值向量η(l)中第i个信号维度上的元素 在星座图的符号集合中找到与元素 距离最近的符号，将该符号作为第i个信号维度上的发送信号的检测值 则发送信号为
[0123] 通过上述EPA算法的求解算法不难看出，尽管EPA算法化简了每次迭代中的矩阵求逆计算，但其计算初始化中(Step2)仍然包含了一个完整的矩阵求逆计算，使其计算复杂度仍然达到了 的量级；且还包含了大量的指数运算(见Step4)，这些运算在大规模MIMO系统中，将随着天线数的增加给系统带来极大的计算负担。
[0124] 为此，在本发明中公开了一种大规模MIMO检测方法，即基于块对角纽曼(Neumann)H级数的EPA算法(BD‑NSA‑EPA)，利用了多用户相关性信道下的Gram矩阵，即矩阵H H的分块对角占优特性，采用Neumann级数展开，对矩阵W的求逆问题进行近似求解，化简了EPA算法中初始化参数矩阵W的求逆计算，同时避免了计算星座图上各符号的分布概率时所需要的指数运算。
[0125] 根据Neumann级数定理，如果对角占优矩阵X与矩阵W满足下列条件：
[0126]
[0127] 则W‑1可以写成
[0128]
[0129] 其中，n表示指数，且根据Neumann级数展开定理，通常来讲，对角占优矩阵X包含的矩阵W的元素越多，近似求逆的结果也就越精确。
[0130] 考虑到大规模MIMO系统在多用户相关性信道下Gram矩阵，即HHH特有的块对角占优特性，且信道的相关性越大，Gram矩阵的块对角占优特性越明显，因此为了包含更多矩阵W中的元素，使得求逆效果更优，可以用矩阵W的块对角矩阵D来近似代替X，则上式可以写成：
[0131]
[0132] 其中，非块对角矩阵E＝W‑D。假设保留前k项的Neumann迭代结果，则上式可以改写为如下形式：
[0133] (W(k))‑1＝Ψ(W(k‑1))‑1+D‑1,k＝2,3,…
[0134] 其中，Ψ＝‑D‑1E，(W(k))‑1表示矩阵W第k次迭代时的近似逆矩阵。进一步地，记在方程两边同时右乘b，可进一步直接得到均值向量μ的Neumann迭代关系：
[0135] μ(k)＝Ψμ(k‑1)+D‑1b,k＝2,3,…
[0136] 其中，μ(k)＝(W(k))‑1b，μ(k‑1)＝(W(k‑1))‑1b，μ(1)＝D‑1b。
[0137] 因此能够避免对于矩阵W直接进行求逆计算，从而降低了EPA检测的整体计算复杂度。
[0138] 实施例1：
[0139] 如图1所示，一种大规模MIMO检测方法，包括：
[0140] 步骤S01，获取接收信号、MIMO信道矩阵和噪声方差；
[0141] 步骤S02，根据接收信号、MIMO信道矩阵和噪声方差计算EPA算法中需要进行矩阵求逆的初始化参数矩阵，将所述初始化参数矩阵分解为块对角矩阵和非块对角矩阵；根据所述块对角矩阵和非块对角矩阵，基于Neumann迭代方法得到完成Neumann迭代后的发送信号的近似后验联合概率分布的均值向量；
[0142] 步骤S03，根据完成Neumann迭代后的发送信号的近似后验联合概率分布的均值向量计算近似后验联合概率分布的腔分布的初始均值，根据腔分布的初始均值计算替代分布的均值，根据替代分布的均值更新腔分布的均值，迭代计算替代分布的均值，将达到最大迭代次数的替代分布的均值作为发送信号的检测值。
[0143] 优选的，发送信号的近似后验联合概率分布的均值向量μ在第k次Neumann迭代中的值为：
[0144] μ(k)＝Ψμ(k‑1)+D‑1b,k＝2,3,…
[0145] 其中，Ψ＝‑D‑1E； D为块对角矩阵，E为非块对角矩阵， 为噪声方差，H为MIMO信道矩阵，y为接收信号，γ为第一设定参数。
[0146] 优选的，将所述初始化参数矩阵分解为块对角矩阵和非块对角矩阵，包括：
[0147] 沿着所述初始化参数矩阵的主对角线方向，依次提取出若干个分块子矩阵，分块子矩阵依次沿着主对角线组成的、其余元素为0的矩阵为块对角矩阵，所述初始化参数矩阵减去块对角矩阵得到非块对角矩阵。
[0148] 优选的，所述分块子矩阵具有m个，大小均为mUE×mUE，其中，m为发送端的用户数量，mUE为每个用户配备的天线数量。
[0149] 优选的，根据完成Neumann迭代后的发送信号的近似后验联合概率分布的均值向量计算近似后验联合概率分布的腔分布的初始均值，根据腔分布的初始均值计算替代分布的均值，根据替代分布的均值更新腔分布的均值，迭代计算替代分布的均值，将达到最大迭代次数的替代分布的均值作为发送信号的检测值，包括：
[0150] 根据完成Neumann迭代后的发送信号的近似后验联合概率分布的均值向量和块对角矩阵计算近似后验联合概率分布的腔分布的初始均值；
[0151] 根据腔分布的初始均值和星座图中的符号集合计算当前迭代中的替代分布的均值；
[0152] 根据噪声方差、MIMO信道矩阵、接收信号、当前迭代中的替代分布的均值、能量归一化因子和设定的加权系数更新用于下一次迭代的腔分布的均值；
[0153] 若达到最大迭代次数，则将最后一次迭代得到的替代分布的均值作为发送信号的检测值。
[0154] 优选的，所述近似后验联合概率分布的腔分布的初始均值为：
[0155]
[0156] 为完成Neumann迭代后的发送信号的近似后验联合概率分布的均值向量，LNSA‑1为Neumann迭代总次数；Σd＝diag(D )；Λ为第二设定参数；D为块对角矩阵；
[0157] 所述替代分布的均值为：
[0158]
[0159] 其中， 表示第l次迭代时替代分布的均值向量η(l)中第i个维度的元素， 表示(l)第l次迭代时腔分布的均值t 中第i个维度的元素，Θ表示星座图的符号集合，Θa表示星座图中的第a个符号，Na表示星座图中的符号数量，argmin表示使 取最小值时的Θa值，第l次迭代时替代分布的均值向量
[0160] 所述下一次迭代的腔分布的均值为：t(l+1)＝β·t'(l+1)+(1‑β)·t(l)；
[0161] 其中：t'(l+1)＝m(l)./V+δ(l)，m(l)＝b‑Aδ(l)， δ(l)＝(l)
Enorm×η ；V＝diag(A)， 为噪声方差，H为MIMO信道矩阵，y为接收信号，γ为第一设定参数；β为加权系数；Enorm为能量归一化因子。
Enorm×η ；V＝diag(A)， 为噪声方差，H为MIMO信道矩阵，y为接收信号，γ为第一设定参数；β为加权系数；Enorm为能量归一化因子。
[0162] 实施例2：
[0163] 如图5所示，本发明中公开了一种大规模MIMO检测方法，具体过程如下：
[0164] Step1：输入已知量：接收信号y，MIMO信道矩阵H，噪声方差 最大迭代次数LEP，Neumann迭代次数LNSA，加权系数β，能量归一化因子Enorm，该能量归一化因子Enorm可根据调制阶数确定，例如16‑QAM调制时，
[0165] 初始化Λ＝IM，γ＝0， V＝diag(A)，V是矩阵A的主对角线元素构成的向量。
‑1
‑1
[0166] Step2：计算∑d＝diag(D )；
[0167] 其中，∑d表示矩阵D的逆矩阵的主对角线元素构成的向量，D为矩阵W的块对角矩阵，包含M/mUE个分块子矩阵，其中分块子矩阵的尺寸由发送端每个用户的天线个数mUE决定，即分块子矩阵大小为mUE×mUE。块对角矩阵D的提取方法为：根据mUE，沿着矩阵W的主对角线方向，提取出M/mUE个大小均为mUE×mUE的分块子矩阵；由这些分块子矩阵沿着主对角线组成的、其余元素为0的矩阵即为块对角矩阵D。图4具体举例说明了，在发射端天线数M＝8，且每个用户端天线数mUE＝2的条件下，块对角矩阵D分块的方式，其数学表达为如下形式：
[0168]
[0169] 其中，D(1，1)、D(1，2)、D(1，3)、D(1，4)均为大小为2×2的矩阵。
[0170] 对矩阵D中的每一个分块子矩阵通过Cholesky求逆算法进行精确求逆计算，从而最大程度保留MIMO信道信息。在得到逆矩阵 和 之后，根据分块矩阵的性质，可以得到D的逆矩阵如下形式：
[0171]
[0172] Step3:计算以下Neumann迭代得到均值向量
[0173] μ(k)＝Ψμ(k‑1)+μ(1)；k＝2,3,…,LNSA
[0174] 其中，μ(k)表示所述发送信号的近似后验联合概率分布的均值向量μ在第k次‑1Neumann迭代中的值，Ψ＝‑D E，E＝W‑D， 为完成Neumann迭代后的所述发送信号的近似后验联合概率分布的均值向量。
[0175] Step4:令当前迭代次数l＝1，初始化发送信号的近似后验联合概率分布q(x)的腔(1)分布的初始均值t ，即计算：
[0176](1)
[0177] 其中，t 表示腔分布的初始均值， 第i个信号维度上的腔边缘分布的初始均值为 其中， 为向量 的第i个信号维度上的元素，
Σdi为向量Σd的第i个信号维度上的元素，diag(Λ)是矩阵Λ的主对角线元素构成的向量，Λi为向量diag(Λ)的第i个信号维度上的元素。本步骤中，与传统EPA算法相比，不需要计算腔分布的方差。
Σdi为向量Σd的第i个信号维度上的元素，diag(Λ)是矩阵Λ的主对角线元素构成的向量，Λi为向量diag(Λ)的第i个信号维度上的元素。本步骤中，与传统EPA算法相比，不需要计算腔分布的方差。
[0178] Step5:在当前第l次迭代中，利用腔分布中的每个腔边缘分布的均值 计算每个信号维度上替代分布的均值
[0179]
[0180] 其中，Θa表示星座图中的符号的值，Na表示星座图中的符号的数量，argmin表示使 取最小值时的Θa值，即取与 距离最近的星座图的符号的值；均值向量(l) (l) (l) (l)
[0181] Step6:计算中间参数，m ＝b‑Aδ ，其中， δ ＝Enorm×η 。
[0182] Step7:计算t'(l+1)：
[0183] t'(l+1)＝m(l)./V+δ(l)
[0184] 其中，第i个信号维度上的腔边缘分布的均值为 其中 为向量(l) (l)
m 的第i个信号维度上的元素，Vi为向量V的第i个信号维度上的元素， 为向量δ 的第i个信号维度上的元素。
m 的第i个信号维度上的元素，Vi为向量V的第i个信号维度上的元素， 为向量δ 的第i个信号维度上的元素。
[0185] Step8:更新第l+1次迭代时，腔分布的均值t(l+1)：
[0186] t(l+1)＝β·t'(l+1)+(1‑β)·t(l)
[0187] 其中，β为加权系数，β∈[0，1]。
[0188] Step9:判断是否完成迭代，即l+1是否大于最大迭代次数LEP，若l+1没有大于最大迭代次数LEP，则将l+1作为新的l值，重复Step5‑Step9；若l+1大于最大迭代次数LEP，则输出(l)均值向量η 作为发送信号的检测值。
[0189] 本发明以16‑QAM调制方式为例，在MATLAB平台上搭建一个MIMO传输系统，比较本发明所述检测方法在不同的天线配置下与MMSE、EP、EPA等检测算法的性能差异。
[0190] 如表1所示为本发明实施例中的BD‑NSA‑EPA算法和其他检测算法的计算复杂度数学表达式：
[0191] 表1 BD‑NSA‑EPA算法和其他检测算法的计算复杂度数学表达式的表[0192]
[0193]
[0194] 从表1中可以得到，由于mUE＜＜M，本发明所述方法即BD‑NSA‑EPA算法的计算复杂度远小于 的量级。
[0195] 下面根据附图6‑附图11来具体说明：
[0196] 如图6所示，在发射端与接收端天线配置为128×16、mUE＝4，且发射端天线相关系数ζt＝0.2、接收端天线相关系数ζr＝0时，本发明提出的BD‑NSA‑EPA算法与MMSE、EP、EPA、EP‑NSA算法都能实现较好的检测性能。具体地，如图9所示，以EP算法作为基准，EPA算法在‑3 ‑3误码率(BER)＝10 时信噪比(SNR)损失大约为0dB；MMSE算法在BER＝10 时SNR损失大约为‑3
1.1dB，计算复杂度约为EPA算法的50％；EP‑NSA算法(LNSA＝3，LEP＝3)在BER＝10 时SNR损失大约为1.5dB，计算复杂度达到了EPA算法的接近2倍；EP‑NSA算法(LNSA＝5，LEP＝3)在BER‑3
＝10 时SNR损失大约为0.4dB，计算复杂度却达到了EPA算法的接近8倍；本发明所提出的‑3
BD‑NSA‑EPA算法(LNSA＝3，LEP＝3)在BER＝10 时的SNR损失大约为0.1dB，计算复杂度约为‑3
EPA算法的80％；本发明所提出的BD‑NSA‑EPA算法(LNSA＝5，LEP＝3)在BER＝10 时的SNR损失大约为0dB，与EPA检测接近，但计算复杂度仅为EPA算法的90％。综合SNR损失与计算复杂度，说明了本发明提出的BD‑NSA‑EPA算法能够以更低的计算代价实现接近于EPA算法的检测性能。
1.1dB，计算复杂度约为EPA算法的50％；EP‑NSA算法(LNSA＝3，LEP＝3)在BER＝10 时SNR损失大约为1.5dB，计算复杂度达到了EPA算法的接近2倍；EP‑NSA算法(LNSA＝5，LEP＝3)在BER‑3
＝10 时SNR损失大约为0.4dB，计算复杂度却达到了EPA算法的接近8倍；本发明所提出的‑3
BD‑NSA‑EPA算法(LNSA＝3，LEP＝3)在BER＝10 时的SNR损失大约为0.1dB，计算复杂度约为‑3
EPA算法的80％；本发明所提出的BD‑NSA‑EPA算法(LNSA＝5，LEP＝3)在BER＝10 时的SNR损失大约为0dB，与EPA检测接近，但计算复杂度仅为EPA算法的90％。综合SNR损失与计算复杂度，说明了本发明提出的BD‑NSA‑EPA算法能够以更低的计算代价实现接近于EPA算法的检测性能。
[0197] 如图7所示，在发射端与接收端天线配置为128×32、mUE＝4，且发射端天线相关系数ζt＝0.4、接收端天线相关系数ζr＝0.2时，传统的EP‑NSA算法已经不能够收敛。具体地，如‑2图10所示，以EP算法作为基准，EPA算法在BER＝10 时SNR损失大约为0.2dB；MMSE算法在BER‑2
＝10 时SNR损失大约为1.5dB，计算复杂度约为EPA算法的67％；相比之下，本发明所提出的‑2
BD‑NSA‑EPA算法(LNSA＝3,LEP＝3)在BER＝10 时的SNR损失大约为1.3dB，计算复杂度大约‑2
为EPA算法的40％；本发明所提出的BD‑NSA‑EPA算法(LNSA＝8，LEP＝3)在BER＝10 时的SNR损失大约为0.2dB，与EPA算法接近，但计算复杂度仅为EPA算法的45％。综合SNR损失与计算复杂度，说明了本发明提出的BD‑NSA‑EPA算法能够以更低的计算代价实现接近于EPA算法的检测性能。
＝10 时SNR损失大约为1.5dB，计算复杂度约为EPA算法的67％；相比之下，本发明所提出的‑2
BD‑NSA‑EPA算法(LNSA＝3,LEP＝3)在BER＝10 时的SNR损失大约为1.3dB，计算复杂度大约‑2
为EPA算法的40％；本发明所提出的BD‑NSA‑EPA算法(LNSA＝8，LEP＝3)在BER＝10 时的SNR损失大约为0.2dB，与EPA算法接近，但计算复杂度仅为EPA算法的45％。综合SNR损失与计算复杂度，说明了本发明提出的BD‑NSA‑EPA算法能够以更低的计算代价实现接近于EPA算法的检测性能。
[0198] 如图8所示，在发射端与接收端天线配置为128×32、mUE＝4，且发射端天线相关系数ζt＝0.6、接收端天线相关系数ζr＝0.5时，传统的EP‑NSA已经不能够收敛。具体地，如图11‑2所示，以EP算法作为基准，EPA算法在BER＝10 时SNR损失大约为0.8dB；MMSE算法在BER＝‑2
10 时SNR损失继续增大，大约达到2.5dB，计算复杂度约为EPA算法的67％；相比之下，本发‑2
明所提出的BD‑NSA‑EPA算法(LNSA＝8,LEP＝3)在BER＝10 时的SNR大约仅为0.8dB，与EPA算法接近，而计算复杂度仅为EPA的45％。综合SNR损失与计算复杂度，说明了本发明提出的BD‑NSA‑EPA算法能够以更低的计算代价实现接近于EPA算法的检测性能。
10 时SNR损失继续增大，大约达到2.5dB，计算复杂度约为EPA算法的67％；相比之下，本发‑2
明所提出的BD‑NSA‑EPA算法(LNSA＝8,LEP＝3)在BER＝10 时的SNR大约仅为0.8dB，与EPA算法接近，而计算复杂度仅为EPA的45％。综合SNR损失与计算复杂度，说明了本发明提出的BD‑NSA‑EPA算法能够以更低的计算代价实现接近于EPA算法的检测性能。
[0199] 如图6、图7和图8所示，信道的相关性逐渐增大，传统的EP‑NSA算法随着信道相关性的增加，其性能衰减很明显；而本发明提出的BD‑NSA‑EPA算法能始终维持接近于EPA算法的性能，但是复杂度又比EPA算法低很多。
[0200] 实施例3：
[0201] 本发明还公开了一种大规模MIMO检测装置，如图12所示，包括：
[0202] 获取模块，用于获取接收信号、MIMO信道矩阵和噪声方差；
[0203] Neumann迭代模块，用于根据接收信号、MIMO信道矩阵和噪声方差计算EPA算法中需要进行矩阵求逆的初始化参数矩阵，将所述初始化参数矩阵分解为块对角矩阵和非块对角矩阵；根据所述块对角矩阵和非块对角矩阵，基于Neumann迭代方法得到完成Neumann迭代后的发送信号的近似后验联合概率分布的均值向量；
[0204] 检测值迭代计算模块，用于根据完成Neumann迭代后的发送信号的近似后验联合概率分布的均值向量计算近似后验联合概率分布的腔分布的初始均值，根据腔分布的初始均值计算替代分布的均值，根据替代分布的均值更新腔分布的均值，迭代计算替代分布的均值，将达到最大迭代次数的替代分布的均值作为发送信号的检测值。
[0205] 进一步的，发送信号的近似后验联合概率分布的均值向量μ在第k次Neumann迭代中的值为：
[0206] μ(k)＝Ψμ(k‑1)+D‑1b,k＝2,3,…
[0207] 其中，Ψ＝‑D‑1E； D为块对角矩阵，E为非块对角矩阵， 为噪声方差，H为MIMO信道矩阵，y为接收信号，γ为第一设定参数。
[0208] 进一步的，将所述初始化参数矩阵分解为块对角矩阵和非块对角矩阵，沿着所述初始化参数矩阵的主对角线方向，依次提取出若干个分块子矩阵，分块子矩阵依次沿着主对角线组成的、其余元素为0的矩阵为块对角矩阵，所述初始化参数矩阵减去块对角矩阵得到非块对角矩阵。
[0209] 进一步的，所述分块子矩阵具有m个，大小均为mUE×mUE，其中，m为发送端的用户数量，mUE为每个用户配备的天线数量。
[0210] 进一步的，所述根据完成Neumann迭代后的发送信号的近似后验联合概率分布的均值向量计算近似后验联合概率分布的腔分布的初始均值，根据腔分布的初始均值计算替代分布的均值，根据替代分布的均值更新腔分布的均值，迭代计算替代分布的均值，将达到最大迭代次数的替代分布的均值作为发送信号的检测值，包括：
[0211] 根据完成Neumann迭代后的发送信号的近似后验联合概率分布的均值向量、块对角矩阵计算近似后验联合概率分布的腔分布的初始均值；
[0212] 根据腔分布的初始均值和星座图中的符号集合计算当前迭代中的替代分布的均值；
[0213] 根据噪声方差、MIMO信道矩阵、接收信号、当前迭代中的替代分布的均值、能量归一化因子和加权系数更新用于下一次迭代的腔分布的均值；
[0214] 若达到最大迭代次数，则将最后一次迭代得到的替代分布的均值作为发送信号的检测值。
[0215] 进一步的，所述近似后验联合概率分布的腔分布的初始均值为：
[0216]
[0217] 为完成Neumann迭代后的所述发送信号的近似后验联合概率分布的均值向‑1量，LNSA为Neumann迭代次数；Σd＝diag(D )；Λ为第二设定参数；D为块对角矩阵；
[0218] 所述替代分布的均值为：
[0219](l)
[0220] 其中， 表示第l次迭代时替代分布的均值向量η 中第i个维度的元素， 表示(l)第l次迭代时腔分布的均值t 中第i个维度的元素，Θ表示星座图的符号集合，Θa表示星座图中的第a个符号，Na表示星座图中的符号数量，argmin表示使 取最小值时的Θa值，第l次迭代时替代分布的均值向量
[0221] 所述下一次迭代的腔分布的均值为：t(l+1)＝β·t'(l+1)+(1‑β)·t(l)；(l+1) (l) (l) (l) (l) (l)
[0222] 其中：t' ＝m ./V+δ ，m ＝b‑Aδ ， δ ＝(l)
Enorm×η ；V＝diag(A)， 为噪声方差，H为MIMO信道矩阵，y为接收信号，γ为第一设定参数；β为加权系数；Enorm为能量归一化因子。
Enorm×η ；V＝diag(A)， 为噪声方差，H为MIMO信道矩阵，y为接收信号，γ为第一设定参数；β为加权系数；Enorm为能量归一化因子。
[0223] 实施例4：
[0224] 本发明还公开了一种大规模MIMO检测设备，包括处理器、存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现前述的任意一项所述大规模MIMO检测方法。
[0225] 一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行前述的任意一项所述大规模MIMO检测方法。
[0226] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。