LTE/LTE-A系统中MIMO检测算法的硬件电路设计
发布时间：2022-01-10 09:52
MIMO技术充分利用信道的空间特性,能够在不增加系统带宽的情况下提升系统的吞吐率和频谱效率,但同时也导致信号检测难度增加。而随着天线数和调制方式的不断增加,MIMO检测算法实现复杂度增加,系统对硬件实现的灵活性要求越来越高。因此,设计高性能、较低复杂度的可重构MIMO检测器成为当前通信领域基带芯片研究的热点之一。本文通过对MIMO检测算法的分析和对比,选取其中性能表现较好的算法,并结合现有的MIMO检测器研究方案,设计了一种高吞吐量,较高BER性能的可重构MIMO检测器。具体研究内容包括以下几个方面：（1）对当前主流的MIMO检测算法进行分析,从计算复杂度、性能、灵活性以及硬件实现途径等因素进行对比分析,最终选取K-best检测算法作为本文的硬件实现算法；（2）通过分析K-best检测算法的原理和计算步骤,提取K-best检测过程中核心算子的主要特征,对核心算子的实现方案进行改进,在保证系统灵活性的前提下设计了高吞吐率的MIMO检测器硬件架构；（3）对提出的检测器架构的各个模块进行硬件设计和优化,重点对其中的PED计算模块进行关键路径的优化,对基本的乘法和平方操作大幅简化,以降低系统时...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－４?Ｋ－ｂｅｓｔ检测算法搜索示意图??２．３各检测算法总结与比较??根据前面几节的ＭＩＭＯ算法原理介绍Ｗ及表２－１中不同检测算法ＢＥＲ性能、计算复杂度Ｗ及??
ＰＥＤｉ?阳?巧?〇３?巧〇４?ＰＥＤｓ?ＰＥＤ６?ＰＥＤ？?把化??图３－７单个母节点对应ＦＣ与ＮＣ模块结构框图??在基于ＳＥ策略按需枚举的方案中，通过事先得到某个母节点的ＦＣ点就能够在不通过ＰＥＤ计??算的情况下得到其所有子节点的ＰＥＤ大小顺序。将此枚举方法应用在ＰＥＤ计算模块即可根据需求??选择来展开候选的路径。此外，该枚举方案也免去了部分排序操作，大大降低了?Ｋ－ｂｅｓｔ检测模块的??计算复杂度，减少了硬件开销，最后，本文采用的枚举方案可Ｗ消耗适当的硬件资源而达到全流水??并行输出，最高可同时输出所有参与排序的ＰＥＤ，也可Ｗ对枚举部分采用串行操作牺牲适当的吞吐??率来减少面积开销。具体采用何种结构可Ｗ根据之后的排序算法和对ＭＩＭＯ检测器的整体设计需求??决定。??３．３．２改进的排序模块核私ｇ子设计??排序的任务是从ＰＥＤ计算模块输出的所有子节点中选取ＰＥＤ值最小的Ｋ个节点，这些选中的??节点将会变成下一层的母节点。排序是传统Ｋ－ｂｅｓｔ检测模块实现高吞吐量的性能瓶颈［４６］。在排序模??，块中面临的最大挑战是如何用更少的时序和资源来实现更大的吞吐量。此外，还要具有一定的可重??构特性，支持不同输入个数的排序。??排序算法可主要分为两大类：并行排序和串行排序。在并行排序模块中
即ＰＥＤ模块和排序模块的复杂度都进一步降低，然而，删除的点数越多，系统的ＢＥＲ性??能就越低。??图３－Ｈ描述的是在６４－ＱＡＭ调制方式下删除４个子节点的预屏蔽按需枚举方案。其中ＦＣ点为??－５，删除时若删除一个节点就删除｛７｝，两个节点删除｛７，?５｝，Ｈ个节点删除｛７，?５，?３｝，四个节点则??删除｛７，?５，?３，１｝。??图３－１１预屏蔽的按需枚举??图３－１２给出了未采用预屏蔽方案和采用预屏蔽数为４的方案的ＢＥＲ性能对比，由图中可Ｗ看??出，当屏蔽数最大为４化ＢＥＲ有轻微的性能损失，但是仍然巧合我们对ＢＥＲ性能的基本要求。本??设计中最大的预屏蔽数为４，屏蔽数的选择Ｗ排序数小于等于３２力准则。例如，在Ｋ＝８，?６４－ＱＡＭ??调制的系统中，传统的排序数为６４，预屏蔽４个子节点后排序数变为３２。??本节介绍的改进排序模块首先采用预屏蔽方案减少参与排序的数据，使之最多有３２个数据参与??排序。其次采用奇偶归并＆双调排序算法对３２个数据进巧排序
【参考文献】：
硕士论文
[1]软输入软输出MIMO检测算法和硬件结构研究[D]. 陈曦.上海交通大学 2013
[2]高性能软输出K-Best MIMO检测器的设计与实现[D]. 鞠春晖.上海交通大学 2012
本文编号：3580501
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－４?Ｋ－ｂｅｓｔ检测算法搜索示意图??２．３各检测算法总结与比较??根据前面几节的ＭＩＭＯ算法原理介绍Ｗ及表２－１中不同检测算法ＢＥＲ性能、计算复杂度Ｗ及??
ＰＥＤｉ?阳?巧?〇３?巧〇４?ＰＥＤｓ?ＰＥＤ６?ＰＥＤ？?把化??图３－７单个母节点对应ＦＣ与ＮＣ模块结构框图??在基于ＳＥ策略按需枚举的方案中，通过事先得到某个母节点的ＦＣ点就能够在不通过ＰＥＤ计??算的情况下得到其所有子节点的ＰＥＤ大小顺序。将此枚举方法应用在ＰＥＤ计算模块即可根据需求??选择来展开候选的路径。此外，该枚举方案也免去了部分排序操作，大大降低了?Ｋ－ｂｅｓｔ检测模块的??计算复杂度，减少了硬件开销，最后，本文采用的枚举方案可Ｗ消耗适当的硬件资源而达到全流水??并行输出，最高可同时输出所有参与排序的ＰＥＤ，也可Ｗ对枚举部分采用串行操作牺牲适当的吞吐??率来减少面积开销。具体采用何种结构可Ｗ根据之后的排序算法和对ＭＩＭＯ检测器的整体设计需求??决定。??３．３．２改进的排序模块核私ｇ子设计??排序的任务是从ＰＥＤ计算模块输出的所有子节点中选取ＰＥＤ值最小的Ｋ个节点，这些选中的??节点将会变成下一层的母节点。排序是传统Ｋ－ｂｅｓｔ检测模块实现高吞吐量的性能瓶颈［４６］。在排序模??，块中面临的最大挑战是如何用更少的时序和资源来实现更大的吞吐量。此外，还要具有一定的可重??构特性，支持不同输入个数的排序。??排序算法可主要分为两大类：并行排序和串行排序。在并行排序模块中
即ＰＥＤ模块和排序模块的复杂度都进一步降低，然而，删除的点数越多，系统的ＢＥＲ性??能就越低。??图３－Ｈ描述的是在６４－ＱＡＭ调制方式下删除４个子节点的预屏蔽按需枚举方案。其中ＦＣ点为??－５，删除时若删除一个节点就删除｛７｝，两个节点删除｛７，?５｝，Ｈ个节点删除｛７，?５，?３｝，四个节点则??删除｛７，?５，?３，１｝。??图３－１１预屏蔽的按需枚举??图３－１２给出了未采用预屏蔽方案和采用预屏蔽数为４的方案的ＢＥＲ性能对比，由图中可Ｗ看??出，当屏蔽数最大为４化ＢＥＲ有轻微的性能损失，但是仍然巧合我们对ＢＥＲ性能的基本要求。本??设计中最大的预屏蔽数为４，屏蔽数的选择Ｗ排序数小于等于３２力准则。例如，在Ｋ＝８，?６４－ＱＡＭ??调制的系统中，传统的排序数为６４，预屏蔽４个子节点后排序数变为３２。??本节介绍的改进排序模块首先采用预屏蔽方案减少参与排序的数据，使之最多有３２个数据参与??排序。其次采用奇偶归并＆双调排序算法对３２个数据进巧排序
【参考文献】：
硕士论文
[1]软输入软输出MIMO检测算法和硬件结构研究[D]. 陈曦.上海交通大学 2013
[2]高性能软输出K-Best MIMO检测器的设计与实现[D]. 鞠春晖.上海交通大学 2012
本文编号：3580501
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