大规模MIMO检测算法VLSI架构:专用电路及动态重构实现

目录 序 前言 第1章 绪论 1 1.1 应用需求 1 1.1.1 未来典型应用 2 1.1.2 通信系统需求 5 1.2 移动通信与MIMO检测 7 1.2.1 通信技术发展 7 1.2.2 5G关键技术 9 1.2.3 MIMO基带处理 13 1.2.4 大规模MIMO检测难点 18 1.3 MIMO检测芯片研究现状 19 1.3.1 基于ISAP的MIMO检测芯片 19 1.3.2 基于ASIC的MIMO检测芯片 24 1.3.3 传统MIMO检测芯片的局限性 40 1.4 MIMO检测动态重构芯片技术 40 1.4.1 可重构计算概述 40 1.4.2 MIMO检测动态重构芯片研究现状 48 参考文献 57 第2章 线性大规模MIMO检测算法 65 2.1 线性算法概述 65 2.2 纽曼级数近似算法 68 2.2.1 算法设计 68 2.2.2 误差分析 69 2.2.3 复杂度与误块率 72 2.3 切比雪夫迭代算法 75 2.3.1 算法设计 75 2.3.2 收敛性 79 2.3.3 复杂度与并行性 83 2.3.4 误比特率 85 2.3.5 信道模型影响分析 87 2.4 雅可比迭代算法 89 2.4.1 加权雅可比迭代及收敛性 89 2.4.2 复杂度及误帧率 93 2.4.3 信道模型影响分析 96 2.5 共轭梯度算法 97 2.5.1 算法设计 97 2.5.2 收敛性 99 2.5.3 迭代初值及搜索 100 2.5.4 复杂度与并行性 104 2.5.5 误符号率 105 参考文献 107 第3章 线性大规模MIMO检测架构 110 3.1 纽曼级数近似硬件架构 110 3.1.1 VLSI顶层结构 110 3.1.2 近似求逆及匹配滤波模块 111 3.1.3 均衡和SINR模块 112 3.1.4 IFFT及LLR模块 113 3.1.5 基于Cholesky分解求逆模块 113 3.2 切比雪夫迭代硬件架构 115 3.2.1 VLSI顶层结构 115 3.2.2 初始模块 115 3.2.3 迭代模块 117 3.2.4 LLR模块 118 3.2.5 实验结果与比较 118 3.3 加权雅可比迭代硬件架构 121 3.3.1 VLSI顶层架构 121 3.3.2 对角脉动阵列 122 3.3.3 WeJi模块 124 3.3.4 LLR模块 126 3.3.5 实验结果与比较 127 3.4 共轭梯度法硬件架构 133 3.4.1 VLSI顶层结构 133 3.4.2 输入输出模块 133 3.4.3 乘法模块 134 3.4.4 迭代模块 135 3.4.5 实验结果及比较 136 参考文献 138 第4章 非线性大规模MIMO信号检测算法 141 4.1 传统非线性MIMO信号检测算法 142 4.1.1 ML信号检测算法 142 4.1.2 SD信号检测算法和K-best信号检测算法 144 4.2 CHOSLAR算法 147 4.2.1 系统模型 147 4.2.2 QR分解 147 4.2.3 格基规约 149 4.2.4 Cholesky预处理 150 4.2.5 改进K-best检测器及其性能仿真 156 4.2.6 总结和分析 161 4.3 TASER算法 163 4.3.1 系统模型 163 4.3.2 半定松弛 165 4.3.3 算法分析 165 4.3.4 性能分析 168 4.3.5 计算复杂度 169 参考文献 170 第5章 非线性大规模MIMO检测硬件架构 175 5.1 CHOSLAR硬件架构 175 5.1.1 VLSI结构 175 5.1.2 实现结果和比较 182 5.2 TASER硬件架构 185 5.2.1 架构综述 185 5.2.2 基本处理单元 187 5.2.3 实现细节 188 5.2.4 FPGA实现结果 189 5.2.5 ASIC实现结果 191 参考文献 193 第6章 大规模MIMO检测动态重构芯片 196 6.1 算法分析 196 6.1.1 算法分析方法 197 6.1.2 算法共性 198 6.1.3 计算模型 198 6.2 数据通路 200 6.2.1 可重构运算单元阵列结构 201 6.2.2 运算单元结构 203 6.2.3 共享存储器 207 6.2.4 互连 209 6.3 配置通路 240 6.3.1 控制设计 241 6.3.2 主控接口 241 6.3.3 配置控制器 243 6.3.4 配置包设计 244 6.3.5 映射方法 248 参考文献 253 第7章 大规模MIMO检测VLSI架构展望 257 7.1 服务器端应用展望 258 7.1.1 5G通信特点概要 258 7.1.2 服务器端特点概要 260 7.1.3 服务器端应用 261 7.2 移动终端应用展望 267 7.2.1 基于ASIC的检测芯片应用 268 7.2.2 基于可重构的检测芯片应用 272 7.3 边缘计算应用展望 275 7.3.1 边缘计算的概念 276 7.3.2 检测芯片在边缘计算应用 278 参考文献 281 彩图