massive mimo中矩阵求逆算法的研究与实现

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1、金击种乂＊著ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳＣＩＥＭＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＯＦＣＨＩＮＡ硕±学位论文ＭＡＳＴＥＲＴＨＥＳＩＳ＇；：接：齊气：气＼＾：Ｊ：ｉ＼］＇＇ｉ＾５＼Ｉ＇．言啦ｉＢ：Ｖ：Ａ．Ｐ．观教麽论支题自ＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯ巾矩阵求逆難的妍究与实现学科专业通信与信息系统学号２０１３２１０１０４０１．＿作者姓名李应谦，指导教师李广军教授独剑性声明本人产明所呈

2、交的学位论文是本人在导师指导Ｔ进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加标注和致谢的地方夕ｈ，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。＝＾作者签名：［｜期：年月日论支使用授权本学位论义作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，，有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的篡印件和磁盘允许论文被奈阅和借阅。本人授权电子科技大学可Ｗ将学位论文

3、的全、缩部或部分内容编入有关数据库进行检索，可从采用影印印或扫描等制手段保存、汇编学位论文。复此规定）（保密的学位论文在解密后应遵守人作者签：名导师签名：Ｈ期年（月叫日分类号密级注1UDC学位论文MassiveMIMO中矩阵求逆算法的研究与实现（题名和副题名）李应谦（作者姓名）指导教师李广军教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业通信与信息系统提交论文日期2016.3.25论文答辩日期2016.5.17学位授予单位和日期电子科技大学2016年6月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC

4、》的类号。RESEARCHANDIMPLEMENTATIONOFMATRIXINVERSIONINMASSIVEMIMOAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:CommunicationandInformationSystemAuthor:YingqianLiSupervisor:Prof.GuangjunLiSchool:CommunicationandInformationEngineering摘要摘要未来十年将爆发式增长的数据传

5、输需求，给通信系统的容量与可靠性等提出了更高的要求。对下一代通信系统5G的通信系统关键技术的研究已经得到深入且广泛的开展。在基站增加了大规模天线的MassiveMIMO技术是现在被大量研究的核心技术之一，该技术可以同时支持更多的终端，有效提升系统容量。但是这样做会直接加大下行链路预编码模块中矩阵求逆的维度。本文围绕基站装备大数量的天线，先对线性预编码的性能进行了分析，再对线性预编码中的相关矩阵求逆算法开展研究，主要以资源消耗为重点，实现了低延时的8×8、16×16规模矩阵求逆。首先介绍了MassiveMIMO的系统模型和容量，分析了MassiveMI

6、MO的通信系统架构。接着从因天线数量上升而会造成影响的预编码模块入手，介绍分析了几种常见的，实际工程应用比较多的线性预编码算法，包括ZF与MMSE算法。并对这两种预编码算法在多天线的环境下进行了仿真。结果表明，在基站装备大量天线时，可以使用相对简单的ZF算法，也能达到不输于MMSE算法的性能。然后对线性预编码中的矩阵求逆算法进行了深入的研究，详细分析了QR、LU、cholesky及NeumannSeries近似求逆算法。给出了各个算法的复杂度的对比图，根据设计需求，此文对待求逆的矩阵进行了建模，并依此对这些算法进行了性能仿真。结果表明，使用Neuma

7、nnSeries近似求逆算法可以完成在MassiveMIMO系统中高维矩阵的低延时求逆工作。最后，使用确定下来的算法完成了8×8与16×16规模的矩阵求逆的FPGA设计及实现。设计中，通过统计矩阵元素分布，再结合主要使用的IP核资源耗费情况来确定定点位宽，在保证精度的条件下最大程度节省资源。在设计内部的矩阵乘法模块时，通过去掉一些冗余的计算模块，很大程度上节省了DSP资源，减轻布局布线的压力。时序分析结果表示，两种规模的矩阵求逆最大工作时钟频率都能达到350MHz以上，运算延时都在2us以内，8×8与16×16的归一化均方误差分别为-40dB与-27

8、dB，满足高频高速通信的指标要求。关键词：大规模天线，预编码，矩阵求逆，FPGAABSTRACTABSTRA