CoMP中矩阵并行算法研究

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在LTE系统中,小区间的干扰严重影响了系统性能,于是在LTE-advanced中引入了新技术——CoMP技术。CoMP技术能有效减少小区间的干扰,并增加小区边缘用户的数据吞吐量,然而基带处理的复杂度是CoMP面临的主要问题。预编码技术作为协作通信中的关键技术之一,其中存在大量矩阵的操作,因此在硬件实现预编码技术的过程中,矩阵求逆和SVD的精度和速率成为将其应用于实际的瓶颈。本文的具体工作如下:(1)本文对CoMP技术进行了简要介绍,说明了现如今矩阵并行实现的发展现状。(2)本文总结了MU-MIMO系统中常见的预编码技术,介绍了不同CoMP技术中的预编码算法,分析了不同预编码算法中的矩阵计算情况,统计了各个算法中矩阵求逆和SVD的次数,分析了天线维数与矩阵大小之间的关系,得出不同预编码技术下CoMP系统的CDF性能图,说明CoMP技术能有效提高用户性能。(3)本文在比较常用的分解方法之后,决定采用QR分解中的Givens变换完成矩阵求逆算法。在硬件实现中,为了避免平方根的使用,Givens变换主要有两种方法——改进的平方Givens算法(MSGR)和CORDIC算法,文中分别介绍这两种算法并给出相应的脉动阵列实现。通过研究发现CORDIC算法适用于定点实现,而MSGR算法只能应用于浮点实现中。将基于CORDIC的求逆算法在CoMP系统中进行定点仿真,并使用硬件语言对其综合实现,验证基于CORDIC的QR分解求逆算法适用于CoMP预编码。(4)本文研究了适用于CoMP预编码的SVD算法,首先介绍了常用的SVD算法——QR迭代算法和Jacobi算法,其中主要研究了Jacobi算法的并行实现,介绍了适用于实数矩阵和复数矩阵的Jacobi算法,并详细分析了适用于复数矩阵的Jacobi算法的脉动阵列并行实现。然后评估了一种全新的迭代超线性收敛算法,该算法收敛速率为超线性,适用于各种大小的矩阵,而且采用独特的二进制移位机制来控制数据位宽。通过研究Jacobi算法和迭代超线性收敛算法的特性,发现迭代超线性收敛算法更适用于CoMP系统。将迭代超线性收敛算法在CoMP系统的各种预编码中进行定点仿真,验证该算法适用于CoMP预编码。本文研究并找出了利于CoMP并行实现的矩阵求逆和SVD算法,通过定点仿真,验证了算法在CoMP系统中的可靠性,为今后的实际应用奠定了基础。
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