Thiết kế và tối ưu thực thi bộ giải mã cầu trên phần cứng chuyên dụng cho hệ thống thông tin vô tuyến MIMO
215 lượt xemDOI:
https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.80.2022.80-91Từ khóa:
MIMO; FPGA; Ghép không gian (SM); Bộ giải mã cầu (SD); Hợp lệ cực đại (ML).Tóm tắt
Bộ tách tín hiệu hợp lý cực đại (Maximum likelihood – ML) có thể đạt được tỷ lệ lỗi bit tốt nhất nhưng đòi hỏi độ phức tạp tính toán rất cao. Điều này làm cho thuật toán này không được áp dụng trong thực tế. Do đó, nhiều kiến trúc bộ giải mã đã được đề xuất để khắc phục độ phức tạp cao của bộ tách tín hiệu ML. Trong số đó, thuật toán giải mã cầu (Sphere decoder – SD) là một trong những cách tiếp cận hứa hẹn nhất cung cấp chất lượng gần như ML với khối lượng tính toán hợp lý. Bài báo này đề xuất một cách tiếp cận hiệu quả và có tính khả dụng cao cho thiết kế bộ giải mã cầu trên phần cứng có thể cấu hình lại (FPGA). Thiết kế được đánh giá là mang lại giá trị tiệm cận về chất lượng của phương pháp ước lượng hợp lý cực đại (ML) nhưng với độ phức tạp tính toán giảm đáng kể.
Tài liệu tham khảo
[1]. T. X. Nam, L. M. Tuấn, Xử lý tín hiệu không gian thời gian, NXB Khoa học và kỹ thuật, (2013).
[2]. Zekry, Abdelhalim, "FPGA Implementation of Sphere Detector for Spatial Multiplexing MIMO System," International Journal of Electronics and Telecommunications, vol. 65, pp. 245–252, (2019).
[3]. M. O. Damen, H. E. Gamal, and G. Caire, "On maximum likelihood detection and the search for the closest lattice point," IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 49, pp. 2389–2402, (2003).
[4]. U. Fincke, M. Pohst, "Improved methods for calculating vectors of short length," Mathematics of Computation, (1985).
[5]. Biglieri, E. Viterbo and E., "A universal decoding algorithm for lattice codes", Colloque GRETSI, vol. 14, pp. 611–614, (1993).
[6]. D. Wubben, R. Bohnke, V. Kuhn, and K.-D. Kammeyer, "MMSE extension of V-BLAST based on sorted QR decomposition," in Proc. IEEE 58th Vehicular Technology Conference (VTC), vol. 1, no. 1, pp. 508–512, (2003).
[7]. M. Pohst, "On the computation of lattice vectors of minimal length, successive minima," SIGSAM Bull., vol. 15, no. 1, pp. 37-44, (1981).
[8]. X. Jun, G. Diyuan and W. Zengye, "Research of Improved Sphere Decoding Algorithm," 2019 Chinese Control And Decision Conference (CCDC), pp. 1043-1047, (2019).
[9]. P. Tsai, W. Chen, X. Lin and M. Huang, "A 4×4 64-QAM reduced-complexity K-best MIMO detector up to 1.5Gbps," Proceedings of 2010 IEEE International Symposium on Circuits and Systems, pp. 3953-3956, (2010).
[10]. Kang, B. Shim and I., "Sphere Decoding With a Probabilistic Tree Pruning," IEEE Transactions on Signal Processing,, vol. 56, pp. 4867-4878, (2008).
[11]. K.-W. Wong, C.-Y. Tsui, R. S.-K. Cheng, and W.-H. Mow, "A VLSI Architecture of a K-Best Lattice Decoding Algorithm for MIMO Channels," in Proc. IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS), vol. 3, no. 1, pp. 273–276, (2002).
[12]. Vikalo, B. Hassibi and H., "On the expected complexity of sphere decoding," in Proc. Thirty-Fifth Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers, vol. 2, pp. 1051–1055, (2001).
[13]. C. P. Schnorr and M. Euchner, "Lattice Basis Reduction: Improved Practical Algorithms and Solving Subset Sum Problems," Math.Program, vol. 66, pp. 181–191, (1994).
[14]. Nilsson, Z. Guo and P., "Reduced complexity Schnorr-Euchner decoding algorithms for MIMO systems," IEEE Communications Letters, vol. 8, pp. 286–288, (2004).
[15]. Ibrahim A, Bello, Basel Halak, Mohammed El-Hajjar, Mark Zwolinski, "VLSI Implementation of a Fully-Pipelined K-Best MIMODetector with Successive Interference Cancellation," in Circuits Systems and Signal Processing, (2019).
