一种基于MPNF-IM方案的高效大规模MIMO检测器设计

提出基于矩阵传播和动量梯度下降的低复杂度MIMO检测方法，在10^-3 BER下实现与传统MLP-SGD方法相当的性能，硬件架构通过混合精度和流水线设计使32×4系统面积效率提升33.8%，128×8系统效率达0.674 Gbps/MGE，检测延迟降低53%。

　　

摘要：

大规模多输入多输出（MIMO）技术是第五代新无线电（5G-NR）和未来移动通信系统的核心技术。然而，由于其高计算复杂性，MIMO检测面临重大挑战。本文提出了一种适用于多载波系统的低复杂度、快速收敛的MIMO检测器，称为基于矩阵传播（MP）的无噪声初始化与动量（MPNF-IM）算法。该算法基于训练辅助的随机梯度下降（SGD）迭代模型，通过减少梯度方差、平滑收敛行为以及利用跨载波MIMO效应来加速收敛过程。仿真结果表明，在10^-3的误比特率（BER）下，所提出的算法性能可与集成多层感知器（MLP）和SGD的现有检测器相媲美，最大误差仅为0.5 dB。此外，本文还提出了一种硬件高效架构，结合了交错处理流程和混合精度设计，以及混合流水线-迭代调度机制，显著提升了硬件效率。该设计采用半导体制造国际公司（SMIC）的65纳米CMOS工艺实现，在32×4系统中达到了3.38 Gbps/MGE的归一化面积效率，相比现有解决方案提升了1.33倍，并降低了53%的检测延迟。在更大的128×8系统中，该设计仍保持了0.674 Gbps/MGE的面积效率，性能提升了1.13至3.22倍，同时实现了更优的能效。