We focus on the signal detection for large quasi-symmetric (LQS) multiple-input multiple-output (MIMO) systems, where the numbers of both service (M) and user (N) antennas are large and N/M tends to 1. It is challenging to achieve maximum-likelihood detection (MLD) performance with square-order complexity due to the ill-conditioned channel matrix. In the emerging MIMO paradigm termed with an extremely large aperture array, the channel matrix can be more ill-conditioned due to spatial non-stationarity. In this paper, projected-Jacobi (PJ) is proposed for signal detection in (non-) stationary LQS-MIMO systems. It is theoretically and empirically demonstrated that PJ can achieve MLD performance, even when N/M = 1. Moreover, PJ has square-order complexity of N and supports parallel computation. The main idea of PJ is to add a projection step and to set a (quasi-) orthogonal initialization for the classical Jacobi iteration. Moreover, the symbol error rate (SER) of PJ is mathematically derived and it is tight to the simulation results.


翻译:本文聚焦于大规模准对称(LQS)多输入多输出(MIMO)系统的信号检测问题,其中服务天线数M与用户天线数N均较大,且N/M趋近于1。由于信道矩阵的病态性,以平方阶复杂度实现最大似然检测(MLD)性能极具挑战性。在新型超大孔径阵列MIMO架构中,空间非平稳性会进一步加剧信道矩阵的病态程度。本文提出投影-雅可比(PJ)方法用于(非)平稳LQS-MIMO系统的信号检测。理论与实验均证明,即使当N/M=1时,PJ算法仍能实现MLD性能。此外,PJ算法具有N的平方阶计算复杂度并支持并行计算。PJ的核心思想是在经典雅可比迭代中引入投影步骤并设置(准)正交初始化。本文还通过数学推导得到了PJ算法的符号错误率(SER)闭合表达式,该表达式与仿真结果高度吻合。

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