Multiple-input multiple-output (MIMO) detection is a fundamental problem in wireless communications and it is strongly NP-hard in general. Massive MIMO has been recognized as a key technology in the fifth generation (5G) and beyond communication networks, which on one hand can significantly improve the communication performance, and on the other hand poses new challenges of solving the corresponding optimization problems due to the large problem size. While various efficient algorithms such as semidefinite relaxation (SDR) based approaches have been proposed for solving the small-scale MIMO detection problem, they are not suitable to solve the large-scale MIMO detection problem due to their high computational complexities. In this paper, we propose an efficient sparse quadratic programming (SQP) relaxation based algorithm for solving the large-scale MIMO detection problem. In particular, we first reformulate the MIMO detection problem as an SQP problem. By dropping the sparse constraint, the resulting relaxation problem shares the same global minimizer with the SQP problem. In sharp contrast to the SDRs for the MIMO detection problem, our relaxation does not contain any (positive semidefinite) matrix variable and the numbers of variables and constraints in our relaxation are significantly less than those in the SDRs, which makes it particularly suitable for the large-scale problem. Then we propose a projected Newton based quadratic penalty method to solve the relaxation problem, which is guaranteed to converge to the vector of transmitted signals under reasonable conditions. By extensive numerical experiments, when applied to solve large-scale problems, the proposed algorithm achieves better detection performance than a recently proposed generalized power method.


翻译:在无线通信中,多输出多输出(MIMO)检测是一个根本问题,而且一般而言,这种检测非常难以解决。大规模IMIMO已被公认为第五代(5G)和通信网络之外的关键技术,一方面可以显著改善通信性能,另一方面则在解决相应的优化问题方面提出了新的挑战。虽然为解决小型IMIMO检测问题提出了各种高效算法,如半无限期放松(SDR),但由于计算复杂程度高,这些算法不适合解决大型IMIMO检测问题。在本文件中,我们提出了高效的零散二次程序(SQP)的放松法,以解决大型IMO检测问题。特别是,我们首先将IMO检测问题重新定位为SQP问题。通过减少限制,由此产生的放松问题与SQP问题有着相同的全球最小化作用。与IMO检测问题的普遍化指数相比,由于计算复杂程度问题,我们的解析方法并不包含任何(对高计算性半固定性)的大规模二次检测问题,最近,我们提出的基于大规模二次诊断性测算法的放松算法,而我们提出的大规模测算方法下,我们提出的大幅测算的变易变变变的变的变的变的货币和变货币的变货币的变货币的变数和变数和变数是后的方法。

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