In this paper we consider maximum-likelihood (ML) MIMO detection under one-bit quantized observations and binary symbol constellations. This problem is motivated by the recent interest in adopting coarse quantization in massive MIMO systems--as an effective way to scale down the hardware complexity and energy consumption. Classical MIMO detection techniques consider unquantized observations, and many of them are not applicable to the one-bit MIMO case. We develop a new non-convex optimization algorithm for the one-bit ML MIMO detection problem, using a strategy called homotopy optimization. The idea is to transform the ML problem into a sequence of approximate problems, from easy (convex) to hard (close to ML), and with each problem being a gradual modification of its previous. Then, our attempt is to iteratively trace the solution path of these approximate problems. This homotopy algorithm is well suited to the application of deep unfolding, a recently popular approach for turning certain model-based algorithms into data-driven, and performance enhanced, ones. While our initial focus is on one-bit MIMO detection, the proposed technique also applies naturally to the classical unquantized MIMO detection. We performed extensive simulations and show that the proposed homotopy algorithms, both non-deep and deep, have satisfactory bit-error probability performance compared to many state-of-the-art algorithms. Also, the deep homotopy algorithm has attractively low computational complexity.


翻译:在本文中,我们考虑在一位数的观测和二位符号星座下检测最大可能性(ML) MIMO。 这个问题的起因是最近有意在大型MIMO系统中采用粗微的量化,作为降低硬件复杂性和能源消耗的有效方法。 经典MIMO检测技术考虑的是未量化的观测,其中许多观测方法不适用于一位数的MIMO案例。 我们开发了一种新的一位数的ML MIMO检测问题非碳化优化算法,采用了一种叫作同质调优化的战略。 我们的初衷是将ML问题转化为一系列近似问题,从易(康韦克斯)到硬(接近MIMO),而每个问题都是逐步改变其硬件复杂性和能源消耗量。 然后,我们试图反复追踪这些近似问题的解决方案路径。 这种同质性算法非常适合深度的运用,最近流行的一种方法将某些基于模型的运算法转化为数据驱动的,并且提高了性能。 我们最初的侧重点是一位数的低级计算方法, 与高端数的运算法也自然地展示了我们所拟议的高级模拟的不甚高的模拟。

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