面向广义MIMO的记忆AMP：编码原理与信息论最优性
信息论
2023-11-08 v1 信号处理
math.IT
摘要
为支持下一代无线通信中的复杂通信场景，本文关注具有实际假设的广义MIMO（GMIMO），如大规模天线、实用信道编码、任意输入分布，以及一般右酉不变信道矩阵（涵盖瑞利衰落、某些病态和相关信道矩阵）。正交/矢量近似消息传递（OAMP/VAMP）接收机已被证明在GMIMO中具有信息论最优性，但受限于高复杂度的LMMSE。为解决该问题，低复杂度的记忆近似消息传递（MAMP）接收机近期被证明是贝叶斯最优的，但仅限于未编码系统。因此，如何为GMIMO设计低复杂度且信息论最优的接收机仍是一个开放问题。针对该问题，本文提出一种信息论最优的MAMP接收机，并研究其可达速率分析与最优编码原理。具体而言，由于长记忆线性检测，MAMP的状态演化（SE）呈复杂的多维形式，无法直接用于分析其可达速率。为避免该困难，利用MAMP与OAMP/VAMP的SE不动点一致性质，推导出MAMP的简化单输入单输出变分SE（VSE）。使用VSE计算MAMP的可达速率，并建立最大化可达速率的最优编码原理。在此基础上，严格证明了MAMP的信息论最优性。数值结果表明，采用实用优化LDPC码的MAMP有限长性能距相应约束容量仅差0.5–2.7 dB。值得注意的是，对于大规模系统，MAMP能以OAMP/VAMP 0.4%的耗时取得相同性能。
引用
@article{arxiv.2311.04012,
title = {Memory AMP for Generalized MIMO: Coding Principle and Information-Theoretic Optimality},
author = {Yufei Chen and Lei Liu and Yuhao Chi and Ying Li and Zhaoyang Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2311.04012},
year = {2023}
}
备注
16 pages, 13 figures, accepted by IEEE TWC. arXiv admin note: substantial text overlap with arXiv:2310.17943