如何使用最大似然检测器（MLD）方案优化MIMO接收器性能

CEVA解决方案

CEVA通过推出最大似然MIMO检测器(MLD)来应对MIMO接收器的挑战。该MLD是紧密耦合扩展加速器硬件单元。该MLD能够处理LTE——先进的Cat.7数据流并产生软输出最大对数解决方案。

该MLD加速器达到了次优最大似然(ML)解决方案，可用于4×4或3×3 MIMO @12.6 Mega-tones/秒，使用软输出球解码器方法，以及2×2基于LORD 的ML解决方案 @ 28.8 Mega-tones/秒，使用载波聚合。该MLD设计用于移动应用，强调低功耗设计理念。

功能集

MLD功能集包括对以下的支持：

* 从2×2到4×4 MIMO的可变传输模式，且每层可配置的调制高达64QAM。

* 三种搜索优化：每个树层的用户自定义层排序，初始半径和搜索半径。

* 通过提供吞吐量控制能力，CEVA MLD解决了软输出球解码的非确定性质，包括用于音调处理的上下循环计数界线。另外，使用用户自定义的基于时间标记的终端来保持系统吞吐量。

* 可以扩展软比特来补偿SNR和调制因数。

* 在内部符号和内层解决方案中提供对LLR排列的支持

* 内层解映射：支持两个代码层，使MLD能够将所写数据拆分到两个不同的目的地。

* 可扩展的硬件解决方案实现了性能/功率/面积的权衡，包括选择MLD引擎的数量、缓冲器大小和接口时钟比率。

另外，加速器提供了广泛的调试和性能分析能力。

MLD加速器方框图

图5描述了MLD加速器的方框图，其包含了一个AXI接口、输入缓冲器、分配器、最大似然引擎(Maximum Likelihood Engine，MLE)、LLR发生器、重排序缓冲器和输出缓冲器。

输入缓冲器存储了大量的音调数据，通过分配器，每次传送一个音调到MLE。每个MLE输出有关检测到的比特数据；这进而通过LLR发生器转化为LLR格式。重排序缓冲器积累LLR 数据，以便传输和发送有序的输出到输出缓冲器中。输出缓冲器通过AXI接口将LLR写到接收链中的下一个模块。


图5：MLD加速器方框图。

MLD性能

图6描述了与MMSE接收器相比较的CEVA MLD TCE的性能，使用了4×4空间复用MIMO。封包出错率中的吞吐量可在不同的SNR条件下评估。LTE信道设置在EPA 5Hz和低相关传播条件上。


图6：4×4 MIMO空间复用性能。

CEVA的解决方案获得接近ML的结果，而MMSE遭受严重的性能下降，即便在低相关条件下。对于更高的相关条件，MMSE将会进一步恶化。

相比之下，具有类似性能的K-best解决方案将需要超过两倍的CEVA MLD TCE范围。

CEVA MLD TCE包含了：

* 相比单纯的ML解码，MIMO 4×4具有低于1.5dB损失的极佳精确度。

* 无精度损失解码MIMO 2×2 (LORD同等性能和复杂性)。

* 超低功耗设计。

* 有竞争力的芯片尺寸。

图7描述了4×4 MIMO的性能，采用64-QAM调制，SM在最高编码速率下。即使在这些条件下，相比理想的ML结果，CEVA MLD TCE仍提供了低于1.5dB的精度损失。


图7：MLD 4×4 MIMO的性能。

图8说明了SM 在最高编码速率下的2×2 MIMO的性能，采用64-QAM 调制。CEVA MLD TCE提供完美的ML性能。

结论

本文展示MLD接收器实现了优于线性接收器的结果，但当选择MLD实施时，仍有许多因素需要考虑。MLD接收器设计人员必须选择最合适的解决方案用于所需的应用，要考虑以下因素：

* 精度目标和吞吐量要求：需要一个用户可配置的解决方案，以便快速获得高质量LLR。

* 延迟定义：需要可定义的系统计划，以便在规定的时间内完成任务——例如，通过使用时间标记。

* 信道类型快/慢时间变化：快速时间变化信道将需要频繁更新信道信息的能力。

* 硬件考虑：大小、速度(MHz)和功耗。

* 需要可扩展的硬件解决方案来满足小面积和低功耗需求。