低復(fù)雜度大規(guī)模接入?yún)f(xié)議設(shè)計.pdf

1、物聯(lián)網(wǎng)是第五代移動通信的重要應(yīng)用場景。物聯(lián)網(wǎng)中聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)目將大幅增長，要求未來的通信系統(tǒng)以較高的傳輸速率同時支持超大規(guī)模的連接；同時，隨著網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、業(yè)務(wù)狀態(tài)和信道狀態(tài)都將變得更加動態(tài)，這要求未來的通信系統(tǒng)有較高的自適應(yīng)性。這些要求將極大地影響多址接入?yún)f(xié)議的設(shè)計。在本學(xué)位論文中，我們在信息論理論和編碼理論的指導(dǎo)下，重點研究了大規(guī)模接入場景中的多址接入?yún)f(xié)議設(shè)計。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴提出了一個新型隨機非正交多址接

2、入的基本框架，稱為無速率多址接入。該框架與傳統(tǒng)方案的中心式資源分配不同，接入點僅給用戶指定一個隨機接入控制函數(shù)，然后用戶以偽隨機方式共享資源進(jìn)行接入。所有用戶的接入過程可共同等效為一種特殊形式的線性疊加無速率碼，接入點利用復(fù)雜度較低的置信傳播算法進(jìn)行譯碼。為了進(jìn)一步提升系統(tǒng)性能，我們將空間耦合思想引入該接入框架，對資源單元進(jìn)行分類并且設(shè)計了不同用戶到不同類型資源單元集合的映射關(guān)系，據(jù)此提出了一種增強的無速率多址接入方案。此外，我們利用外

3、信息傳播理論對所提方案進(jìn)行理論分析，得到了系統(tǒng)可達(dá)速率與隨機接入控制函數(shù)、空間耦合類型、用戶預(yù)編碼等參數(shù)的關(guān)系，并據(jù)此對系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計。分析結(jié)果和仿真結(jié)果一致表明，所提方案可以漸進(jìn)地達(dá)到信道容量，并且具有較低的信令開銷和較高的自適應(yīng)性，符合大規(guī)模接入場景的需求。⑵提出了一種“免授權(quán)”的無速率多址接入方案。該方案可以省去基本框架的“注冊”過程，能夠降低信令開銷和系統(tǒng)時延。此外，我們進(jìn)一步提出了一種聯(lián)合用戶檢測譯碼算法，以較低

4、的復(fù)雜度同時實現(xiàn)信道估計、用戶檢測和信息譯碼?；诿芏冗M(jìn)化理論，我們提出了一種近似分析算法，用于分析所提算法的性能。分析結(jié)果和仿真結(jié)果一致表明，與基于“授權(quán)”的無速率多址接入相比，所提方案只引入極小的誤塊率性能損失，但可以大幅降低系統(tǒng)的信令開銷和時延。此外，我們將該思想推廣于基于固定簽名矩陣的稀疏碼多址接入方案中，提出了一種簽名序列跳變的稀疏碼多址接入方案。⑶提出了一種基于速率分割的非正交多址接入方案。在所提方案中，每個用戶通過將待發(fā)送

5、數(shù)據(jù)分割成多個數(shù)據(jù)流進(jìn)而等效成多個虛擬用戶。即使不同用戶到達(dá)接入點的功率相同，接入點仍然可以利用連續(xù)干擾消除算法恢復(fù)出各個用戶的數(shù)據(jù)，因此該方案可避免復(fù)雜的用戶配對，并且降低調(diào)度復(fù)雜度。此外，我們分析了所提方案的性能，得到了系統(tǒng)中斷概率和可達(dá)速率與系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)之間的閉式關(guān)系表達(dá)式。根據(jù)理論分析結(jié)果，我們提出了一種系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)（包括速率分割類型和功率分割類型）的設(shè)計方法。最后，分析結(jié)果和仿真結(jié)果一致表明所提方案在可達(dá)速率與中斷概率等方面都