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

1、物聯(lián)網(wǎng)是第五代移動(dòng)通信的重要應(yīng)用場(chǎng)景。物聯(lián)網(wǎng)中聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)目將大幅增長(zhǎng)，要求未來(lái)的通信系統(tǒng)以較高的傳輸速率同時(shí)支持超大規(guī)模的連接；同時(shí)，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(dòng)態(tài)，這要求未來(lái)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(jì)。在本學(xué)位論文中，我們?cè)谛畔⒄摾碚摵途幋a理論的指導(dǎo)下，重點(diǎn)研究了大規(guī)模接入場(chǎng)景中的多址接入?yún)f(xié)議設(shè)計(jì)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴提出了一個(gè)新型隨機(jī)非正交多址接

2、入的基本框架，稱為無(wú)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(diǎn)僅給用戶指定一個(gè)隨機(jī)接入控制函數(shù)，然后用戶以偽隨機(jī)方式共享資源進(jìn)行接入。所有用戶的接入過(guò)程可共同等效為一種特殊形式的線性疊加無(wú)速率碼，接入點(diǎn)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(duì)資源單元進(jìn)行分類并且設(shè)計(jì)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(qiáng)的無(wú)速率多址接入方案。此外，我們利用外

3、信息傳播理論對(duì)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(jī)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(duì)系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計(jì)。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(kāi)銷和較高的自適應(yīng)性，符合大規(guī)模接入場(chǎng)景的需求。⑵提出了一種“免授權(quán)”的無(wú)速率多址接入方案。該方案可以省去基本框架的“注冊(cè)”過(guò)程，能夠降低信令開(kāi)銷和系統(tǒng)時(shí)延。此外，我們進(jìn)一步提出了一種聯(lián)合用戶檢測(cè)譯碼算法，以較低

4、的復(fù)雜度同時(shí)實(shí)現(xiàn)信道估計(jì)、用戶檢測(cè)和信息譯碼。基于密度進(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(wú)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(kāi)銷和時(shí)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(gè)用戶通過(guò)將待發(fā)送

5、數(shù)據(jù)分割成多個(gè)數(shù)據(jù)流進(jìn)而等效成多個(gè)虛擬用戶。即使不同用戶到達(dá)接入點(diǎn)的功率相同，接入點(diǎn)仍然可以利用連續(xù)干擾消除算法恢復(fù)出各個(gè)用戶的數(shù)據(jù)，因此該方案可避免復(fù)雜的用戶配對(duì)，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(jì)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