Short-Packet Communications in Non-Orthogonal Multiple Access Systems
这项工作介绍了，第一次，非正交多址接入（NOMA）到短分组通信，以实现低延迟的无线网络。具体而言，我们解决的传输速率和功率分配的优化，以最大限度地提高有效吞吐量的用户具有较高的信道增益，同时保证其他用户实现一定水平的有效吞吐量。为了证明NOMA的好处，我们分析了正交多址接入（OMA）的性能作为基准。我们的研究表明，NOMA可以显着优于OMA实现更高的有效吞吐量与相同的延迟或招致较低的延迟，以实现相同的有效吞吐量目标。令人惊讶的是，我们发现，NOMA和OMA之间的性能差距变得更加突出时，在两个用户的有效吞吐量目标变得更接近对方。这表明，NOMA可以显着减少在短数据包通信的实际约束的上下文中的延迟。
2017-09-19 cs.IT math.IT
Performance Analysis of Block Markov Superposition Transmission of Short Codes
本文研究了短码的块马尔可夫叠加传输（BMST）的渐近性能和有限长性能，BMST可以看作是一类新的空间耦合SC码，其生成矩阵（简称{ \em基本码}）是耦合的。为了研究BMST码的收敛性，提出了一种改进的外信息传递EXIT图分析法，该方法考虑了互信息MI与误码率的关系。利用改进的EXIT图分析，研究了各种参数对BMST码性能的影响，从而为设计和实现适用于滑动窗口译码的实用BMST码提供了理论指导。然后，我们提出了BMST码和SC低密度奇偶校验（SC-LDPC）码的性能比较的基础上相等的解码延迟。同时还比较了两种算法的计算复杂性。仿真结果表明，在等译码时延约束下，以重复码为基本码的BMST码在瀑布区性能优于$(3,6)$ -正则SC-LDPC码，但具有较高的计算复杂性。
2015-04-12 cs.IT math.IT
Use of Non-Orthogonal Multiple Access in Dual-hop relaying
为了提高双跳中继系统的和速率，提出了一种新的非正交多址接入（NOMA）两阶段功率分配方案。在该方案中，在从源接收到具有功率分配的叠加编码符号之后，中继节点向目的地转发具有另一功率分配的新的叠加编码符号。通过采用最大比合并（MRC），目的地联合解码来自源和中继的信息符号。假设瑞利衰落信道，在高信噪比（SNR）的遍历SR的封闭形式的解决方案，推导出一个实际的功率分配也被设计为建议的NOMA计划。数值结果表明，与已有的工作相比，该方案的性能有了明显的提高。
2016-04-13 cs.IT math.IT
Product Superposition for MIMO Broadcast Channels
研究了无发射端信道状态信息的多天线广播信道。对于该信道，已知当所有接收机都具有信道状态信息（CSIR）时，自由度（DoF）不能被改进超过经由TDMA可用的自由度。如果没有接收器拥有CSIR，则情况也是如此。本文表明，一个全新的情况下出现时，接收器有不平等的CSIR。特别地，当一个接收机具有CSIR而另一个接收机不具有CSIR时，正交传输不再是DoF最优的。一个乘法叠加提出了这种情况下，并示出达到最佳的自由度下的一组广泛的天线配置和相干长度。基于乘性叠加构造了两种信令方案。在第一种方法中，两个接收器的消息分别在矩阵的行和列空间中携带。这种方法比正交传输工作得更好，同时在每个接收机处的接收仍然是无干扰的。第二种方法对具有CSIR的接收机使用相干信令，而对不具有CSIR的接收机使用格拉斯曼信令。该第二种方法需要在接收机处利用CSIR进行干扰消除，但是实现了比第一种方法更高的DoF。
2012-07-27 cs.IT math.IT
Non-Orthogonal Time-Frequency Space Modulation
本文提出基于时频空间变换的非正交时频空间调制及过载时延-多普勒调制技术，结合改进球形译码，提升高移动性通信的频谱效率与低延迟性能。
2024-02-06 cs.IT eess.SP math.IT
Integrated Sensing and Communication System via Dual-Domain Waveform Superposition
集成传感和通信（ISAC）系统被认为是第六代（6 G）网络的关键组成部分之一。ISAC中的一个具有挑战性的主题是在相同的时间-频率-空间资源上结合通信和感测功能的单个波形的设计，允许通过部分或全部硬件共享来调整两者的性能。本文提出了一种双域波形设计方法，叠加到频时（FT）域的传统正交频分复用（OFDM）信号和感测一个，故意设计在延迟多普勒域。利用感测信号w.r.t.通过使用OFDM，有可能超过传统多载波系统特有的监管带宽限制，以增加感测性能，同时使通信基本上不受影响。数值和实验结果证明了双域波形的有效性，尽管与用于通信的信号相比，用于感测的信号的功率减少至少30 dB。双域ISAC波形在延迟估计的Cramér-Rao界（高达20 dB）方面优于OFDM和正交时频空间（OTFS），这要归功于其优异的分辨率，而对可实现的速率的损失可以忽略不计。
2022-12-15 cs.IT eess.SP math.IT
Dynamic Power Allocation and User Scheduling for Power-Efficient and Low-Latency Communications
在本文中，我们提出了一个联合的动态功率控制和用户配对算法的功率效率和低延迟的混合多址接入系统。在混合多址接入系统中，用户配对确定发射机应该通过正交多址接入（OMA）还是非正交多址接入（NOMA）来服务于某个用户。提出的优化框架，最大限度地减少了长期的时间平均发射功率支出，同时减少了传输延迟，并满足时间平均数据速率的要求。该技术通过观察信道和队列状态信息，并通过适当的用户配对和功率分配来调整队列积压，以避免过多的排队延迟。此外，在所提出的算法中捕获用于确定给定用户链路的激活以及资源的灵活使用的用户调度。数据密集型仿真结果表明，该方案基于超可靠低延迟通信（URLLC）设计的短帧结构，保证了端到端延迟小于1 ms，具有高能效和高可靠性。
2018-06-29 cs.IT eess.SP math.IT
URLLC and eMBB Coexistence in MIMO Non-orthogonal Multiple Access Systems
增强型移动宽带（eMBB）和超可靠低延迟通信（URLLC）是第五代移动通信系统（5G）中的两种主要预期服务。具体而言，eMBB应用支持极高数据率通信，而URLLC服务旨在提供具有高可靠性通信的严格延迟。由于URLLC和eMBB服务对服务质量（QoS）的要求不同，它们之间的频谱共享成为一个具有挑战性的调度问题。在本文中，我们的目标是研究穿孔技术下的多输入多输出（MIMO）非正交多址（NOMA）系统中的URLLC和eMBB协同调度/共存问题。该目标函数通过联合用户选择和功率分配调度，在满足URLLC用户时延要求的同时，最大化eMBB用户的数据率。为了解决这个问题，我们首先引入了一个eMBB用户聚类机制，以平衡系统性能和计算复杂性。之后，我们将原问题分解为两个子问题，即用户选择和功率分配的调度问题。我们引入了Gale-Shapley（GS）理论来解决用户选择问题，并引入了连续凸近似（SCA）和凸差分（D.C.）编程来处理功率分配问题。最后，利用迭代算法以较低的计算复杂性找到全局解。数值结果表明了所提算法的有效性，也验证了所提方法优于其他基线方法。
2021-09-13 cs.IT eess.SP math.IT
Flexible Multiple Access Enabling Low-Latency Communications: Introducing NOMA-R
5G及更高（B5 G）网络中的各种垂直行业需要非常严格的延迟保证，同时还需要实现大规模连接。因此，选择最佳的多址接入（MA）技术来实现低延迟是B5 G的关键推动因素。特别地，由于潜在的高数量的冲突，该问题在上行链路传输中更加严重。在此前提下，在目前的贡献，我们讨论的问题，延迟敏感的上行链路连接使用优化的MA技术，为此，我们进行了比较分析的各种MA方法相对于可实现的有效容量（EC）。相对于标准速率（PHY）或吞吐量（MAC）的分析，我们提出了有效容量的概念，作为一个合适的度量表征联合PHY-MAC层延迟。所研究的MA方法的调色板包括上行链路场景中的标准正交MA（OMA）和功率域非正交MA（NOMA），两者都考虑随机配对和优化配对替代方案。它进一步扩展到包括最近提出的第三种替代方案，称为NOMA-Relevant（NOMA-R），它通过灵活选择MA技术扩展了OMA和NOMA方法。我们表明，优化用户配对和MA选择增加了网络EC，特别是当严格的延迟限制到位，因此灵活的MA是未来低延迟应用的潜在首选策略
2020-01-28 cs.IT eess.SP math.IT
High Reliability Downlink MU-MIMO: New OSTBC Approach and Superposition Modulated Side Information
在本文中，一个建议，以提高下行链路多用户（MU）MIMO传输方案的可靠性的一种新的方法，在正交空时分组码（OSTBC）和网络编码与叠加调制系统和边信息的使用进行了研究。利用新的编码OSTBC方法，提供了分集，其中每个用户接收所有其他用户的符号，这允许以多种方式恢复符号。此外，多个用户可以被容纳相同的资源，这在资源总是受限的无线系统中是非常有用的。通过采用叠加调制，可以在用于正常信息帧的相同资源上发送错误恢复所需的边信息。此外，所提出的系统利用多样性，通过一种新的技术，子星座图为基础的信号组合有效的边信息传播。详细分析了新的OSTBC方法。它示出的MU-MIMO系统的性能，可以显着改善的块和帧的出错率（BLER，FER）被认为是可靠性措施。通过容纳合理数量的多个用户，以速率为代价实现了高可靠性。为了补偿低速率，可以考虑传统的OSTBC，并且示出了仿真结果，其中，作为要支付的惩罚，需要多个正交资源。
2020-01-20 cs.IT math.IT
Wideband Direct Satellite Uplink Enabled by Pilot-less Sparse Superposition Codes
Politecnico di Torino（都灵理工大学）；Shannon Research Center, Huawei Technologies Sweden AB（华为技术有限公司瑞典分公司香农研究中心）
本文提出一种基于稀疏叠加编码的无导频编码调制方案，以在覆盖受限场景中实现高效宽频使用，通过结构化的Zadoff-Chu准正交字典支持可扩展传输，并通过指示序列嵌入根索引信息以减少解码复杂度，仿真结果表明该方案相比传统窄带多维星座方案在吞吐量上有所提升。
2026-07-07 cs.IT eess.SP math.IT
Performance Analysis and Design of Non-orthogonal Multiple Access for Wireless Communications
本论文主要研究无线通信系统中非正交多址系统的性能分析与资源分配设计。与传统的正交多址（OMA）方案相比，NOMA允许多个用户通过叠加编码和连续干扰消除（SIC）解码来共享相同的自由度。从信息论的角度来看，受到坚实基础的启发，NOMA重新点燃了研究人员的兴趣，这是信号处理和硅技术最新进展的一个好处。然而，NOMA的综合性能分析和实际的资源分配设计，以利用NOMA在频谱和能量效率方面的潜在收益还没有得到充分的研究和调查的文献。本文针对这些问题，对无线通信系统中的NOMA进行了统一的性能分析和系统的资源分配设计。
2019-10-02 cs.IT eess.SP math.IT
Terahertz-Band MIMO-NOMA: Adaptive Superposition Coding and Subspace Detection
研究了太赫兹（THz）波段非正交多址（NOMA）系统中超大规模多输入多输出（UM-MIMO）数据的高效检测问题。我们认为，最常见的太赫兹NOMA配置是功率域叠加编码在准光双大规模MIMO信道。我们提出了空间调谐技术，修改天线子阵列的安排，以提高信道条件。为了在接收端恢复叠加的数据，我们提出了一种基于低复杂度信道矩阵打孔的数据检测器，其中高阶检测器是从低阶分量检测器动态形成的。我们首先详细介绍了所提出的解决方案的情况下，在点对点太赫兹MIMO链路的多个流的叠加编码。然后，我们将研究扩展到多用户NOMA，其中随机分布的用户被分组到狭窄的小区扇区，并根据其接近基站的程度分配不同的功率电平。我们表明，连续干扰消除进行空间调谐下的最小的性能和复杂性成本。我们推导出近似的比特出错率（BER）方程，我们提出了一个架构设计，以说明复杂性降低。在典型的THz条件下，信道打孔在高信噪比下引入了超过一个数量级的BER降低，同时将复杂度降低了约90%。
2021-03-03 cs.IT eess.SP math.IT
Noncoherent and Non-orthogonal Massive SIMO for Critical Industrial IoT Communications
为了实现关键工业物联网（IIoT）应用所需的超可靠低延迟无线通信，本文提出了一种新的非相干和非正交大规模单输入多输出（SIMO）框架，其中部署了大量天线以提供高空间分集，从而实现超可靠通信，并且应用非相干传输和非正交多址技术来分别有效地减少物理和数据链路层的等待时间。一个两用户的IIoT系统被认为是阐述我们的框架的关键设计原则，其中两个受控节点（CN）发送他们的数据到一个共同的管理节点（MN）在相同的时间-频率资源块，和MN实现非相干最大似然检测器从接收到的和信号恢复两个CN的发送符号。我们分析了所考虑的系统的错误性能，然后通过联合设计两个CN的星座来最小化系统错误概率。仿真结果表明，我们的设计具有较低的错误概率比现有的设计。
2019-03-05 cs.IT math.IT
Short-Packet Downlink Transmission with Non-Orthogonal Multiple Access
本文将下行非正交多址接入技术引入短分组通信。NOMA在改善低延迟下行链路传输的正交多址接入（OMA）的公平性和频谱效率方面具有很大的潜力，因此对于新兴的物联网具有吸引力。我们考虑了一个两用户下行NOMA系统有限块长度的约束，其中的传输速率和功率分配进行了优化。为此，我们调查的传输速率，解码错误概率，和块长度测量的传输延迟之间的权衡。然后，一维搜索算法，提出了解决的挑战，主要是由于有限的块长度和连续干扰消除不保证的影响，可达速率。我们还分析了OMA的性能作为基准，充分展示NOMA的好处。我们的模拟结果表明，NOMA显着优于OMA在实现更高的有效吞吐量受到相同的有限块长度约束，或招致较低的延迟，以实现相同的有效吞吐量目标。有趣的是，我们进一步发现，与有限的块长度，NOMA相对于OMA的优势是更加突出的有效吞吐量目标时，在两个用户变得更加可比。
2018-06-10 cs.IT math.IT
Rapid Optimization of Superposition Codes for Multi-Hop NOMA MANETs via Deep Unfolding
本文提出一种基于深度展开的叠加编码快速优化算法，通过少量投影梯度步骤和无监督学习每用户超参数，在信道状态信息完整或需从导频估计两种情形下，实现多跳NOMA MANET中高速率叠加编码的快速配置。
2024-06-09 cs.IT eess.SP math.IT
Signature Design of Sparsely Spread CDMA Based on Superposed Constellation Distance Analysis
稀疏扩展码分多址（SCDMA）是允许基站在公共信道上同时与多个用户通信的非正交叠加编码方案。SCDMA系统的检测性能主要取决于其特征矩阵，特征矩阵应该是稀疏的，以保证扩展和叠加后的等效信号星座图具有较大的欧氏距离。设计了在置信度分割和最大似然检测下均表现良好的签名矩阵。所提出的设计适用于几个类似的有据可查的计划，包括网格码多址（TCMA），低密度扩频，叠加调制系统。
2016-04-15 cs.IT math.IT
Rate-Splitting Unifying SDMA, OMA, NOMA, and Multicasting in MISO Broadcast Channel: A Simple Two-User Rate Analysis
考虑到两用户多天线广播信道，本文表明，线性预编码的具有连续干扰消除（SIC）的速率分裂（RS）接收机是用于非正交传输的灵活框架，其概括并包含四种看似不同的策略，即基于线性预编码的空分多址（SDMA），正交多址（OMA），非正交多址接入（NOMA）基于线性预编码的叠加编码与SIC，和物理层组播。本文研究了和速率，并分析了RS如何统一，优于，并专门为SDMA，OMA，NOMA，和多播作为信道强度的差异和用户信道方向之间的角度的函数。
2019-06-11 cs.IT eess.SP math.IT
A Superposition Signaling Scheme for Integrated Sensing and Communication
Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）；Technical University of Berlin（柏林工业大学）
研究集成感知与通信系统容量，以发射信号集成旁瓣电平为输入代价，简化为特定信道容量问题。提出叠加两个极值输入的信号策略，其速率可精确表达，数值结果显示该策略与容量最坏情况差距约0.043比特。
2026-07-15 cs.IT math.IT
Pattern Division Random Access (PDRA) for M2M Communications with Massive MIMO Systems
本文提出一种基于正交构建块叠加的模式域导频设计（PDRA），扩大竞争空间并降低碰撞概率，从而提升大规模MIMO系统中mMTC随机接入性能，且几乎不改变物理层。
2025-10-25 cs.IT cs.SC math.IT
Capacity Bounds for Diamond Networks with an Orthogonal Broadcast Channel
研究了一类菱形网络，其中广播分量是正交的，由两个独立的比特管道建模。新的上限和下限的能力。上界的证明技术推广了Ozarow的高斯多描述问题（1981）和Kang和Liu的高斯钻石网络（2011）的边界技术。下界是基于马顿的编码技术和叠加编码。高斯和二进制加法器多路访问信道（MAC）的界限进行评估。对于高斯MAC，下限和上限都加强了Kang-Liu界限，并为比特管道容量的有趣范围建立了容量。对于二进制加法器MAC，针对所有范围的位管容量建立容量。
2015-10-04 cs.IT math.IT
The Magic of Superposition: A Survey on Simultaneous Transmission Based Wireless Systems
在传统的通信系统中，两个通信点之间的任何干扰都被认为是不需要的噪声，因为它使接收到的信号失真。另一方面，允许同时传输并有意地接受信号的干扰，甚至从中受益，已经被考虑用于一系列无线应用。作为突出的例子，非正交多址（NOMA），联合信源-信道编码，和计算代码被设计成利用这种情况。他们还启发了许多其他的基础工作，从网络编码到共识算法。特别是，联邦学习是一种新兴技术，可以通过允许同时传输来应用于分布式机器学习网络。虽然各种同时传输的应用存在独立的文献中，他们的主要贡献都是基于相同的原则，叠加属性。在这次调查中，我们的目的是强调这些研究之间的联系，并为读者提供一个指南，从信号的叠加受益的无线通信技术。我们根据现有文献的目的和应用领域对其进行分类，并介绍其贡献。调查显示，同时传输可以为某些分布式无线场景带来可扩展性，安全性，低延迟，低复杂性和能源效率，这是新兴物联网（IoT）应用所不可避免的。
2022-05-13 cs.IT math.IT
Non-Orthogonal Multiple Access for Degraded Broadcast Channels: RA-CEMA
提出了一种新的非正交多址接入方案，该方案可以同时向多个具有不同信噪比的用户进行传输。通过根据适当设计的模式将不同用户的码字存储到复用矩阵中，然后将矩阵的列映射到高阶星座的符号上，来对不同用户进行复用。在接收机处，采用干扰消除算法以实现比正交用户复用更高的频谱效率。速率自适应星座扩展多址（RA-CEMA）是一种替代传统的叠加编码作为一种解决方案，在降级的广播信道上传输。它结合了提高频谱效率的好处和重用已在当代通信系统中使用的编码和调制方案的优点，从而促进了其在标准中的采用。
2015-01-28 cs.IT math.IT
Unsourced Random Access with a Massive MIMO Receiver Using Multiple Stages of Orthogonal Pilots
本文研究了瑞利块衰落信道下接收机配置多天线的无源随机接入问题。我们采用多个阶段的正交导频，其中每一个是随机挑选的码本。在所提出的方案中，每个用户使用极化码对其消息进行编码，并将其附加到所选择的导频序列以构建其发送的信号。因此，接收信号由用户信号的叠加组成，每个用户信号由多个正交导频部分和极化编码部分组成。我们使用一个迭代的方法来解码发送的消息，以及一个合适的连续干扰消除方案。通过大量的仿真结果表明，该方案的性能显着优于现有的方法URA多输入多输出衰落信道。
2022-05-19 cs.IT math.IT
Block Markov Superposition Transmission of BCH Codes with Iterative Erasures-and-Errors Decoders
本文提出了一种BCH码的块马尔可夫叠加传输（BMST-BCH），它可以构造成具有很低的错误平层。为了降低实现的复杂度，我们设计了一个低复杂度的迭代滑动窗口解码算法，其中只有二进制和/或擦除消息处理和处理单元之间的交换。错误平层可以通过基因辅助下界来预测，而瀑布性能可以通过密度演化方法来分析。为了评估所构造的BMST-BCH码在非常低的比特出错率（BER）区域的错误平层，我们提出了一种快速的模拟方法。数值结果表明，在目标误码率为$10^{-15}$的情况下，对具有$25\%$开销的BMST-BCH码进行硬判决译码可以获得$10.55$ dB的净编码增益（NCG）.此外，软判决解码可以产生$10.74$ dB的NCG。BMST-BCH码的构造是灵活的，可以在所有感兴趣的开销下权衡延迟与性能，并且可以作为有吸引力的候选者在光传送网络中找到应用。
2017-08-21 cs.IT math.IT
Systematic Block Markov Superposition Transmission of Repetition Codes
本文提出了一种系统块马尔可夫叠加传输的重复~（BMST-R）码，它可以支持很宽的码率范围，但基本上保持相同的编解码硬件结构。系统的BMST-R码类似于经典的速率兼容删余卷积码（RCPC），只是由于面向块的编码过程引入了巨大的约束长度，它们通常不能被Viterbi算法解码。该方法将信息序列平均分块直接传输，而其副本以块马尔可夫叠加的方式交织传输。考虑到码是系统的，我们推导了最大{ \em后验} MAP译码下的误比特率的上、下界。推导出的下界揭示了BER，编码内存和码率之间的联系，这提供了一种方法来设计良好的系统BMST-R码，也允许我们在效率，性能和复杂度之间进行权衡。数值结果表明：1）在高信噪比区域，所提出的界是紧的; 2）系统BMST-R码在较宽的码率范围内性能良好; 3）在等译码时延约束下，系统BMST-R码性能优于空间耦合低密度奇偶校验（SC-LDPC）码。
2016-01-20 cs.IT math.IT
Rate-Splitting Multiple Access with Finite Blocklength for Short-Packet and Low-Latency Downlink Communications
速率分割多址接入（RSMA）是一种新兴的灵活而强大的多天线下行链路多址接入方式。在本文中，我们将RSMA的概念引入短分组下行链路通信。我们设计了最佳的线性预编码器，最大限度地提高了有限块长度（FBL）的限制和速率。研究了RSMA在不同网络负载和用户部署情况下的总速率与块长度之间的关系。数值结果表明，RSMA可以实现与非正交多址（NOMA）和空分多址（SDMA）相同的传输速率，具有更短的块长度（因此更低的延迟），特别是在过载的多天线网络。因此，我们得出结论，RSMA是一个有前途的多路访问的低延迟通信。
2022-07-12 cs.IT math.IT
Lattice Partition Multiple Access: A New Method of Downlink Non-orthogonal Multiuser Transmissions
在本文中，我们提出了一种新的下行链路非正交多用户叠加传输方案，用于未来的5G蜂窝网络，我们称之为格型分区多址（LPMA）。在该设计中，基站为多个用户发送多级格码。每个用户的代码级别对应于一个不同的素数，并由其他用户的所有不同素数的乘积加权，不包括其自己的素数。由于格码的结构特性，每个用户可以通过以连续/并行的方式使用模格运算来消除来自其他码级的干扰。LPMA可以克服非正交多址接入（NOMA）的缺点，当用户具有相似的信道条件。我们表明，建议的LPMA表现出明显的吞吐量增强了目前的NOMA计划。
2016-04-18 cs.IT math.IT
Sparse superposition codes with rotational invariant coding matrices for memoryless channels
我们最近在[1]中表明，当与具有i.i.d.的纯随机矩阵相比时，某些结构化编码矩阵系综（如部分行正交）对于稀疏叠加码的优越性。条目，信息理论上和实际向量近似消息传递解码下。在这里，我们将这个结果推广到广义向量近似消息传递解码[2]下的二进制输入信道。为了具体起见，我们专注于特定的二进制输出信道，但我们基于统计物理学的副本对称方法的分析适用于任何无记忆信道。我们确认，在[1]中介绍的“谱准则”，编码矩阵的设计原则，允许代码的容量实现的“大部分大小”的渐近极限，扩展到通用的无记忆信道。此外，我们还证明了这种编码方案的消失误差地板性质[3]对于编码矩阵的任意谱是通用的。
2022-07-10 cond-mat.dis-nn cs.IT math.IT
Low-latency Ultra Reliable 5G Communications: Finite-Blocklength Bounds and Coding Schemes
未来的自主系统需要能够支持对延迟和可靠性的极其严格的要求的无线连接。在本文中，我们利用有限块长度信息论领域的最新发展，以说明如何优化设计的无线系统中存在这样严格的约束。专注于一个多天线瑞利块衰落信道，我们得到的最大数量的比特，可以在给定的带宽，延迟和可靠性的限制，使用类似于LTE的正交频分复用系统进行传输的界限。这些界限揭示了延迟、带宽、速率和可靠性之间的基本相互作用。此外，他们建议如何最佳地使用可用的空间和频率分集。最后，我们使用我们的界限基准的实际编码方案，涉及短数据包的传输性能。
2016-11-26 cs.IT math.IT
Coexistence of URLLC and eMBB services in the C-RAN Uplink: An Information-Theoretic Study
针对多小区云无线接入网（C-RAN）架构的上行链路中增强型移动宽带（eMBB）和超可靠低延迟通信（URLLC）用户的复用，研究了正交和非正交多址接入的性能。虽然eMBB用户可以在时间和频率上扩展的长码字上操作，但是URLLC用户的传输由于其低延迟要求而在时间上是随机和局部化的。这些要求还要求在边缘节点（EN）处执行其数据包的解码，而eMBB流量可以利用云处集中解码的干扰管理功能。使用信息理论的参数，eMBB和URLLC流量类型之间的性能权衡的影响，前者的速率，后者的速率，访问延迟和可靠性。分析包括具有不同解码架构的非正交多址（NOMA），诸如打孔和连续干扰消除（SIC）。该研究揭示了有效的设计选择作为小区间干扰，信噪比水平和前传容量限制的函数。
2018-04-18 cs.IT cs.NI math.IT
Computation Over NOMA: Improved Achievable Rate Through Sub-Function Superposition
在未来的无线网络中，将连接大量的节点。这给收集大量数据带来了很大的困难。多址信道计算（CoMAC）技术利用无线信道的信号叠加特性，通过空中计算期望的函数，而不是单独采集数据，从而提供了一种智能的解决方案。为了提高传统的CoMAC的频谱效率，我们提出了使用非正交多址接入（NOMA）的功能在CoMAC。期望的功能被分解为若干子功能，并且选择多个子功能以叠加在每个资源块（RB）上。基于子函数叠加推导出相应的可达速率，这防止了大量节点的计算速率消失。为了获得更多的见解，我们进一步研究的极限情况下，当节点的数量趋于无穷大。推导出一个精确的速率表达式，它提供了一个计算速率的下限。与现有的CoMAC算法相比，基于NOMA的CoMAC算法（NOMA-CoMAC）不仅具有更高的计算速度，而且具有更好的非零率。进一步推导了NOMA-CoMAC算法计算速率的分集阶数，表明系统性能由每个RB中信道增益最差的节点决定。
2018-12-13 cs.IT math.IT
Non-Orthogonal Multiplexing of Ultra-Reliable and Broadband Services in Fog-Radio Architectures
第五代（5G）蜂窝系统正在引入超可靠低延迟通信（URLLC）服务以及更传统的增强型移动宽带（eMBB）业务。此外，5G蜂窝架构正在从以基站为中心的部署演变为雾状设置，以适应云和边缘之间灵活的功能划分。在本文中，提出了一种新的解决方案，该解决方案通过在边缘节点（EN）处处理URLLC业务来实现URLLC和eMBB服务的非正交共存，而eMBB通信如在云无线电接入网络（C-RAN）系统中那样在云处理器处集中处理。该解决方案通过边缘处理来保证URLLC服务的低延迟要求，例如，用于车辆到蜂窝使用情况，以及通过集中式基带处理的eMBB流量的高频谱效率。通过考虑eMBB和URLLC业务的异构性能要求以及通过考虑实际方面（诸如衰落、URLLC发射机的信道状态信息的缺乏、eMBB发射机的速率适配、有限前传容量以及诸如打孔的不同共存策略）来分析上行链路和下行链路两者。
2018-12-21 cs.IT cs.NI math.IT
Semi-Grant-Free Orthogonal Multiple Access with Partial-Information for Short Packet Transmissions
针对短包传输，提出 PIMA 半免授权随机接入协议，通过基站获取瞬时流量部分信息来优化时隙分配，显著降低碰撞与延迟，且对各类流量表现出鲁棒性。
2023-07-27 cs.IT cs.NI eess.SP
Design of Non-orthogonal and Noncoherent Massive MIMO for Scalable URLLC Beyond 5G
本文旨在设计和优化一种非正交和非相干的大规模多输入多输出（MIMO）框架，以实现5G以上无线系统中的可扩展超可靠低延迟通信（sURLLC）。在该框架中，利用与大规模多输入多输出系统中的大规模天线阵列相关联的巨大分集增益来确保MIMO可靠性。为了减少信道估计过程所带来的开销和延迟，提出了一种不需要瞬时信道状态信息（CSI）知识，而只依赖于大尺度衰落系数进行信息解码的非相干通信技术。为了提高所考虑的系统的可扩展性，我们使非正交信道接入的多个用户通过设计一个新的差分调制方案，以确保每个发送的信号矩阵可以被唯一地确定在无噪声的情况下，并可靠地估计在嘈杂的情况下，当天线阵列的大小按比例增加。其关键思想是使来自多个用户的发送信号在空中适当地叠加，使得当和信号被正确地检测到时，可以唯一地确定由所有用户发送的信号。为了进一步提高阵列天线数较大时的平均误码性能，提出了一种基于最大最小Kullback-Leibler（KL）发散度的设计方法，通过联合优化所有用户的发射功率和子星座分配来实现。仿真结果表明，所提出的设计显着优于现有的最大-最小欧氏距离为基础的同行的错误性能。此外，我们提出的方法也有一个更好的错误性能比传统的相干迫零（ZF）接收机与正交信道训练，特别是对于小区边缘用户。
2020-02-10 cs.IT cs.NI eess.SP
Sparse superposition codes under VAMP decoding with generic rotational invariant coding matrices
稀疏叠加码最初是作为一种在高斯信道上实现容量的通信方案而提出的，其编码矩阵由独立同分布组成。我们将该编码方案扩展到具有任意频谱的旋转不变编码矩阵的更通用的集合，其包括高斯集合作为特殊情况。我们进一步介绍和分析了一种基于向量近似消息传递（VAMP）的译码器，基于标准的副本对称势理论和状态演化分析，我们的主要发现是某些结构化的编码矩阵集合（如部分行正交）与i.i.d.矩阵，以及VAMP阈值的频谱独立上限。最重要的是，我们推导出一个简单的“频谱标准”的计划是在同一时间的容量实现，同时具有最好的算法阈值，在“大部分大小”的渐近极限。因此，我们的研究结果提供了实用的设计原则，在这个有前途的通信方案的编码矩阵。
2022-05-26 cond-mat.dis-nn cs.IT math.IT
On Optimal Latency of Communications
在本文中，我们调查的最佳延迟的通信。针对无反馈信道的固定速率通信，从信息论的角度研究了单跳和多跳通信的低延迟策略。通过定义的延迟所需的时间作出决定，我们证明，如果短消息可以在并行高斯信道中传输，例如，通过正交频分复用（OFDM）的信号，存在一个最佳的低延迟策略，每个代码。这可以通过早期检测方案或异步检测来实现。我们首先提供了最佳的可实现的延迟在加性高斯白噪声（AWGN）信道中的每个信道码给定的概率块错误$ε$。这可以通过序贯比率测试或“精灵”辅助的\textit{e.g}来获得。错误检测码实验结果证明了该方法的有效性。接下来，我们展示了如何早期检测可以有效地与OFDM信号，同时保持其频谱效率，通过随机编码或预编码随机矩阵。最后，我们探讨了多跳中继方案中的最优低延迟策略。对于放大转发（AF）和解码转发（DF）中继方案，存在最佳可实现延迟。特别是，我们首先表明，存在一个更好的低延迟策略，AF中继可以发送，同时接收。这可以通过使用与早期检测相结合的放大和正向来实现。
2017-01-04 cs.IT math.IT
Power-Domain Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA) in 5G Systems: Potentials and Challenges
非正交多址接入（NOMA）是下一代蜂窝通信中最有前途的无线接入技术之一。与作为公知的高容量正交多址（OMA）技术的正交频分多址（OFDMA）相比，NOMA提供了一组期望的益处，包括更高的频谱效率。存在不同类型的NOMA技术，包括功率域和码域。本文主要研究了功率域NOMA，它在发射端采用叠加编码（SC），在接收端采用连续干扰消除（SIC）。各种研究人员已经证明，NOMA可以有效地用于满足第五代（5G）技术的网络级和用户体验数据率要求。从这个角度出发，本文全面综述了NOMA在5G系统中的最新进展，回顾了NOMA中最先进的容量分析、功率分配策略、用户公平性和用户配对方案。此外，本文还讨论了NOMA如何执行时，它与各种成熟的无线通信技术，如协作通信，多输入多输出（MIMO），波束成形，空时编码，网络编码等集成。此外，本文还讨论了NOMA实现中的几个重要问题，并为今后的研究提供了一些途径。
2016-09-20 cs.IT cs.NI math.IT
Broadband Analog Aggregation for Low-Latency Federated Edge Learning (Extended Version)
The University of Hong Kong（香港大学）
移动设备的普及导致在网络边缘提供了大量的数据和计算资源。为了利用这些数据和资源，出现了一种新的机器学习范式，称为边缘学习，其中学习算法部署在边缘，为移动用户提供快速和智能的服务。随着计算速度的快速发展，通信延迟正在成为快速边缘学习的瓶颈。为了解决这个问题，这项工作的重点是设计一种用于边缘学习的低延迟多路访问方案。我们考虑一个流行的框架，联邦边缘学习（FEEL），其中边缘服务器和设备上的学习是同步的，以训练模型，而不违反用户数据隐私。建议通过利用多接入信道的叠加特性，由设备在宽带信道上同时传输的模型更新应该是模拟聚合的“空中”。因此，利用“干扰”来提供模型聚合的快速实现。这导致与传统的正交接入（即，OFDMA）。在这项工作中，FEEL的性能的特点是针对单细胞随机网络。首先，由于聚合所需的设备之间的功率对齐，一个基本的权衡存在于更新可靠性和预期的更新截断比之间。这激发了FEEL的机会调度方案的设计，其选择距离阈值内的设备。该方案使用真实的数据集，以产生令人满意的学习性能，在存在高流动性。其次，分析了所提出的模拟聚合和OFDMA方案的多址延迟。它们的比率，量化了前者的延迟减少，被证明与设备数量几乎呈线性关系。
2019-01-16 cs.IT cs.LG math.IT
