Performance Analysis of Split Preamble RAN Over-load Protocol for M2M Communications in Cellular Networks
3G/4G网络中的机器类型通信（MTC）最近由于与泊松类型H2 H业务相反的业务特性的突发性质而得到更多关注。在文献中已经提出了大量的方法。在本文中，我们给出了一个数学模型的性能分析的不相交分配（DA）和联合分配（JA）方法分配给M2M和H2 H用户的权限。在早期的工作中，我们已经研究了两种可能的分裂前导码方法对MTC用户的冲突概率和能量减少的性能。本文利用$K$阶马尔可夫链方法建立了RACH过程中JA/DA方法的随机模型，并从碰撞概率、接入成功概率、平均接入时延、前导码发送统计量和M2M用户接入时延统计量等方面进行了性能分析。基于给定的成功接入延迟阈值，推导出预留前导码集的最佳数目。数值结果验证了仿真结果，并表明该模型可以准确地估计JA/DA方法的性能。
2015-08-31 cs.IT cs.NI math.IT
Fog-Based Detection for Random-Access IoT Networks with Per-Measurement Preambles
物联网（IoT）系统可以被部署为监测空间分布的兴趣量（QoI），诸如噪声或污染水平。本文考虑了一个基于雾的物联网网络，其中主动物联网设备将所监测的QoS的测量结果传输到本地边缘节点（EN），而EN通过有限容量的前传链路连接到云处理器。虽然常规方法使用可识别码作为用于预留通信资源的元数据，但是这里我们考虑将可识别码直接分配给跨所有设备的测量级别。由此产生的基于类型的多址接入（TBMA）协议，使有效的远程检测的QoS，而不是个人的有效载荷。边缘和基于云的检测或假设检验的性能是根据误差指数来评估的。理论和数值结果表明，当小区间干扰功率和前传容量足够大时，基于云的假设检验是有利的。
2020-04-22 cs.IT cs.NI math.IT
Deep Learning-based Data-aided Activity Detection with Extraction Network in Grant-free Sparse Code Multiple Access Systems
本文提出一种用于免授权SCMA系统的数据辅助活动用户检测网络D-AUDN，通过集成用户活动提取网络从码本提取先验信息，并结合高效码本设计与前导码关联，有效解决了多前导码关联场景下的性能下降问题。
2023-05-19 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Optimization of Preamble Selection and Access Barring for MTC with Correlated Device Activities
大多数现有的机器类型通信（MTC）的随机接入的工作假设独立的设备活动。然而，在若干物联网（IoT）应用中，设备活动由事件驱动，因此可能是相关的。本文研究了相关设备活动的前导码选择和接入限制的联合优化。我们采用由所有设备的前导选择分布参数化的通用随机前导选择的随机接入方案和由接入禁止因子参数化的接入禁止方案，以最大限度地利用相关设备活动来提高平均吞吐量。首先，我们制定的平均吞吐量最大化问题的前导选择分布和接入限制因素。这是一个具有挑战性的非凸问题。我们刻画了问题的最优性。然后，我们开发了两个迭代算法，分别获得一个稳定点和一个低复杂度的解决方案，通过使用块坐标下降（BCD）方法。数值结果表明，提出的两种解决方案实现了显着的增益比现有的计划，展示了利用设备活动的相关性，提高平均吞吐量的意义。数值结果还表明，与稳定点相比，低复杂度解在获得相似平均吞吐量的同时，计算复杂性大大降低，证明了低复杂度解的有效性.
2021-04-13 cs.IT math.IT
An Enhanced Random Access with Preamble-Assisted Short-Packet Transmissions for Cellular IoT Communications
我们提出了一种增强的随机接入（RA）与随机辅助短分组传输，以支持蜂窝物联网（IoT）通信。所提出的方案的关键特征是基站（例如，LTE网络中的eNodeB）利用RA码作为上行链路参考信号来估计IoT设备的上行链路信道状态信息，这随后提供了在RA过程期间发送短分组而无需额外信令的额外机会（例如，连接和调度请求）。通过仿真，我们评估所提出的方案的性能的信道估计均方误差，比特出错率，前导码冲突概率，和短分组传输的成功概率。结果表明，该方案通过有效地结合多天线技术和检测技术，能够在RA过程中支持可靠的、低延迟的短分组传输。
2019-04-06 cs.IT math.IT
Random Access Preamble Design and Detection for 3GPP Narrowband IoT Systems
窄带物联网（NB-IoT）是一种新兴的蜂窝技术，它将在延迟容忍应用中为大量低吞吐量低成本设备提供更好的覆盖，同时降低设备功耗。针对NB-IoT物理随机接入信道（NPRACH）设计了一种新的具有跳频的单音信号。在这封信中，我们描述了这种新的NPRACH设计，并详细解释了设计原理。我们进一步提出了可能的接收机算法NPRACH检测和到达时间估计。NPRACH性能的仿真结果，包括检测率，虚警率和到达时间估计精度，以揭示NB-IoT系统的整体潜力。
2016-05-17 cs.IT cs.NI math.IT
Communication-Efficient Distributed SGD using Preamble-based Random Access
在本文中，我们研究了通信效率的分布式随机梯度下降（SGD）的数据集的用户分布在一定的区域，并通过无线信道进行通信。由于在所提出的方法中的一个迭代的时间是独立的用户的数量，它是非常适合于可扩展的分布式SGD。此外，由于所提出的方法是基于机器类型通信（MTC）广泛采用的基于随机接入的随机接入，因此它可以容易地用于在各种物联网（IoT）应用中训练具有大量设备的模型，其中MTC用于它们的连接。对于衰落信道，我们表明，可以使用非相干合并。因此，不需要信道状态信息（CSI）估计。从分析和仿真结果，我们可以证实，所提出的方法不仅是可扩展的，而且还提供了改进的性能，随着设备数量的增加。
2021-05-19 cs.IT math.IT
Joint Optimization of Preamble Selection and Access Barring for Random Access in MTC with General Device Activities
大多数现有的用于机器类型通信（MTC）的随机接入方案简单地采用统一的前同步码选择分布，而与底层设备活动分布无关。因此，它们可能产生不令人满意的访问效率。在本文中，我们模型的设备活动MTC作为多个Bernoulli随机变量以下的任意多变量Bernoulli分布，可以反映依赖和独立的设备活动。然后，我们根据底层的联合设备活动分布优化MTC中的随机接入的前导选择和接入禁止。具体来说，我们研究了三种情况下的联合设备活动分布，即，的情况下，完美的，不完美的，和未知的联合设备活动分布，并制定平均，最坏情况下的平均，和样本平均吞吐量最大化问题，分别。这三种情况下的问题都是具有挑战性的非凸问题。在理想的联合设备活动分布的情况下，我们开发了一个迭代算法和一个低复杂度的迭代算法，分别获得原问题和近似问题的稳定点。在不完美的联合设备活动分布的情况下，我们开发了一个迭代算法和一个低复杂度的迭代算法，以获得一个等价问题的Karush-Kuhn-Tucker（KKT）点和一个近似问题的稳定点，分别。最后，在未知的联合设备活动分布的情况下，我们开发了一个迭代算法来获得一个稳定点。所提出的解决方案具有广泛的适用性，并且优于现有的解决方案，适用于依赖和独立的设备活动。
2022-03-11 cs.IT math.IT
OTFS Based Random Access Preamble Transmission For High Mobility Scenarios
我们考虑基于正交时频空间（OTFS）调制的系统的上行链路定时同步问题，其中信息嵌入在延迟多普勒（DD）域中。为此，我们提出了一种新的随机接入（RA）前导码波形的基础上OTFS调制。我们还提出了一种方法来估计用户终端（UT）和基站（BS）之间的往返传播延迟的基础上接收到的RA码在DD域。该估计（称为定时提前估计）被反馈给相应的UT，使得它们可以提前它们的上行链路定时，以便在BS处以时间同步的方式接收来自小区中的所有UT的信号。通过分析和仿真，研究了RA前导码的OTFS调制参数对定时误差概率的影响，为如何选择这些参数提供了有价值的见解。高移动性场景的详尽数值模拟表明，与第四代（4G）系统中的RA方法相比，所提出的基于OTFS的RA的定时误差概率（TEP）性能对信道引起的多径多普勒频移更加鲁棒。
2020-10-24 cs.IT math.IT
Non-Orthogonal Random Access (NORA) for 5G Networks
在未来的第五代（5G）网络中将支持大量的机器类型用户设备（UE）。然而，潜在的大随机接入（RA）延迟要求一个新的RA计划，并详细评估其性能。受非正交多址接入思想的启发，本文提出了一种基于连续干扰消除（SIC）的非正交随机接入（NORA）方案，以缓解接入拥塞问题。具体地，NORA利用到达时间的差异来识别具有相同前导的多个UE，并且在随后的接入过程中使能冲突的UE的功率域复用，而基站基于通过前导检测获得的信道条件来执行SIC。分析表明，NORA在前导码冲突概率、接入成功概率和随机接入吞吐量方面均优于传统的正交随机接入（ORA）方案。仿真结果验证了我们的分析，并进一步表明，我们的NORA方案可以提高支持的UE的数量超过30%。此外，通过使用所提出的随机接入方案，前导码传输的数量和成功接入的UE的接入延迟也显著减少。
2017-05-03 cs.IT math.IT
Low-PMEPR Preamble Sequence Design for Dynamic Spectrum Allocation in OFDMA Systems
具有动态频谱分配（DSA）的正交频分多址（OFDMA）能够提供宽范围的数据率要求。该文在DSA的背景下，研究了具有低峰值平均包络功率比（PMEPR）特性的OFDMA系统中前导序列的设计。我们提出了一个系统的前导码序列设计，这可能会导致非连续频谱分配的低PMEPR。借助Golay-Davis-Jedwab（GDJ）序列，提出了两类前导序列。我们证明了他们的PMEPR的上限为4的任何DSA超过一块四个连续的资源块。
2020-02-17 cs.IT math.IT
On Improving Throughput of Multichannel ALOHA using Preamble-based Exploration
机器类型通信（MTC）已经被广泛研究以提供物联网（IoT）中的设备和传感器的连接。由于稀疏的活动，随机访问，例如，ALOHA用于MTC以降低信令开销。本文提出了在MTC系统中采用多信道ALOHA探测的方法，在发送数据包之前先发送前导码，最大吞吐量可以提高2 - exp（-1）= 1.632倍。在所提出的方法中，基站（BS）需要向活动用户发送反馈信息，以告知在多个信道中发送的前导码的数量，其可以如在压缩随机接入中那样被可靠地估计。稳态分析也进行了快速重试，这表明，数据包碰撞的概率变得较低，因此，延迟中断概率大大降低了轻负载系统。仿真结果也证实了分析结果。
2020-08-13 cs.IT math.IT
An Approach to Asynchronous Unsourced Random Access
该研究提出一种全异步URA系统，以前导实现时间同步、极小前导池解决碰撞，其在宽SNR下支持的活跃用户数接近时隙URA系统。
2026-09-02 cs.IT math.IT
Enhanced Preamble Based MAC Mechanism for IIoT-oriented PLC Network
在本文中，我们提出了一种增强的基于前导码的媒体访问控制机制（E-PMAC），它可以应用于工业物联网（IIoT）的电力线通信（PLC）网络。本文详细介绍了E-PMAC协议中所用到的技术，包括时延校准机制、前导码设计和时隙分配算法。通过这些技术，E-PMAC比现有的基于前导码的MAC机制（P-MAC）更健壮。此外，本文还分析了P-MAC协议在多层组网中的不足，设计了E-PMAC协议的组网流程，加快了组网进程。分析了P-MAC和E-PMAC的组网过程复杂度，证明了E-PMAC比P-MAC具有更低的复杂度。最后，对E-PMAC、P-MAC和现有的PLC协议IEEE1901.1进行了单层组网和多层组网仿真。仿真结果表明，E-PMAC协议比IEEE1901.1协议和P-MAC协议的组网时间要短得多。最后，通过我们的工作，可以实现一个基于E-PMAC机制的PLC网络。
2022-03-22 cs.IT eess.SP math.IT
A Preamble Based MAC Mechanism in Ad-Hoc Network
提出了一种基于前导码的Ad-Hoc网络介质访问控制（P-MAC）机制。与传统的载波侦听多址接入（Carrier Sense Multiple Access，CSMA）不同，P-MAC采用更短的前导码来建立网络。首先，我们提出了P-MAC机制，以缩短建立Ad-Hoc网络的时间。在P-MAC协议的基础上，提出了一种更有效的网络维护方法。其次，针对电力线通信（PLC）网络这一Ad-Hoc网络的特点，提出了频分电力线通信（FD-PLC）网络结构，以获得最佳通信频率。为了获得最佳频率，即，最高信噪比的情况下，设计了扫频机制，在收发机通信前确定上下行通信的频率。由于工业网络的规模较大，P-MAC协议可以用来加速Ad-Hoc PLC网络的建立。最后，我们比较了我们的机制与CSMA。数值结果表明，该策略大大缩短了Ad-Hoc网络的建立时间。
2021-12-08 cs.IT math.IT
Robust Preamble Design for Synchronization, Signaling Transmission and Channel Estimation
欧洲第二代数字视频广播标准（DVB-T2）引入了P1符号。该P1符号有助于粗同步，并携带7比特传输参数信令（TPS），包括快速傅立叶变换大小、单输入/单输出和多输入/单输出传输模式等。然而，该P1符号在衰落信道上遭受明显的性能损失。本文提出了一种改进的前导码方案，在频域中插入一对最优的m序列。一个序列用于载波频率偏移（CFO）估计，另一个携带TPS以通知接收器关于传输配置参数。与传统的前导码方案相比，所提出的前导码提高了CFO估计性能和信令容量。同时，在没有额外开销的情况下，所提出的方案比传统方案利用更多的活动导频。这样，它可以方便的信道估计，提高帧同步精度以及增强其对频率选择性衰落信道的鲁棒性。
2015-11-27 cs.IT math.IT
Joint Random Access and Localization in Cell-Free User-Centric Networks with Frequency-Selective Fading Channels
Communications and Information Theory Chair (CommIT), Faculty of Electrical Engineering and Computer Science, Technische Universität Berlin（柏林工业大学电气与计算机科学学院通信与信息论讲席）
本文针对无小区用户中心网络，提出联合随机接入与定位的统一框架，采用位置相关分区码本和近似消息传递方法，在频率选择性信道下实现优于传统方案的前导码检测与高精度定位。
2026-09-14 cs.IT eess.SP math.IT
The Blind Normalized Stein Variational Gradient Descent-Based Detection for Intelligent Random Access in Cellular IoT
University of Illinois Chicago（伊利诺伊大学芝加哥分校）
针对蜂窝物联网智能随机接入中的导频冲突问题，提出基于最大似然估计的早期导频检测方案，采用盲归一化Stein变分梯度下降检测器，结合修正Hadamard变换层去噪，无需噪声功率和活跃设备数先验知识，提升检测精度和吞吐量。
2025-01-20 cs.AI cs.IT cs.LG
A Machine Learning based Hybrid Receiver for 5G NR PRACH
Indian Institute of Technology Madras（印度马德拉斯理工学院）
针对5G NR PRACH传统相关性接收机在高衰落和低信噪比下易出现虚假峰值与漏检的问题，提出一种结合神经网络前导码检测与传统峰值检测定时提前量估计的混合接收机，在仿真与真实数据集上均表现更优。
2024-11-03 cs.AI cs.IT cs.LG
Low-Complexity Detection of Multiple Preambles in the Presence of Mobility and Delay Spread
本文针对移动性和时延扩展下的多前导码检测问题，基于ZC序列和Zak-OTFS构建前导码，将检测建模为压缩感知问题，提出一种复杂度为O(M²N²)的低复杂度检测算法，适配5G免授权随机接入需求。
2025-01-10 cs.IT eess.SP math.IT
On the Performance of Deep Learning-based Data-aided Active User Detection for GF-SCMA System
基于深度学习（DL）的发射机前导码集和接收机中数据辅助的主动用户检测（AUD）的联合设计最近的工作已经证明了免授权稀疏码多址（GF-SCMA）系统的显著性能改善。用于联合设计的自动编码器只能在给定的环境中训练，但在操作环境不断变化的实际情况下，很难针对每个可能的环境优化前导码集。因此，传统的但一般的方法可以实现数据辅助AUD，同时依赖于独立设计的前导码集而不是联合设计。在本文中，活动检测出错率（ADER）性能的数据辅助AUD服从两个前导码设计，即，直接比较了独立设计的前导码和联合设计的前导码。幸运的是，发现由独立前导码设计引起的数据辅助AUD中的性能损失被限制为仅1dB。此外，通过与相同码本（CB）相关联的码元之间的平均互相关（平均CB内互相关）和与不同CB相关联的码元之间的平均互相关（平均CB间互相关）来解释联合设计的前导码集的这种性能特性。
2022-09-05 cs.IT cs.SY eess.SY
Code-Expanded Random Access for Machine-Type Communications
在当前蜂窝标准中用于支持机器类型通信（MTC）的随机接入方法是传统的帧时隙ALOHA的衍生物，因此不能有效地支持高用户负载。受LTE中采用的随机接入方法的启发，我们提出了一种新型方法，该方法能够维持较宽的随机接入负载范围，同时保持物理层不变并在媒体接入控制层中引起微小变化。所提出的方案增加了可用的竞争资源的量，而不诉诸于增加系统资源，如竞争子帧和竞争帧。这种增加是通过创建随机访问码字将竞争空间扩展到码域来实现的。具体地，在所提出的方案中，用户通过在多个随机接入子帧中发送一个或不发送可用的LTE正交码来执行随机接入，从而创建用于竞争的接入码字。以这种方式，对于相同数量的随机接入子帧和正交码，可用竞争资源的量急剧增加，使得能够支持增加数量的MTC用户。我们提出的框架和分析所提出的代码扩展的随机访问方法，并表明我们的方法支持负载区域是目前的系统所无法达到的。
2012-07-02 cs.IT math.IT
Timing Advance Estimation and Beamforming of Random Access Response in Crowded TDD Massive MIMO Systems
基站（BS）的定时提前（TA）估计和用户随机接入响应（RAR）的可靠解码是初始随机接入（RA）过程中最重要的步骤。然而，由于专用于RA的物理资源的有限可用性，在高用户密度场景中，由于请求RA的用户之间的竞争，RA请求的成功完成将变得越来越困难。在本文中，我们建议使用大规模MIMO BS的大天线阵列，联合组RA请求来自不同的用户使用相同的RA前导。然后，我们将每个检测到的用户组的公共RAR波束成形到相同的频率资源上，使得组中的大多数用户可以可靠地解码RAR。因此，所提出的RAR波束成形自动解决了相同RA前导码上的多个RA请求之间的冲突问题，与LTE相比，这显著减少了RA延迟。分析和仿真还揭示，对于接收到的RAR的固定的期望SINR，所需的每用户RA前导码传输功率和总RAR波束成形功率两者可以随着BS天线的数量的每加倍而大致降低1.5dB。
2018-01-25 cs.IT math.IT
Modeling, Analysis, and Optimization of Grant-Free NOMA in Massive MTC via Stochastic Geometry
大规模机器类型通信（mMTC）是支持蓬勃发展的物联网（IoT）应用的关键场景。在mMTC中，尽管大量设备注册到接入点（AP），但是它们中的很少设备同时在上行链路短分组传输中是活动的，这需要新颖的协议和接收机设计以实现高效的数据传输和准确的多用户检测（MUD）。针对这一问题，提出了免授权非正交多址接入（GF-NOMA）协议。在GF-NOMA中，有源设备可以在一个时间帧内直接发送它们的码元和数据符号，而无需来自AP的授权。基于压缩感知（CS）的接收机被用于基于非正交码元（NOP）的多用户检测，并利用连续干扰消除来解码叠加的数据信号。在本文中，我们建模，分析和优化基于CS的GF-MONA mMTC系统通过随机几何（SG），从网络部署的一个方面。在SG网络模型的基础上，首先分析了基于CS的MUD在前导阶段的成功概率和信道估计误差，然后分析了数据阶段的平均聚合数据率。针对物联网应用对低能耗、低基础设施成本和灵活部署的要求，通过数值方法优化GF-NOMA的能效和AP覆盖效率。我们的分析的有效性通过蒙特卡罗模拟验证。仿真结果还表明，基于CS的GF-NOMA与NOP产生更好的MUD和数据率性能比基于竞争的GF-NOMA与正交码和基于CS的免授权正交多址接入。
2020-04-05 cs.IT eess.SP math.IT
Blind Coherent Preamble Detection via Neural Networks
Nokia Bell Labs（诺基亚贝尔实验室）
在无线通信系统中，用户设备（UE）向基站（BS）发送随机接入前导序列以被检测和同步。在标准蜂窝通信系统中，Zadoff-Chu序列由于其恒幅零自相关（CAZAC）特性而被提出。传统的方法是使用匹配滤波器来检测序列。从不同的天线和时刻到达的序列被求和以减少噪声方差。由于在此阶段信道的知识是未知的，因此相干合并方案将非常难以实现。在这项工作中，我们利用系统的设计知识，并提出了一个神经网络（NN）的序列检测器和定时提前估计。我们没有用NN代替前导码检测的整个过程。相反，我们建议使用NN仅用于\textit{blind}相干组合的信号在检测器中，以补偿信道效应，从而最大化的信号噪声比。我们进一步降低了问题的复杂性，使用克罗内克近似模型的信道协方差矩阵，从而减少所需的NN的大小。对定时超前估计和序列检测进行了分析，并与匹配滤波器基线进行了比较。
2021-09-30 cs.IT cs.LG math.IT
LTE/LTE-A Random Access for Massive Machine-Type Communications in Smart Cities
蜂窝网络上的大规模机器类型通信（MTC）预计将成为无线“智能城市”应用的一个组成部分。长期演进（LTE）/高级LTE（LTE-A）技术是用于提供MTC应用的主要候选。然而，由于有效载荷大小、传输周期、功率效率和服务质量（QoS）要求的不同特性，MTC对LTE/LTE-A技术提出了巨大的挑战。特别是，大规模随机访问的有效管理是最关键的挑战之一。在大规模随机接入尝试的情况下，前导码冲突的概率急剧增加，因此LTE/LTE-A随机接入的性能急剧下降。在此背景下，本文回顾了当前用于控制LTE/LTE-A网络中的MTC设备的大规模随机接入的最新提议。这些建议进行了比较，在五个主要指标，即接入延迟，接入成功率，功率效率，QoS保证，和对人类类型的通信（HTC）的影响。为此，我们提出了一种新的冲突解决的随机接入模型，在LTE/LTE-A的大规模MTC。我们提出的模型基本上解决了前导码冲突，而不是避免，并管理大规模和突发性的访问尝试的目标。我们提出的模型的模拟显示了巨大的改善随机接入成功率相比，标准的时隙Aloha为基础的模型。新模型还可以与现有的LTE/LTE-A介质访问控制（MAC）协议共存，并确保高可靠性和时间效率的网络接入。
2016-08-10 cs.IT cs.NI math.IT
On Throughput Improvement using Immediate Re-transmission in Grant-Free Random Access with Massive MIMO
为了支持机器类型通信（MTC），大规模多输入多输出（MIMO）已经被考虑用于免授权随机接入。一般而言，具有大规模MIMO的免授权随机接入的性能受到许可数和活动设备数的限制。特别地，当存在多个同时发送数据分组的活动设备时，信号与干扰加噪声比（SINR）不能高到足以成功解码。在本文中，为了提高性能，我们考虑立即重传的有源设备，具有低的SINR，虽然它没有经历前导码冲突，利用重传分集（RTD）增益。为了看到所提出的方法的性能，我们进行吞吐量分析与某些近似和假设。由于所提出的方法可能是不稳定的，由于立即重传，稳定系统的条件进行了研究。仿真结果表明，分析结果合理匹配仿真结果。
2020-09-01 cs.IT math.IT
Orthogonal Constant-Amplitude Sequence Families for System Parameter Identification in Spectrally Compact OFDM
针对传统正交恒包络序列数量不足、对应OFDM波形频谱旁瓣大的问题，本文提出若干I阶正交恒包络序列族，可提升短时延多径信道下需大量序列的系统参数识别性能，同时实现频谱紧凑的OFDM前导/导频波形。
2023-08-22 cs.IT eess.SP math.IT
Grant-Free Random Access of IoT devices in Massive MIMO with Partial CSI
无线设备的数量急剧增加，导致许多设备争用无线电资源。在这项工作中，我们提出了一种算法来检测无源随机访问的活动设备，即，设备不协调。在发送有效载荷数据之前，设备使用网络已知的唯一但非正交的前导码。它们不采用任何载波侦听技术，并且盲发送前导码和数据。为了检测活跃用户，我们利用部分信道状态信息（CSI），这可能是通过以前的信道估计。对于静态设备，例如，物联网节点，它表明，CSI的时变比假设在许多理论工作。所提出的迭代算法使用最大似然方法来估计每个已知设备的活动和潜在的相位偏移。该算法的收敛性进行了评估。针对不同质量的部分CSI和不同的信噪比，评估了在误检概率和虚警概率方面的性能。
2023-01-12 cs.IT eess.SP math.IT
Random Access and Localization in Cell-Free User-Centric Networks with Multipath Channels
Communications and Information Theory Chair, Faculty of Electrical Engineering and Computer Science, Technische Universität Berlin（柏林工业大学电气与计算机科学学院通信与信息论讲席）
针对无小区用户中心网络，提出基于位置相关码本的随机接入方案，结合ZC序列与GLRT或AMP检测，并利用近最大似然方法实现用户定位，仿真验证了AMP检测性能更优且定位精度相当。
2026-09-14 cs.IT eess.SP math.IT
Random Access Based on Maximum Average Distance Code for Massive MTC in Cellular IoT Networks
码扩展随机接入（CeRA）是用于在蜂窝IoT网络中支持mMTC的有前途的技术。然而，它的潜力是有限的代码模糊性，这是从一个更大的码字比实际发送的数量的推断结果。在这封信中，我们提出了一个随机接入方案，以减轻这个问题，允许设备选择的quickbles考虑到最大平均距离的q元码传输。此外，提出了一种基于超图的CeRA解码方法，并推导了一个分析模型。数值结果表明，该方案显着增加了成功的信道接入的概率以及资源利用率。
2021-05-26 cs.IT cs.NI math.IT
Random Access Analysis for Massive IoT Networks under A New Spatio-Temporal Model: A Stochastic Geometry Approach
大规模物联网（mIoT）为构建强大且无处不在的连接提供了一个有利的机会，这些连接面临着众多新挑战，其中蜂窝网络由于其高度的可扩展性，可靠性和效率而成为潜在的解决方案。随机接入信道（RACH）过程是基于蜂窝的mIoT网络中IoT设备和基站（BS）之间的连接建立的第一步，其中对物理层网络的静态属性和每个IoT设备中演进的队列的动态属性之间的交互进行建模是具有挑战性的。为了解决这个问题，我们提供了一种新的流量感知时空模型来分析基于蜂窝的mIoT网络中的RACH，其中物理层网络在空间域中基于随机几何建模和分析，并且在时域中基于概率理论分析队列演化。对于性能评估，我们推导出随机选择的IoT设备在每个时隙中具有不同RACH方案的前导码传输成功概率的精确表达式，这提供了对每个RACH方案的有效性的见解。我们得出的分析结果通过捕捉每个物联网设备中数据包演变的真实模拟进行了验证。该数学模型和分析框架可以应用于评估基于蜂窝网络的其他类型的RACH方案的性能，通过简单地结合其前导码传输原理。
2018-07-04 cs.IT math.IT
Delay-Doppler Signal Processing with Zadoff-Chu Sequences
本文面向 MTC 与通感算融合，利用 DD 域 ZC 序列的模糊函数和压缩感知相干性，提出基于 Zak-OTFS 与 OST 的免授权多前导码检测方法。
2024-12-05 cs.IT eess.SP math.IT
Algorithm Unrolling for Massive Access via Deep Neural Network with Theoretical Guarantee
ShanghaiTech University（上海科技大学）；Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海微系统与信息技术研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Kyungpook National University（庆北国立大学）；Yoke Intelligence（约客智能）
大规模访问是物联网（IoT）网络的关键设计挑战。在本文中，我们考虑了具有多天线基站（BS）和大量单天线物联网设备的物联网网络的免授权上行链路传输。考虑到物联网设备的偶发性，我们将联合活动检测和信道估计（JADCE）问题表示为组稀疏矩阵估计问题。这个问题可以通过应用现有的压缩感测技术来解决，然而，现有的压缩感测技术要么具有高计算复杂性，要么缺乏算法鲁棒性。为此，我们提出了一种新的算法展开框架的基础上，深度神经网络，同时实现低计算复杂性和高鲁棒性解决JADCE问题。具体而言，我们将原始的迭代收缩阈值算法（ISTA）映射到展开的递归神经网络（RNN）中，从而通过端到端的训练提高收敛速度和计算效率。此外，该算法的展开方法继承了ISTA的结构和领域知识，从而保持了算法的鲁棒性，能够处理大规模接入中的非高斯前导序列矩阵。通过严格的理论分析，我们进一步简化了展开的网络结构，减少了冗余的训练参数。此外，我们证明了简化的展开深度神经网络结构具有线性收敛速度。基于各种前导签名的大量仿真表明，所提出的展开网络在收敛速度、鲁棒性和估计精度方面优于现有方法。
2021-06-19 cs.IT cs.LG eess.SP
Active User Identification in Fast Fading Massive Random Access Channels
在大规模的机器对机器类型的网络中，有效用户的可靠和及时的识别是实现随机接入的关键，这些网络通常在严格的接入延迟和能量约束下运行。在本文中，能量有效的活动用户识别协议的设想，其中活动用户同时发送开关键控（OOK）调制的伪码，而基站使用非相干检测，以避免信道估计开销。当活跃设备的数量k缩放为$k = Θ(1)$时，在用户总数$\ell$的渐近制度中活跃用户识别所需的信道使用的最小数量被表征为与依赖于活动检测到组测试问题的等价性的可验证性方案一起。提出了一种基于置信传播策略的主动用户识别方案，并将其性能与理论界进行了比较。
2023-03-30 cs.IT eess.SP math.IT
Exploiting Pilot Mixtures in Coded Random Access
本文提出结合导频混合与内SIC算法，在大量天线基站下提升免授权上行性能，并通过内外SIC协同实现高可靠低副本传输。
2023-12-22 cs.IT eess.SP math.IT
Random Access for Machine-Type Communication based on Bloom Filtering
我们提出了一种随机接入方法的灵感，适合机器类型通信（MTC）的布隆过滤器。每个接入设备在争用过程期间发送\emph{signature}。使用布隆过滤方法构造签名，并且签名包含关于设备身份和连接建立原因的信息。我们在当前LTE-A接入协议上实例化所提出的方法。然而，该方法适用于更一般类别的随机接入协议，这些协议使用随机码或其他预留序列，如在5G系统中预期的情况。我们表明，我们的方法更有效地利用系统资源，并实现显着降低连接建立延迟的情况下，同步到达，相比的变体的LTE-A接入协议，是优化的MTC流量。所提出的方法的好处在于，它允许基站（BS）在连接建立的初始阶段就已经获取设备标识和连接建立原因，从而使得BS能够区分它们。
2016-08-30 cs.IT cs.NI math.IT
Efficient LTE Access with Collision Resolution for Massive M2M Communications
LTE随机接入过程在异步、不相关的业务到达的情况下令人满意地执行。然而，当到达是相关的并且同步到达时，随机接入信道（RACH）的性能急剧降低，导致大量设备经历中断。在这项工作中，我们提出了一个LTE RACH计划量身定制的延迟敏感的M2M服务与同步流量到达。关键思想是，在检测到RACH过载时，应用基于分裂树的冲突解决算法。该解决方案是在现有LTE RACH机制之上实现的，仅需要对协议操作进行微小修改，并且不引起对物理层的任何改变。结果非常有希望，远远优于相关解决方案。作为说明，所提出的方案可以在下行链路和上行链路中的传输错误的实际概率下，以平均5个前导码传输和1.2秒的延迟来解析30k个设备。
2014-10-24 cs.IT cs.NI math.IT
Grant-Free Random Access in Machine-Type Communication: Approaches and Challenges
大规模机器类型通信（MTC）预计将在支持物联网（IoT）应用方面发挥关键作用，例如通过蜂窝网络支持智能城市、智能工厂和联网车辆。MTC的特点是MTC设备数量多、活动稀疏，传统的方法难以支持，因此需要设计新的接入技术。特别地，在第五代（5G）中，引入免授权或两步随机接入方案以通过减少信令开销使MTC更高效。在这篇文章中，我们首先介绍了免授权随机接入，并讨论了如何修改大规模多输入多输出（MIMO），以利用高空间复用增益。然后，我们解释的前导码设计，可以提高性能和变化的基础上的概念，非正交多址接入（NOMA）。最后，对下一代蜂窝系统的免授权随机接入的设计挑战。
2020-12-18 cs.IT math.IT
Data-aided Active User Detection with a User Activity Extraction Network for Grant-free SCMA Systems
Korea University（高丽大学）
在免授权稀疏码多址接入（GF-SCMA）系统中，主动用户检测（AUD）是一个主要的性能瓶颈，因为它涉及复杂的组合问题，这使得在接收端为用户和AUD联合设计竞争资源成为一个关键而又具有挑战性的问题。为此，我们提出了基于自动编码器（AE）的联合优化的前导码生成网络（PGNS）在编码器侧和数据辅助AUD在解码器侧。所提出的AE的核心架构是一种新的用户活动提取网络（UAEN）的解码器，提取先验用户活动信息的SCMA码字数据的数据辅助AUD。所提出的AE的端到端训练实现了竞争资源的联合优化，即，前导码序列，每个前导码序列与码本之一相关联，以及从前导码和基于SCM的数据传输两者中提取用户活动信息。此外，我们提出了一个自我监督的预训练计划的UAEN之前的端到端的训练，以确保收敛的UAEN位于AE网络的深处。仿真结果表明，在目标活动检测错误率为$\bf{{10}^{-3}}$的情况下，与现有的基于DL的AUD方案相比，所提出的AUD方案获得了3 ~ 5dB的增益。
2022-08-08 cs.IT cs.LG cs.SY
Unsourced Sparse Multiple Access foUnsourced Sparse Multiple Access for 6G Massive Communicationr 6G Massive Communication
本文提出面向6G的无源稀疏多址接入（USMA）框架，结合压缩感知和SIDMA技术，仿真显示其逼近理论界限，并在环境物联网中实现近4倍容量和6倍效率提升。
2024-11-15 cs.IT eess.SP math.IT
Non-Coherent Active Device Identification for Massive Random Access
大规模机器类型通信（mMTC）是当前一代无线网络中的关键服务类别，其特征在于具有极高密度的能量和资源有限的设备，具有稀疏和零星的活动模式。为了在这样的mMTC网络中实现随机接入，基站需要在严格的接入延迟约束内操作的同时识别活动设备。本文提出了一种能量有效的有源设备识别协议，该协议中有源设备联合发送开关键控（OOK）调制信号，基站采用非相干能量检测，避免了信道估计开销。由活动用户识别协议所需的信道使用的最小数量的特征在于当活动设备$k$的数量缩放为$k=Θ(1)$时设备总数$\ell$的渐近状态以及依赖于活动检测到组测试问题的等价性的可扩展性方案。基于置信传播（BP）和组合正交匹配追踪（COMP），提出了几种实用的方案。仿真结果表明，BP算法的性能明显优于COMP算法，并且能够在理论上接近于可扩展性界限。在部分恢复的情况下，几乎不允许出现误判，英国石油公司继续表现良好。
2023-03-11 cs.IT eess.SP math.IT
Success Probability of Grant-Free Random Access with Massive MIMO
大规模MIMO通过提供丰富的空间自由度为实现高效随机接入（RA）开辟了新的途径。本文研究了大规模MIMO下的免授权接收机，推导了共轭波束形成和迫零波束形成下免授权接收机成功概率的解析表达式，并进一步分析了系统参数对成功概率的影响。仿真结果验证了分析的准确性。它被证实，免授权RA与大规模MIMO是一个有吸引力的RA技术与低信令开销，可以同时容纳多个RA用户，这是数倍的RA信道的数量，接近一个成功的概率。此外，当大规模MIMO中的天线数量足够大时，我们证明了正交码的数量将主导成功概率。
2018-05-22 cs.IT math.IT
Permutation Polynomial Interleaved Zadoff-Chu Sequences
提出一种由二次置换多项式交织Zadoff-Chu序列构造的新CAZAC序列族，并证明适当选择QPP可构造正交序列集。
2024-04-26 cs.IT eess.SP math.IT
Design and Performance of Enhanced Spread Spectrum Aloha for Unsourced Multiple Access
本文针对无源多址接入场景改进增强型扩频Aloha，通过短极化码和定时信道提升能效，在保持发射端简单和接收端线性复杂度的同时逼近可达性界。
2024-06-07 cs.IT math.IT
Capacity Region of Asynchronous Multiple Access Channels with FTN
本文研究了采用FTN信令的异步MAC的容量区域，通过在频域表示容量并在时域计算可达速率区域并证明两者等价，证实了异步传输和FTN能带来显著增益。
2023-04-01 cs.IT eess.SP math.IT
On the Capacity Region of Multiple Access Channel
讨论了多址信道的容量域。研究发现，正交多址接入和非正交多址接入在相同的总功率约束下具有相同的容量域。
2016-05-07 cs.IT math.IT
Exploiting Tensor-based Bayesian Learning for Massive Grant-Free Random Access in LEO Satellite Internet of Things
随着物联网（IoT）的快速发展，低轨道（LEO）卫星物联网有望提供低功耗、大规模连接和广覆盖的物联网应用。在此背景下，本文提出了一种面向低轨卫星物联网的大规模免授权随机接入（GF-RA）方案。该方案不需要改变收发器，而是将接收信号变换为张量分解形式。利用张量结构的特点，设计了一种贝叶斯学习算法，用于大规模GF-RA中的有源设备检测和信道估计。理论分析表明，该算法具有收敛速度快、复杂度低的特点.最后，大量的仿真结果证实了它在LEO卫星物联网中的有源设备检测的错误概率和信道估计的归一化均方误差方面优于基线算法。特别是，发现所提出的算法需要短的前导序列，并以低功率支持大规模连接，这对LEO卫星物联网很有吸引力。
2022-12-04 cs.IT math.IT
Zero-Error Capacity of Multiple Access Channels via Nonstochastic Information
即使在无噪声的情况下，表征多址信道的零差错容量区域的问题仍然是一个开放的问题超过三十年。基于这一挑战性的问题，本文提出了一种新的非随机信息理论，并将其应用于两个相关发射机情况下的零误差容量域。与以前的贡献，这种分析不假设块长度是渐近大。最后，提出了一个新的非随机信息的概念，涉及三个代理的非合作问题。这些结果是初步了解信息流在最坏情况下的分布估计和控制问题。
2019-10-27 cs.IT eess.SP math.IT
Intelligent Reflecting Surface Aided Multiple Access: Capacity Region and Deployment Strategy
智能反射面是一种通过智能可控的信号反射来控制无线传播信道的新技术。在本文中，我们研究了多址接入信道（MAC）的容量区域，两个用户发送独立的消息到一个接入点（AP），辅助$M$ IRS反射元素。我们考虑两个实际的IRS部署策略，导致不同的用户AP有效的信道，即，分布式部署的$M$反射元素形成两个IRS，每个部署在一个用户附近，与集中式部署的所有$M$反射元素部署在AP附近。对于分布式部署，我们推导出封闭形式的容量区域;而对于集中式部署，我们推导出一个容量区域的外边界，并提出了一个有效的速率配置文件为基础的方法来表征可实现的速率区域（或容量区域内边界）。此外，我们比较了两种情况下的容量区域，并得出有益的见解IRS在实际系统中的最佳部署。
2020-02-17 cs.IT eess.SP math.IT
Pilot-Free Unsourced Random Access Via Dictionary Learning and Error-Correcting Codes
本文提出一种无导频无源随机接入协议，利用字典学习与纠错码设计接收器及冲突解决策略，无需导频开销即可实现节能低延迟的海量接入。
2023-03-09 cs.IT math.IT
Non-Orthogonal Multiple Access with Spatial Modulation in Downlink Coordinated Multipoint Transmission
提出了一种结合空间调制（SM）的联合传输协调多点非正交多址（JT-COMP NOMA）系统，简称JT-COMP NOMA-SM，以提高系统容量。在考虑非理想连续干扰消除（SIC）和非理想信道状态信息（CSI）的情况下，分析了N个小区内M个协作多点基站（COMP BS）的用户容量和遍历和容量（ESC）.通过仿真和分析比较了该系统与非正交多址接入（NOMA）、联合传输多点协作与基于虚拟用户配对的非正交多址接入（JT-COMP VP-NOMA）的性能。仿真结果表明，该系统与JT-COMP VP-NOMA方案相比，具有相同的小区中心用户容量，而小区边缘用户容量高于其他方案。由于增强了CEU容量，所提出的系统的ESC优于其他方案。不完美的SIC和不完美的CSI可能降低容量。如果小区数量增加，所提出的系统可以保持CEU容量比其他计划更好。这是因为SM工作在香农上限之外，这可以减轻小区间干扰（ICI）。
2019-07-19 cs.IT cs.NI math.IT
Zadoff-Chu sequence design for random access initial uplink synchronization
Zadoff-Chu（ZC）序列的自相关性与其自身的非零循环移位版本为零。由于ZC序列的有趣性质，ZC序列被广泛用于LTE空中接口中的主同步信号（PSS）、随机接入前导码（PRACH）、上行链路控制信道（PUCCH）等。然而，由于潜在问题的一些特定结构，ZC序列的这种有趣性质在随机接入初始上行链路同步问题中没有用处。特别地，现有技术的上行链路同步算法并不对所有ZC序列同等地执行。在这项工作中，我们展示了一个系统的过程来选择ZC序列，产生最佳性能的上行链路同步算法。首先，我们证明了上行链路同步是一个过完备的稀疏信号恢复问题。接下来，我们使用稀疏恢复算法的理论，并确定控制算法性能的因素。然后，我们提出了一个ZC序列设计程序，以最佳地选择这个因素。仿真结果表明，大多数最先进的上行同步算法的性能显着提高时，ZC序列的选择，通过使用所提出的技术。
2016-04-06 cs.IT math.IT
Capacity Region of Finite State Multiple-Access Channel with Delayed State Information at the Transmitters
一个单字母的表征提供了有限状态多址接入信道的容量区域。信道状态是马尔可夫过程，发射机可以访问延迟的状态信息，并且信道状态信息在接收机处可用。假设信道状态信息的延迟在发射机处是不对称的。我们应用的结果，以获得有限状态高斯MAC的容量区域，并为有限状态多址衰落信道。我们得出功率控制策略，最大限度地提高这些通道的容量区域。
2011-01-13 cs.IT math.IT
