本文關(guān)鍵詞：低復(fù)雜度大規(guī)模接入?yún)f(xié)議設(shè)計　出處：《浙江大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 物聯(lián)網(wǎng) 第五代移動通信技術(shù) 大規(guī)模接入 非正交多址接入 低復(fù)雜度 無速率碼 空間耦合 速率分割

【摘要】：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。本學(xué)位論文的內(nèi)容可概括如下:首先,我們提出了一個新型隨機非正交多址接入的基本框架,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行譯碼。為了進一步提升系統(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,我們利用外信息傳播理論對所提方案進行理論分析,得到了系統(tǒng)可達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,所提方案可以漸進地達到信道容量,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。第二,通過利用上述框架中接入模式暗含身份信息的特點,我們提出了一種“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,我們進一步提出了一種聯(lián)合用戶檢測譯碼算法,以較低的復(fù)雜度同時實現(xiàn)信道估計、用戶檢測和信息譯碼。基于密度進化理論,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。第三,為了簡化上行非正交多址接入的用戶配對,我們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)送數(shù)據(jù)分割成多個數(shù)據(jù)流進而等效成多個虛擬用戶。即使不同用戶到達接入點的功率相同,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)中斷概率和可達速率與系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)之間的閉式關(guān)系表達式。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速率與中斷概率等方面都有明顯提升。
[Abstract]:The Internet of things is an important application scene of the fifth generation of mobile communication. The IOT will significantly increase the number of networked devices, requirements of future communication systems with high data rate and large scale support connection; at the same time, with the rapid development of network, network status, traffic state and channel state will become more dynamic, which requires communication system to have higher adaptivity. These requirements will greatly affect the design of multiple access protocols. In this dissertation, under the guidance of the theory of information theory and coding theory, we focus on the design of multiple access protocols in large-scale access scenarios. The content of this dissertation can be summarized as follows: first, we propose a basic framework of a new random non orthogonal multiple access (random non orthogonal multiple access) access, called rate free access. The framework is different from the traditional scheme's central resource allocation. The access point only assigns a random access control function to the user, and the user shares the resources in the pseudo random way to access. The access process of all users can be equivalent to a special form of linear superposition rate free code, and the access point is decode using the belief propagation algorithm with low complexity. In order to further improve the performance of the system, we introduce the idea of spatial coupling into the access framework, classify the resource units and design the mapping relationship between different users to different types of resource units, and propose an enhanced rate free multiple access scheme based on this. In addition, we use the information propagation theory to analyze the proposed scheme, and get the relationship between the reachable rate and the parameters such as the random access control function, the spatial coupling type and the user precoding. Based on these, we design the key parameters of the system jointly and optimally. The analysis results are consistent with the simulation results, which show that the proposed scheme can achieve channel capacity gradually, and has low signaling overhead and high adaptability, which is in line with the needs of large-scale access scenarios. Second, by using the identity information of the access mode in the above framework, we propose a "no authorization" rate free multiple access scheme. The scheme can save the "registration" process of the basic framework, and can reduce the signaling overhead and system delay. In addition, we have further proposed a joint user detection decoding algorithm to achieve channel estimation, user detection and information decoding at the same time with lower complexity. Based on the theory of density evolution, an approximate analysis algorithm is proposed to analyze the performance of the proposed algorithm. The analysis results are consistent with the simulation results, which shows that the proposed scheme only introduces a minimal bit error rate performance loss compared with the "authorized" rate free multiple access, but it can significantly reduce the signaling overhead and delay of the system. In addition, we extend this idea to sparse code multiple access scheme based on fixed signature matrix, and propose a sparse code multiple access scheme with signature sequence skipping. Third, in order to simplify the user pairing of uplink non orthogonal multiple access, we propose a non orthogonal multiple access scheme based on rate segmentation. In the proposed scheme, each user is equivalent to a number of virtual users by dividing the data to be sent into multiple data flows. Even if the power of different users reaches the access point, the access point can still restore the data of each user by successive interference cancellation algorithm, so the scheme can avoid complex user pairing and reduce the scheduling complexity. In addition, we analyze the performance of the proposed scheme, and obtain the closed relation expression between the system interrupt probability and the reachable rate and the key parameters of the system. According to the theoretical analysis, we propose a design method for the key parameters of the system, including the type of rate segmentation and the type of power segmentation. Finally, the analysis results and simulation results show that the proposed scheme has a significant improvement in both the achievable rate and the interruption probability.
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN929.5

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本文編號：1345691