海量连接、大容量、低时延新型非正交接入的关键技术研究

With the drastic increasing in future mobile users and data volumn, it is urgent to support massive connectivity, large capacity and low latency for the next generation wireless networks. Therefore, this project will study the sparse code multiple access (SCMA) as a representative of non-orthogonal multiple access technologies. SCMA can support multiple times of users than the orthogonal multiple access by the same amount of time and frequency resources, which meanwhile can reduce latency by SCMA grant-free transmission. This project will propose the multi-dimensional space based codebook design, the compress sensing based sparse channel estimation, the sphere decoding based SCMA decoding and active codebook detection for grant-free transmission, by studying the SCMA codebook, sparse channel, SCMA decoding and grant-free access. The proposed methods can provide globally optimized codebook over the heuristically designed codebook, and reduce the complexity of sparse channel estimation, SCMA decoding and active codebook detection. This work will push the standardization of the new type non-orthogonal access technologies in 5G, and it's idea and methodologies will support the research in the related area.

随着未来移动用户数和数据流量的迅猛增长，迫切要求下一代无线通信网络能够支持海量接入、大容量和低时延的服务。为此，本课题研究以稀疏编码多址接入（SCMA）为代表的新型非正交接入技术。SCMA能够利用有限的时频资源支持数倍于正交接入的用户，从而提高系统的吞吐量。同时，通过SCMA无授权传输设计，可以降低时延。本课题通过对SCMA码本、稀疏信道、SCMA解码和无授权接入的研究，提出多维空间的码本优化设计方案，基于压缩感知的稀疏信道估计方法，基于球形译码和双向调度算法的SCMA解码方案和无授权接入的码本检测方法。所提出的方案和方法拟克服传统的启发式设计方案，获得全局优化的码本，并降低稀疏信道估计、SCMA解码和无授权传输码本检测的计算复杂度。本课题的研究，不仅推动新型非正交接入技术在5G中的标准化，所提出的思想和方法也为相关领域的研究提供支撑。

随着未来移动用户数和数据流量的迅猛增长，迫切要求下一代无线通信网络能够支持海量接入、大容量和低时延的服务。为此，本课题研究以稀疏编码多址接入（SCMA）为代表的新型非正交接入技术。SCMA能够利用有限的时频资源支持数倍于正交接入的用户，从而提高系统的吞吐量。同时，通过SCMA无授权传输设计，可以降低时延。本课题通过对SCMA码本、稀疏信道、解码和协议的研究，分析了大规模接入的系统性能限，获得了SCMA容量的上界和下界；运用球形解码方法获得了多项式阶复杂度的SCMA解码方案；对于免调度接入SCMA，利用高斯近似，获得了用户检测，以及信道与信息联合检测方法，其具有线性复杂度。为了减少碰撞概率，设计了免调度接入协议。课题进一步研究了SCMA系统的能量有效性，为新型非正交接入技术在5G 中的标准化提供有力的技术支撑。..通过本课题的研究发表IEEE期刊论文24篇，IEEE国际会议论文9篇，专利1项，获得奖励/荣誉5项。另外，在《中国电子学会会员通讯》及《西安电子科技大学学报》编辑B5G/6G编码与接入专辑2部，并在斯普林格出版社出版的《无线网络百科全书》中发表了 "Sparse Code Multiple Access"科普文章。通过项目培养，毕业博士4 人，硕士生5人，博士后1人，引进副教授1人，助理研究员1人。在上海组织1次研讨会“IEEE NOMA Summit”，2 次国内研讨会“上海无线产学研论坛”和“6G智能通信研讨会”。邀请了12个学者访问实验室，6人次出国交流。研究受到东方卫视和光明日报的关注与报道。