大规模天线下的无线网络海量连接多址传输方法

The large amount of small data packets produced by always-on-line instant messages and M2M services become increasingly important in wireless network traffics. Such packets require high-efficiency and low-latency delivery, which is a challenge for future wireless network design. In this project, we propose to investigate key technologies for supporting such high-efficiency and low latency multiple access with mass connections in future wireless networks equipped with large-scale MIMO antennas. Specifically, our research topics include: 1) analysis of the throughput of mass-connection multiple access schemes with large scale MIMO; 2) modeling of sparse multiple access with coordination in space, time, and code domains, and the associated performance analysis; 3) sparsity-aware detection and demodulation methods based on the special structures of the communication signals, and complexity-reduction optimization. Our objective is to establish a theoretical framework for studying mass-connection multiple access schemes, and obtain high-efficiency and low-latency mass-connection multiple access schemes with zero signaling overhead and detection methods that enjoy low computational complexity.

长期在线的即时通信和M2M业务的海量连接小数据包通信，在无线网络业务中越来越占有非常重要的位置。该类业务的系统传输效率和低时延要求，将成为未来无线网络的挑战性问题。针对未来大规模天线的无线网络，本课题研究支持海量连接的高效率、低时延多址传输技术。研究内容的关键点包括：大规模无线网络下海量连接多址传输容量和吞吐量分析，协同空域、时域和码域的稀疏多址传输模型及性能分析，联合通信信号结构化特征优化的稀疏检测、接收方法及对应的低复杂度优化设计等。通过对上述问题的研究，有望建立海量连接多址传输理论模型，提出支撑海量连接的高效率、低时延的零信令多址传输方法，为未来大规模天线的无线网络上行链路设计提供理论依据和实现方法。

长期在线的即时通信和M2M业务的海量连接小数据包通信，在无线网络业务中越来越占有非常重要的位置。该类业务的系统传输效率和低时延要求，将成为未来无线网络的挑战性问题。针对未来大规模天线的无线网络，本课题研究了以下问题：课题提出了一种免信令的上行非正交多址方法，其核心思想是通过资源随机化使用的方式实现用户对时频空资源的复用。内容包括（1）免信令上行接入框架，上行非正交多址方法的数据恢复和预编码矩阵设计；（2）联合功率域，时频域和空间域的上行多址方式，（3）非正交多址接入方式下的活跃用户数检测和解调迭代终止条件等，提出了利用成组恢复的策略降低实现复杂度和加速借条过程；（4）分析基站和终端间存在载波偏差下的多址传输性能和频偏矫正方法。相关的研究成果构成了有关未来无线上行非正交多址体系。本课题提出的非正交多址方法，和其他的多址方法不同，终端无需通过信令获取多址矩阵（预编码矩阵），所需要的预编码矩阵为该用户终身所有或仅仅在接入鉴权后获取，即无需再通过信令和基站进行交互即可实现免调度上行多址；结合功率域的联合多址技术，我们获得了过载率300%的上行多址传输能力。更重要的是，我们在研究中指出了其他非正交多址研究者忽视或者选择性忽略的一个问题，由于串行干扰消除在非正交多址的解调中的广泛采用，载波偏差、信道估计误差以及器件不理想性在串行干扰消除解调方式下对多址接入性能的影响不可忽视，系统可实现的性能和理论接入性能存在非常大的差异，非正交多址真正被无线通信系统广泛采纳还需要很多工作开展。