Design of low complexity unsourced random access schemes over wireless channels

Altıncı Nesil ve Ötesi iletişim sistemlerinin çok sayıda makine tipi cihazın iletişimini sağlaması beklenmektedir. Bu cihazlardan bazılarının oluşturduğu trafik, geleneksel iletişim senaryolarından önemli ölçüde farklı olacaktır. Örneğin, çok sayıda ucuz sensörün bir baz istasyonu (BS) ile iletişim kurduğu uygulamalarda, cihazlar yalnızca ara sıra aktif olacak ve aralarında veya BS ile herhangi bir koordinasyon olmayacaktır. Masif rastgele erişim çözümleri gerektiren sistemler için yakın zamanda kaynaksız rastgele erişim (URA) adı verilen yeni bir paradigma önerilmiştir. URA'da tüm kullanıcılar aynı kod kitabını kullanır ve kullanıcı kimliği yoktur. Hedef yalnızca aktif kullanıcı grubundan gönderilen mesajların listesiyle ilgilenir. Güncel literatürde geliştirilen birçok ilginç URA şeması olmasına rağmen, özellikle düşük karmaşıklıklı ve enerji açısından verimli çözümlerin tasarlanması konusunda birçok önemli zorluk devam etmektedir. URA'daki mevcut zorlukların üstesinden gelme motivasyonuyla çeşitli senaryolar için pratik çözümler geliştiriyoruz. İlk olarak, sönümleme etkilerini azaltmak için dikey frekans bölmeli çoklama yoluyla frekans seçici kanallar üzerinden URA'yı öneriyoruz ve üzerinde çalışıyoruz. Kod çözücü, girişimi gürültü olarak ele alma ve ardışık girişim iptali (SIC) ile birleştirilmiş bir ortak aktivite algılama ve kanal kestirimi algoritması kullanır. Sonuçlarımız, önerilen şemanın, hibe bazlı frekans bölmeli çoklu erişim ile rekabetçi bir performans sunduğunu ve tahmini kanal durumu bilgisinden kaynaklanan performans kaybının sınırlı olduğunu göstermektedir. Daha sonra alıcının çok sayıda antenle donatıldığı senaryoyu inceliyoruz ve iletim çerçevesini, her aktif kullanıcının dikey olmayan bir pilot diziyi ve ardından kutupsal kodlanmış kod sözcüğünü kullandığı yarıklara bölerek basit ama enerji açısından verimli bir çözüm geliştiriyoruz. Alıcıda, ilk önce genelleştirilmiş bir dikey eşleştirme takip algoritması ile iletilen pilot dizileri tespit ediyoruz ve kanal vektörlerini tahmin etmek için doğrusal bir minimum ortalama kare hatası (LMMSE) çözümü kullanıyoruz. Daha sonra maksimum oran birleştirme ve tek kullanıcılı kod çözmeye ve ardından SIC'ye dayalı yinelemeli kod çözme gerçekleştiriyoruz. Sayısal örnekler ve analiz sonuçları, önerilen şemanın literatürdeki mevcut yaklaşımlardan daha iyi performans gösterdiğini veya daha düşük karmaşıklıkla rekabetçi bir performansa sahip olduğunu göstermektedir. Daha sonra çözümümüzü, donanım bozuklukları (HWI) istatistiklerini kullanan kanal kestirimi için donanım bozukluğuna duyarlı bir LMMSE çözümü geliştirerek BS ve kullanıcı ekipmanı tarafında kalan donanım bozukluklarının olduğu senaryolara uyarlıyoruz ve yeni önerilen çözümün enerji verimliliğini ve desteklenen aktif kullanıcı sayısını artırdığını gözlemliyoruz. Son olarak, her aktif kullanıcının iletim çerçevesinin küçük bir bölümünü kullandığı açma-kapama bölmeli çoklu erişimi URA bağlamında inceliyoruz ve yeni yaklaşımın performans veya karmaşıklık açısından mevcut yaklaşımlardan üstün olduğunu gösteriyoruz.