实现高保真免授权非正交多址接入的研究

免授权接入（Grant-Free Access, GFA）被设想在 5G 及 Beyond 移动系统的大规模机器类通信（massive Machine Type Communication, mMTC）中发挥积极作用，旨在存在偶发流量和小尺寸数据的情况下显著减少信令开销和接入时延。本文聚焦于一种新颖的 K-重复 GFA（K-GFA）方案，该方案将里德-所罗门（Reed-Solomon, RS）码与基于竞争解决的分集时隙 ALOHA（Contention Resolution Diversity Slotted ALOHA, CRDSA）相结合，旨在存在大量无协调 MTC 设备（MTCD）的情况下实现高可靠、低时延接入。我们首先在每个 MTCD 定义了一个 MAC 层传输结构，以支持对包含 $Q$ 个数据包的数据消息进行消息级 RS 编码，其中生成 $KQ$ 个数据包的 RS 码，并在由 $Q$ 个时间帧组成的超时间帧（Super Time Frame, STF）中发送。如果 RS 码的 $KQ$ 个数据包中至少有 $Q$ 个被成功接收，接入点（Access Point, AP）便能恢复数据消息的原始 $Q$ 个数据包。AP 缓存一个 STF 内每个资源块（Resource Block, RB）接收到的 MTCD 信号，并通过迭代干扰消除（Iterative Interference Cancellation, IIC）探索信号级 RB 间相关性，执行基于 CRDSA 的多用户检测（Multi-User Detection, MUD）。针对所提出的基于 CRDSA 的 K-GFA 方案，我们提供了复杂度分析，并推导了每个 MTCD 接入概率的闭式解析模型及其简化近似形式。通过大量数值实验验证了所提出的基于 CRDSA 的 K-GFA 方案的有效性，并深入理解了其在各种关键运行参数下的性能。