Grant-free random access is promising for massive connectivity with sporadic transmissions in massive machine type communications (mMTC), where the hand-shaking between the access point (AP) and users is skipped, leading to high access efficiency. In grant-free random access, the AP needs to identify the active users and perform channel estimation and signal detection. Conventionally, pilot signals are required for the AP to achieve user activity detection and channel estimation before active user signal detection, which may still result in substantial overhead and latency. In this paper, to further reduce the overhead and latency, we explore the problem of grant-free random access without the use of pilot signals in a millimeter wave (mmWave) multiple input and multiple output (MIMO) system, where the AP performs blind joint user activity detection, channel estimation and signal detection (UACESD). We show that the blind joint UACESD can be formulated as a constrained composite matrix factorization problem, which can be solved by exploiting the structures of the channel matrix and signal matrix. Leveraging our recently developed unitary approximate message passing based matrix factorization (UAMP-MF) algorithm, we design a message passing based Bayesian algorithm to solve the blind joint UACESD problem. Extensive simulation results demonstrate the effectiveness of the blind grant-free random access scheme.


翻译:随机接入是进行大规模机器类通信(mMTC)中间断传输最有效的方法之一,其中跳过访问点(AP)与用户之间的握手,从而提高访问效率。在随机接入中,AP需要识别活跃用户,并进行信道估计和信号检测。传统上,AP在进行活动用户信号检测之前需要使用信标信号进行用户活动检测和信道估计,这仍然可能导致较高的开销和延迟。为了进一步减少开销和延迟,我们探讨了在毫米波(mmWave)多输入和多输出(MIMO)系统中不使用信标信号进行随机接入的问题,其中AP执行盲联合用户活动检测、信道估计和信号检测(UACESD)。我们表明,盲联合UACESD可被归纳为受约束的组合矩阵分解问题,通过利用信道矩阵和信号矩阵的结构来解决这个问题。借助我们最近开发的基于幺正近似消息传递的矩阵分解(UAMP-MF)算法,我们设计了一种基于消息传递的贝叶斯算法来解决盲联合UACESD问题。广泛的模拟结果证明了盲随机接入方案的有效性。

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