Tailor-made for massive connectivity and sporadic access, grant-free random access has become a promising candidate access protocol for massive machine-type communications (mMTC). Compared with conventional grant-based protocols, grant-free random access skips the exchange of scheduling information to reduce the signaling overhead, and facilitates sharing of access resources to enhance access efficiency. However, some challenges remain to be addressed in the receiver design, such as unknown identity of active users and multi-user interference (MUI) on shared access resources. In this work, we deal with the problem of joint user activity and data detection for grant-free random access. Specifically, the approximate message passing (AMP) algorithm is first employed to mitigate MUI and decouple the signals of different users. Then, we extend the data symbol alphabet to incorporate the null symbols from inactive users. In this way, the joint user activity and data detection problem is formulated as a clustering problem under the Gaussian mixture model. Furthermore, in conjunction with the AMP algorithm, a variational Bayesian inference based clustering (VBIC) algorithm is developed to solve this clustering problem. Simulation results show that, compared with state-of-art solutions, the proposed AMP-combined VBIC (AMP-VBIC) algorithm achieves a significant performance gain in detection accuracy.


翻译:为大规模连通和零星接入而专门设计的无赠款随机访问已成为大规模机型通信(MMTC)的一个有希望的候选访问协议。 与传统的赠款协议相比,无赠款随机访问跳过交换时间表信息以减少信号间接费用,便利共享访问资源以提高访问效率。然而,在接收器设计中,仍有一些挑战有待解决,例如,活跃用户身份不明和共享访问资源方面的多用户干扰(MUI)等。在这项工作中,我们处理的是用户联合活动和数据探测以无偿访问的数据问题。具体地说,近似信息传递(AMP)算法首先用于减少MUI和分解不同用户的信号。然后,我们扩展数据符号的字母表以纳入非活动用户的空标码,从而提高访问效率。这样,在高斯混合模式下,联合用户活动和数据探测问题就被确定为集群问题。此外,与AMP算法、基于变式推论的Bayesian Inference(VBIC)算法是用来解决这一集群问题的。模拟结果显示A-MLS-BA的准确性测试结果,与拟议的州-BIS探测方法比较了V-BIBI。

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