Massive access is a critical design challenge of Internet of Things (IoT) networks. In this paper, we consider the grant-free uplink transmission of an IoT network with a multiple-antenna base station (BS) and a large number of single-antenna IoT devices. Taking into account the sporadic nature of IoT devices, we formulate the joint activity detection and channel estimation (JADCE) problem as a group-sparse matrix estimation problem. This problem can be solved by applying the existing compressed sensing techniques, which however either suffer from high computational complexities or lack of algorithm robustness. To this end, we propose a novel algorithm unrolling framework based on the deep neural network to simultaneously achieve low computational complexity and high robustness for solving the JADCE problem. Specifically, we map the original iterative shrinkage thresholding algorithm (ISTA) into an unrolled recurrent neural network (RNN), thereby improving the convergence rate and computational efficiency through end-to-end training. Moreover, the proposed algorithm unrolling approach inherits the structure and domain knowledge of the ISTA, thereby maintaining the algorithm robustness, which can handle non-Gaussian preamble sequence matrix in massive access. With rigorous theoretical analysis, we further simplify the unrolled network structure by reducing the redundant training parameters. Furthermore, we prove that the simplified unrolled deep neural network structures enjoy a linear convergence rate. Extensive simulations based on various preamble signatures show that the proposed unrolled networks outperform the existing methods in terms of the convergence rate, robustness and estimation accuracy.


翻译:大规模访问是互联网( IOT) 网络的关键性设计挑战。 在本文中, 我们考虑的是无赠款传输具有多ANT 基站( BS) 和大量单ANT IOT 装置的IOT 网络的无赠- 上链传输。 考虑到IOT 设备零星的性质, 我们将联合活动探测和频道估计( JADCE) 问题作为一个群体偏差的矩阵估计问题, 这个问题可以通过应用现有的压缩遥感技术来解决, 不论这些技术是否具有高度的计算复杂性或缺乏算法的稳健性。 为此, 我们提议了一个基于深层神经网络网络的无赠与性传输框架, 从而在深度神经网络中同时实现较低的计算复杂性和高度强健健健性。 具体地, 我们将最初的迭代缩缩缩缩缩缩缩算算算算法( ISTA), 从而通过端对端到端到端的训练来提高趋同率。 此外, 拟议的算解算法方法继承了ISTA 的无域知识,, 从而简化现有网络的深度分析。

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CC在计算复杂性方面表现突出。它的学科处于数学与计算机理论科学的交叉点,具有清晰的数学轮廓和严格的数学格式。官网链接:https://link.springer.com/journal/37
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