This paper considers joint device activity detection and channel estimation in Internet of Things (IoT) networks, where a large number of IoT devices exist but merely a random subset of them become active for short-packet transmission at each time slot. In particular, we propose to leverage the temporal correlation in user activity, i.e., a device active at the previous time slot is more likely to be still active at the current moment, to improve the detection performance. Despite the temporally-correlated user activity in consecutive time slots, it is challenging to unveil the connection between the activity pattern estimated previously, which is imperfect but the only available side information (SI), and the true activity pattern at the current moment due to the unknown estimation error. In this work, we manage to tackle this challenge under the framework of approximate message passing (AMP). Specifically, thanks to the state evolution, the correlation between the activity pattern estimated by AMP at the previous time slot and the real activity pattern at the previous and current moment is quantified explicitly. Based on the well-defined temporal correlation, we further manage to embed this useful SI into the design of the minimum mean-squared error (MMSE) denoisers and log-likelihood ratio (LLR) test based activity detectors under the AMP framework. Theoretical comparison between the SI-aided AMP algorithm and its counterpart without utilizing temporal correlation is provided. Moreover, numerical results are given to show the significant gain in activity detection accuracy brought by the SI-aided algorithm.


翻译:本文考虑了互联网Tings(IoT)网络中联合设备活动探测和频道估计的情况,在这些网络中,有大量IoT设备存在,但只是其中的一个随机子集,每个时间档都对短卡传输十分活跃。特别是,我们提议利用用户活动的时间相关性,即,在前一个时间档中活跃的一个设备在目前更可能在目前仍然活跃,以改善探测性能。尽管在连续的时间档中存在与时间相关时间段的用户活动,但是要揭开以前估计的活动模式(这种模式不完善,但却是唯一可得到的侧面信息)与目前由于未知的估计错误而真正活动模式之间的联系。在这项工作中,我们设法在大致传递信息(AMP)的框架内应对这一挑战。具体地说,由于现状的演变,AMP在前一个时间档中估计的活动模式与先前和当前实际活动模式之间的关联是明确的。根据明确界定的时间关联,我们进一步设法将这一有用的SII(SI)在最低平均值(IM)的检测性程和SIMA类比活动(SIM)下,在SIM-iral-ral imal imal imal imal imal imal 活动中,在使用一个不提供其重要测试活动(IMA IMIL) 的测试活动框架下,提供了一个重大的测试性平差比。

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