We propose a joint channel estimation and signal detection approach for the uplink non-orthogonal multiple access (NOMA) using unsupervised machine learning. We apply a Gaussian mixture model (GMM) to cluster the received signals, and accordingly optimize the decision regions to enhance the symbol error rate (SER) performance. We show that, when the received powers of the users are sufficiently different, the proposed clustering-based approach achieves an SER performance on a par with that of the conventional maximum-likelihood detector (MLD) with full channel state information (CSI). We study the tradeoff between the accuracy of the proposed approach and the blocklength, as the accuracy of the utilized clustering algorithm depends on the number of symbols available at the receiver. We provide a comprehensive performance analysis of the proposed approach and derive a theoretical bound on its SER performance. Our simulation results corroborate the effectiveness of the proposed approach and verify that the calculated theoretical bound can predict the SER performance of the proposed approach well. We further explore the application of the proposed approach to a practical grant-free NOMA scenario, and show that its performance is very close to that of the optimal MLD with full CSI, which usually requires long pilot sequences.


翻译:我们建议采用一个联合频道估计和信号检测方法,用于使用不受监督的机器学习,对非正统多端链接进行联合频道估计和信号检测;我们采用高斯混合模型(GMMM)对接收信号进行分组,从而优化决策区域,以提高符号误差率(SER)性能;我们表明,当用户获得的权力差别很大时,拟议的基于集群的方法能够实现SER的性能,与传统最大类似性能探测器(MLD)的性能相当,并具有完整的频道状态信息(CSI);我们研究了拟议方法的准确性与轮廓长度之间的平衡,因为使用的组合算法的准确性取决于接收器上可用的符号数量;我们提供了对拟议方法的全面性能分析,并从理论上约束了SER的性能;我们的模拟结果证实了拟议方法的有效性,并核实计算出的理论约束能够预测SER最接近性能的性能。我们进一步探索对实际无赠款的NOMA设想方案采用拟议方法,并表明其性能非常接近最佳的MALD级,通常需要完全的试测序。

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