5G過載零星傳輸系統(tǒng)中的多用戶檢測(cè)技術(shù)性能分析

馬國(guó)玉 ，艾渤 ，胡顯安 ，蔣笑冰

（1.北京交通大學(xué)軌道交通與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100044；2.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院，北京 100081）

研究與開發(fā)

5G過載零星傳輸系統(tǒng)中的多用戶檢測(cè)技術(shù)性能分析

馬國(guó)玉1，艾渤1，胡顯安1，蔣笑冰2

（1.北京交通大學(xué)軌道交通與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100044；2.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院，北京 100081）

目前，機(jī)器通信具有大規(guī)模連接及零星傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，大規(guī)模連接導(dǎo)致系統(tǒng)必須使用非正交的接入方式，而零星傳輸?shù)奶匦詣t使接入用戶行為具有稀疏性?；谝陨咸匦裕嚓P(guān)文獻(xiàn)提出了基于壓縮感知的多用戶檢測(cè)技術(shù)。從用戶行為及用戶數(shù)據(jù)的檢測(cè)性能方面對(duì)多用戶檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行分析研究，并通過仿真分析得出新的結(jié)論：盡管非正交擴(kuò)頻碼的互相關(guān)性會(huì)影響接收端對(duì)用戶行為及用戶數(shù)據(jù)的檢測(cè)性能，但CS-MUD仍然可以有效地支持大規(guī)模連接用戶下稀疏傳輸?shù)膱?chǎng)景。

機(jī)器通信；非正交擴(kuò)頻；壓縮感知

1 引言

隨著移動(dòng)通信在技術(shù)層面的飛速發(fā)展，消費(fèi)市場(chǎng)對(duì)于通信的需求也隨之飛速提升，通信技術(shù)也逐漸從之前的以技術(shù)為導(dǎo)向轉(zhuǎn)向?yàn)橐允袌?chǎng)為導(dǎo)向。移動(dòng)通信技術(shù)即將在2020年跨入第五代（5G）移動(dòng)通信時(shí)代，消費(fèi)市場(chǎng)對(duì)于未來5G通信的需求不僅包括更高的通信速率、更廣的用戶覆蓋以及更多的接入用戶，還包括對(duì)諸如高鐵等特殊場(chǎng)景的適用性［1-3］。其中，由于未來物聯(lián)網(wǎng)（internet of things，IoT）概念逐漸深入人心，大規(guī)模機(jī)器通信 （machine type communication，MTC）將成為未來市場(chǎng)的需求常態(tài)。目前，3GPP也致力于增強(qiáng)現(xiàn)行的LTE標(biāo)準(zhǔn)，以滿足未來市場(chǎng)對(duì)IoT技術(shù)的需求［4］。為了解決未來蜂窩網(wǎng)中大規(guī)模IoT設(shè)備通信可能產(chǎn)生的擁堵問題，基于競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入機(jī)制成為物理層對(duì)于未來5G中MTC技術(shù)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。在這種競(jìng)爭(zhēng)式的接入機(jī)制中，由于接入節(jié)點(diǎn)的數(shù)量規(guī)模龐大，所以有限的時(shí)頻資源會(huì)使系統(tǒng)過載，從而會(huì)造成多個(gè)數(shù)據(jù)分組碰撞的現(xiàn)象。但是在IoT技術(shù)中，MTC一般傳輸小尺寸的數(shù)據(jù)分組，所以其傳輸方式會(huì)呈現(xiàn)一定的零星性［5］。因此，本文的研究重點(diǎn)集中在這種過載零星傳輸系統(tǒng)上。這種系統(tǒng)作為一種競(jìng)爭(zhēng)式隨機(jī)接入系統(tǒng)的形式，系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)用戶在不同時(shí)間隨機(jī)地激活并發(fā)送數(shù)據(jù)分組，因此數(shù)據(jù)分組很有可能在基站接收端發(fā)生碰撞，且過載系統(tǒng)的過載率越高，不同用戶的數(shù)據(jù)分組在基站接收端發(fā)生碰撞的概率也越高，發(fā)生碰撞的數(shù)據(jù)分組數(shù)也越多。如圖1所示，一小區(qū)內(nèi)具有單個(gè)基站 （base station，BS）和K個(gè)接入用戶終端UE1，UE2，…，UEK。假設(shè)用戶終端數(shù) K 大于系統(tǒng)的時(shí)頻資源數(shù)，則該系統(tǒng)為過載系統(tǒng)。這K個(gè)用戶在一段時(shí)間內(nèi)的不同時(shí)隙隨機(jī)地激活并發(fā)送數(shù)據(jù)分組，如UE2在時(shí)隙3、4發(fā)送數(shù)據(jù)分組，UE3在時(shí)隙 2、4、6發(fā)送數(shù)據(jù)分組，而 UE1在當(dāng)前時(shí)間段沒有發(fā)送數(shù)據(jù)分組。在時(shí)隙4上，基站就會(huì)收到UE2、UE3兩個(gè)用戶的疊加信號(hào)，即UE2與 UE3在時(shí)隙 4發(fā)生了數(shù)據(jù)分組碰撞。

圖1 過載小分組傳輸系統(tǒng)

對(duì)于聚合點(diǎn) （aggregation point，AP）或基站接收機(jī)而言，數(shù)據(jù)分組的碰撞要借由多用戶檢測(cè)（multi-user detection，MUD）解決，但MUD的前提條件是接收機(jī)已知用戶行為狀態(tài)，在傳統(tǒng)MUD中是通過用戶節(jié)點(diǎn)向AP或基站發(fā)送請(qǐng)求以獲得許可及資源分配來實(shí)現(xiàn)的。但是在過載零星傳輸系統(tǒng)中，這種方式會(huì)有大量的控制信令開銷，不僅使系統(tǒng)的復(fù)雜度增加，更使系統(tǒng)的能量效率變低。然而由圖1可知，在零星傳輸機(jī)制中，單位時(shí)間內(nèi)在基站接收端碰撞的數(shù)據(jù)分組數(shù)量很大程度上取決于接入用戶的激發(fā)概率，且該激發(fā)概率一般遠(yuǎn)小于1，即激活用戶的數(shù)量一般會(huì)遠(yuǎn)小于接入用戶的數(shù)量。因此，在一段時(shí)間內(nèi)的用戶行為便具有稀疏性，而對(duì)于這種稀疏的用戶行為，接收端可以利用壓縮感知技術(shù)進(jìn)行用戶行為檢測(cè)，從而避免通過用戶節(jié)點(diǎn)發(fā)送請(qǐng)求來獲得用戶行為狀態(tài)這種原始方法，進(jìn)而節(jié)省了大量的控制信令開銷，提高了系統(tǒng)效率。由此，基于壓縮感知的多用戶檢測(cè) （compressed sensing MUD，CS-MUD）技術(shù)便應(yīng)運(yùn)而生。CS-MUD技術(shù)［6］針對(duì)的場(chǎng)景為全載的CDMA系統(tǒng)；而對(duì)于過載的情況，參考文獻(xiàn)［7］則在參考文獻(xiàn)［6］的基礎(chǔ)上對(duì)CS-MUD技術(shù)進(jìn)行了研究；參考文獻(xiàn)［8］對(duì)CS-MUD中的算法進(jìn)行改進(jìn)，并將其應(yīng)用在信道估計(jì)上；參考文獻(xiàn)［9］則進(jìn)行了另一種改進(jìn)，使CS-MUD適用于用戶數(shù)據(jù)分組異步到達(dá)的情況；參考文獻(xiàn)［10］則利用信道編碼對(duì)CS-MUD的接收機(jī)進(jìn)行了改進(jìn)，從而使系統(tǒng)具有了更高的檢測(cè)效率。本文就是基于參考文獻(xiàn)［7］及后續(xù)工作對(duì)CS-MUD技術(shù)進(jìn)行分析研究。

2 系統(tǒng)模型

2.1 擴(kuò)頻在過載零星系統(tǒng)中的作用

［6］類似，參考文獻(xiàn)［7］同樣使用了擴(kuò)頻技術(shù)。對(duì)于這種過載零星傳輸系統(tǒng)，擴(kuò)頻有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：由于系統(tǒng)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分組的尺寸一般較小，導(dǎo)致其時(shí)間相關(guān)性差，而通過擴(kuò)頻可以使小分組的突發(fā)式傳輸變得平滑，從而易于功率控制及鏈路適應(yīng)（link adaption），另外，當(dāng)發(fā)射功率變平滑之后，功率控制對(duì)調(diào)度信息的干擾變??；擴(kuò)頻可以使接收端在多個(gè)時(shí)頻資源上進(jìn)行相關(guān)信號(hào)檢測(cè)，相較于擴(kuò)頻之前需要對(duì)多個(gè)時(shí)頻資源進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)，其檢測(cè)復(fù)雜度會(huì)有所降低；零星傳輸機(jī)制具有稀疏特性，因此在過載系統(tǒng)中，可以使用非正交擴(kuò)頻碼實(shí)現(xiàn)接入用戶的區(qū)分。對(duì)于第3點(diǎn)優(yōu)勢(shì)，包含擴(kuò)頻的過載系統(tǒng)可以稱為過載CDMA系統(tǒng)，在這種系統(tǒng)中，接入的用戶數(shù)大于擴(kuò)頻因子數(shù)，即擴(kuò)頻碼的維度不足以支撐所有的接入用戶，于是過載CDMA系統(tǒng)便使用非正交的擴(kuò)頻方式［11］。非正交擴(kuò)頻使不同用戶的擴(kuò)頻碼之間具有一定的互相關(guān)性，這種互相關(guān)性會(huì)對(duì)AP或基站接收端的用戶檢測(cè)造成影響，即若不同用戶擴(kuò)頻碼的互相關(guān)性較大，接收端對(duì)于接入用戶就會(huì)出現(xiàn)虛警與漏警現(xiàn)象，即把此時(shí)刻不活躍的用戶判別為活躍的，或者把此時(shí)刻活躍的用戶判別為不活躍的，另外還會(huì)出現(xiàn)活躍用戶之間的錯(cuò)判現(xiàn)象。所以，在過載零星傳輸系統(tǒng)中，接收端的檢測(cè)性能除了取決于對(duì)數(shù)據(jù)的接收檢測(cè)之外，還取決于對(duì)用戶行為的識(shí)別檢測(cè)，即檢測(cè)誤差包含了用戶行為的檢測(cè)誤差和用戶數(shù)據(jù)的檢測(cè)誤差。

2.2 過載零星系統(tǒng)下的MC-CDMA模型

為了在過載零星傳輸系統(tǒng)中體現(xiàn)LTE系統(tǒng)的演進(jìn)性及傳承性，本文考慮多載波CDMA（multi carrier-code division multiple access，MC-CDMA）的方式，而多載波將考慮OFDM中的正交子載波組，即OFDM-CDMA的方式。在傳統(tǒng)LTE中，上行系統(tǒng)采用單載波形式的SC-FDMA，其原因是之前用戶設(shè)備并不能支持OFDM，且OFDM具有較大的峰均功率比（peak to average power ratio，PAPR），但隨著移動(dòng)設(shè)備的更新?lián)Q代，未來移動(dòng)端的放大器可以承受較大的PAPR來支持OFDM。所以對(duì)于上行系統(tǒng)，采用MC-CDMA是合理的。在MC-CDMA中，首先考慮資源的映射問題，如圖2所示，一個(gè)幀的物理資源塊（physical resource block，PRB）具有Lp+L個(gè)符號(hào)時(shí)隙。其中，前Lp個(gè)符號(hào)時(shí)隙用來傳輸信道估計(jì)所用的前導(dǎo)符號(hào)等控制信令，下標(biāo)p表示前導(dǎo)（preamble）符號(hào)，后L個(gè)符號(hào)用來傳輸數(shù)據(jù)符號(hào)，每個(gè)符號(hào)時(shí)隙包含Ns個(gè)子載波，下標(biāo)s表示所有子載波（subcarrier），承載每個(gè)用戶數(shù)據(jù)符號(hào)擴(kuò)頻后的全部Ns個(gè)碼片，即擴(kuò)頻因子Nc=Ns，下標(biāo)c表示正交擴(kuò)頻碼（code）。如此，一個(gè)PRB將具有（Lp+L）×Ns個(gè)資源單位來承載接入用戶的Lp個(gè)控制信令符號(hào)和L個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)，為了簡(jiǎn)化后面的分析，假設(shè)信道信息在基站接收端是已知的，所以后面將不再討論Lp個(gè)控制信令符號(hào)。

圖2 MC-CDMA的PRB映射

對(duì)于一個(gè)PRB上的MC-CDMA，基站在上行接收到信號(hào)后，將其循環(huán)前綴（cyclic prefix，CP）移除并進(jìn)行離散傅里葉變換（DFT），得到接收信號(hào)的頻域形式為：

其 中 ，hk=［hk，1，hk，2，…，hk，Ns］對(duì) 應(yīng) 了 Ns個(gè) 子 載 波 的 信 道 衰落。為均值為0、方差為N0I的加性高斯噪聲。

系統(tǒng)模型可以寫成向量形式，為：

2.3 過載零星傳輸系統(tǒng)模塊

由于本文考慮在發(fā)送端采用MC-CDMA，因此在接收端便可采用CS-MUD技術(shù)，其系統(tǒng)模塊如圖3所示。

由于MIMO不是本文的考慮重點(diǎn)，所以本文假設(shè)發(fā)射端和接收端都使用單天線，因此層映射、預(yù)編碼在系統(tǒng)中并不起作用。另外，本文假設(shè)信道估計(jì)是理想的，即基站接收端知道信道狀態(tài)信息H。最后值得注意的是，基站接收端采取了CS-MUD技術(shù)，即群正交匹配追蹤（group orthogonal matching pursuit，GOMP）算法，這種算法可以很大程度上減少非正交擴(kuò)頻對(duì)多用戶檢測(cè)性能的影響。

3 基于壓縮感知的多用戶檢測(cè)

3.1 正交匹配追蹤算法

傳統(tǒng)壓縮感知所用的為正交匹配追蹤（orthogonal matching pursuit，OMP）算法，即探究每個(gè)用戶的每個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)的稀疏性。以參考文獻(xiàn)［7］中的例子來說，假設(shè)其稀疏基（sparsity basis）矩陣如下所示。

矩陣A由時(shí)域信道卷積矩陣與擴(kuò)頻序列相乘而得，其中，rk，l，i為第 k個(gè)用戶第 l個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)的第 i個(gè)碼片。在傳統(tǒng)OMP中，接收機(jī)將對(duì)測(cè)量矩陣A的每一列進(jìn)行相關(guān)，來探究每個(gè)用戶每個(gè)符號(hào)的稀疏性。然而，在過載零星傳輸系統(tǒng)中，如果某個(gè)用戶沒有被激活，則該用戶在觀測(cè)矩陣中所有符號(hào)的所有碼片都將為0。因此，觀測(cè)矩陣在該特定系統(tǒng)下會(huì)呈現(xiàn)一種塊稀疏性（block sparsity），所以接收機(jī)可以直接對(duì)觀測(cè)矩陣A中所有屬于某個(gè)用戶的列進(jìn)行相關(guān)，而非對(duì)單個(gè)矩陣列進(jìn)行相關(guān)，以充分利用其塊稀疏性，因此，GOMP便應(yīng)運(yùn)而生。顯而易見的是，由于其對(duì)塊稀疏性的充分利用，GOMP相較于OMP在計(jì)算復(fù)雜度上有所降低，同時(shí)其檢測(cè)性能也會(huì)有所提升。

在本文系統(tǒng)中，除了在接收端完美信道狀態(tài)信息的假設(shè)外，這里還假設(shè)了CS-MUD中激活用戶的個(gè)數(shù)Ka是已知的。如果其激活用戶的個(gè)數(shù)未知，則需要通過設(shè)定功率門限，判別接收信號(hào)與接收端本地參考序列的相關(guān)值來獲得。由上文可知，即使在K＞Ns的情況下，GOMP算法可以利用多用戶信號(hào)X的稀疏性，從Ns×L個(gè)觀察值Y中重建K個(gè)多用戶信號(hào)X。其算法流程如圖4所示［13］。

3.2 基于壓縮感知的多用戶檢測(cè)性能分析

圖3 基于CS-MUD的傳輸系統(tǒng)模塊

前文提到，過載零星傳輸系統(tǒng)中存在兩種錯(cuò)誤：一種是用戶行為檢測(cè)錯(cuò)誤，即由于非正交擴(kuò)頻碼的互相關(guān)性過高使GOMP算法中的kmax檢測(cè)出現(xiàn)錯(cuò)誤，從而出現(xiàn)了檢測(cè)用戶時(shí)的虛警與漏警等誤檢現(xiàn)象；另一種是用戶數(shù)據(jù)的檢測(cè)錯(cuò)誤，即由于噪聲等原因使解相關(guān)出現(xiàn)誤碼現(xiàn)象。對(duì)于第一種錯(cuò)誤，可以通過合理地設(shè)計(jì)非正交擴(kuò)頻碼來避免，所以這里暫且不做理論分析。對(duì)于第二種錯(cuò)誤，可以得到Gl中用戶的聯(lián)合檢測(cè)值為：

圖4 GOMP算法流程

指Gl中用戶的L個(gè)估計(jì)符號(hào)，指Gl中用戶的L個(gè)原發(fā)送符號(hào)，而后可以得到Gl中用戶k接收信號(hào)的有效Es／N0為：

這里，Es指單個(gè)發(fā)送符號(hào)的能量，另外可以看到NNH是一個(gè) Ns×Ns的 Wishart矩陣 W（N0I，L），另外，為一個(gè)1×Ns維的向量，所以由參考文獻(xiàn)［14］中的引理可得：

4 鏈路級(jí)仿真

對(duì)于過載零星傳輸系統(tǒng)，本文對(duì)其系統(tǒng)進(jìn)行了鏈路級(jí)的仿真驗(yàn)證。在鏈路級(jí)層面，LTE系統(tǒng)的上行和下行的不同之處在于上行運(yùn)用SC-FDMA而下行運(yùn)用了OFDM，所以為了方便仿真過載零星傳輸系統(tǒng)中OFDM信號(hào)的發(fā)送，本文使用LTE下行鏈路傳輸平臺(tái)，其仿真參數(shù)見表1。

表1 過載小分組傳輸系統(tǒng)仿真參數(shù)

該仿真采用13個(gè)PRB來傳輸數(shù)據(jù)，每個(gè)PRB占用15 kHz的帶寬，于是其總帶寬為195 kHz。另外，該仿真將原先LTE中留給解調(diào)參考信號(hào) （demodulation reference signal，DMRS）和小區(qū)參考信號(hào)（cell reference signal，CRS）的資源單元全部用來映射數(shù)據(jù)，同時(shí)，由于擴(kuò)頻采用Zadoff-Chu序列，而素?cái)?shù)Zadoff-Chu序列循環(huán)移位得出的擴(kuò)頻碼具有很好的正交性，所以將擴(kuò)頻因子設(shè)為13，并設(shè)定1個(gè)PRB具有13個(gè)子載波來承載擴(kuò)頻碼片。除此之外，本文沒有設(shè)定自適應(yīng)調(diào)制編碼 （adaptive modulation and coding，AMC）模式，而是將 MCS固定為 QPSK調(diào)制及碼率為1／2的Turbo碼。在該仿真中，本文分析過載率為400%時(shí)以及ETU和EPA信道下，2、3、4個(gè)用戶碰撞的情況，所以本文將仿真中的接收信號(hào)設(shè)定為2、3或4個(gè)用戶信號(hào)的疊加。同時(shí)，本文還將仿真過載率為400%時(shí)EPA信道下兩用戶在不同移動(dòng)速度下的碰撞性能。

圖5為ETU信道下不同激活用戶數(shù)的CS-MUD性能。首先，ETU 信道的最大時(shí)延為 5 μs［15，16］，則其信道相干帶寬為200 kHz，而系統(tǒng)總帶寬為195 kHz，所以其屬于平坦衰落，因此這里可以先不考慮信道對(duì)非正交擴(kuò)頻碼之間互相關(guān)性的影響，即設(shè)定信道狀態(tài)信息在接收端是已知的。由圖5可以看出，當(dāng)用戶數(shù)為2時(shí)，系統(tǒng)具有良好的檢測(cè)性能，但其性能相較于100%負(fù)載情況時(shí)有所下降，主要來自式（8）中項(xiàng)對(duì)擴(kuò)頻增益的削弱。當(dāng)激活用戶增加到3個(gè)時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)性能在高信噪比下出現(xiàn)了誤碼平底，這是因?yàn)楫?dāng)3個(gè)用戶同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，CS-MUD出現(xiàn)了用戶檢測(cè)錯(cuò)誤。該錯(cuò)誤主要來自于400%過載率下非正交擴(kuò)頻碼之間的互相關(guān)性，即非正交擴(kuò)頻碼的互相關(guān)性對(duì)CS-MUD產(chǎn)生了干擾，而這種干擾將會(huì)影響用戶身份的檢測(cè)。當(dāng)激活用戶數(shù)增加到4個(gè)時(shí)，檢測(cè)性能將會(huì)大幅下降，且會(huì)較早地出現(xiàn)平底。因此，非正交擴(kuò)頻碼的非相關(guān)性對(duì)CS-MUD的干擾將會(huì)隨著激活用戶數(shù)量的增加而增加。

圖5 過載率為400%時(shí)ETU信道下不同激活用戶數(shù)的比較

圖6展示了EPA信道下不同激活用戶的性能。EPA信道的最大時(shí)延為410 ns，所以其相干帶寬仍大于系統(tǒng)的總帶寬而使信道屬于平坦衰落。從圖6中可以看出，無論激活用戶數(shù)為2、3或4，系統(tǒng)在EPA信道下的檢測(cè)性能相較于ETU信道都有所下降，且當(dāng)激活用戶數(shù)為4時(shí)，系統(tǒng)的性能相較于激活用戶數(shù)為2或3時(shí)依然有明顯的下降并會(huì)出現(xiàn)平底。但是與ETU信道不同的是，當(dāng)激活用戶數(shù)為3時(shí)，系統(tǒng)并沒有出現(xiàn)平底，而是相對(duì)于2個(gè)激活用戶下的情況保持2 dB左右的性能下降。該下降依舊是由于項(xiàng)對(duì)擴(kuò)頻增益的削弱。

圖6 過載率為400%時(shí)EPA信道下不同激活用戶數(shù)的比較

最后，本文仿真了系統(tǒng)在EPA信道下針對(duì)不同的用戶移動(dòng)速度的接收檢測(cè)性能。從圖7可以看到，當(dāng)移動(dòng)速度在30 km／h時(shí)，移動(dòng)速度對(duì)CS-MUD的檢測(cè)性能影響有限，但當(dāng)速度增加到100 km／h時(shí)，性能出現(xiàn)了平底，即系統(tǒng)出現(xiàn)了用戶檢測(cè)錯(cuò)誤。因此，目前的CS-MUD并不適用于高速移動(dòng)的情況。

圖7 過載率為400%的EPA信道下兩用戶碰撞時(shí)不同移動(dòng)速度的比較

5 結(jié)束語

從本文的分析結(jié)果可以看出，CS-MUD技術(shù)基于壓縮感知的理論，利用大規(guī)模連接下用戶行為的稀疏性，對(duì)激活用戶的身份進(jìn)行有效識(shí)別，進(jìn)而對(duì)激活用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行多用戶檢測(cè)。另外，從仿真中可以看出，雖然由于非正交擴(kuò)頻碼的互相關(guān)性，CS-MUD可以支持同時(shí)傳輸?shù)挠脩魯?shù)有限，但CS-MUD依然可以支持大規(guī)模連接用戶下的稀疏傳輸。未來可以通過合理的設(shè)計(jì)來降低非正交擴(kuò)頻碼之間的互相關(guān)性，從而增加可同時(shí)支持的傳輸用戶數(shù)以滿足5G對(duì)MTC的要求。

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Performance analysis of multi-user detection of 5G overloaded sporadic system

MA Guoyu1，AI Bo1，HU Xian’an1，JIANG Xiaobing2
1.State Key Lab of Rail Traffic Control and Safety，Beijing Jiaotong University，Beijing 100044，China 2.China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China

Currently，MTC has two main characteristics：massive connectivity and sporadic transmission.Massive connectivity makes the access behavior non-orthogonal and the sporadic characteristic makes the user activity sparsity.Based on those characteristics，some literatures introduce a corresponding detection technique called compressive sensing based multi-user detection.Performance of multi-user detection technique was analyzed by evaluating the user activity detection performance and the user data detection performance.The simulation results conclude that the detection performance will be influenced by the cross correlation between the non-orthogonal spreading sequences，but CS-MUD can still support the massive connection scenario in which the user activity is sparse.

machine type communication，non-orthogonal spreading，compressive sensing

s：The National High Technology Research and Development Program of China（863 Program） （No.2014AA01A706），Beijing Science and Technology Commission Project（No.D151100000115004），The Natural Science Base Research Plan in Shaanxi Province of China（No.2015JM6320）

TP393

A

10.11959／j.issn.1000-0801.2016223

2016-06-28；

2016-08-04

艾渤，boai@bjtu.edu.cn

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（“863”計(jì)劃）基金資助項(xiàng)目 （No.2014AA01A706）；北京市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)資助項(xiàng)目（No.D151100000115004）；陜西省基礎(chǔ)研究基金資助項(xiàng)目（No.2015JM6320）

馬國(guó)玉（1989-），男，北京交通大學(xué)軌道交通控制與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士生，主要研究方向?yàn)?G新型非正交多址接入技術(shù)、大規(guī)模MIMO技術(shù)。

艾渤（1974-），男，北京交通大學(xué)軌道交通控制與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授、博士生導(dǎo)師、副主任，IET 會(huì)士，IEEE 高級(jí)會(huì)員，《IEEE Transactions on Consumer Electronics》期刊、《IEEEAntennas and Wireless Propagation Letter》期刊副主編，主要研究方向?yàn)閷拵б苿?dòng)通信和軌道交通專用移動(dòng)通信。

胡顯安（1990-），女，北京交通大學(xué)軌道交通控制與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室碩士生，主要研究方向?yàn)?G新型非正交多址接入技術(shù)。

蔣笑冰（1975-），女，中國(guó)鐵道科學(xué)研究院高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)殍F路運(yùn)輸、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。