协作多小区大规模MIMO系统中基于协方差的活跃设备检测

作     者：王子岳 刘亚锋 王兆瑞 WANG Ziyue;LIU Yafeng;WANG Zhaorui

作者机构：中国科学院数学与系统科学研究院计算数学与科学工程计算研究所科学与工程计算国家重点实验室北京100190 深圳市未来智联网络研究院香港中文大学(深圳)理工学院广东省未来智联网络重点实验室广东深圳518172 

出 版 物：《移动通信》 (Mobile Communications)

年 卷 期：2025年第49卷第1期

页      面：122-129页

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 

基　　金：国家自然科学基金委员会“5G和后5G通信系统设计中的两类优化问题和方法研究”(12371314) 国家自然科学基金委员会,创新研究群体项目“最优化计算方法、理论及其应用”(12021001) 国家基金委基础科学中心项目“流形上的几何、分析与计算”(12288201) 河套深港科技创新合作区基础研究项目(HZQB-KCZYZ-2021067) 

主　　题：加速坐标下降算法 协作活跃设备检测 大规模随机接入 多小区大规模多输入多输出 尺度定律分析 导频序列 

摘      要：聚焦于多小区大规模多输入多输出(MIMO,Multiple-Input Multiple-Output)系统中基于协方差的活跃设备检测问题。在该系统中,活跃设备向多个基站传输其导频序列,基站根据接收到的信号协作地检测活跃设备。在单小区场景下,基于协方差的活跃设备检测模型的尺度定律(Scaling Law)已在文献中得到广泛分析,旨在分析基于协方差的活跃设备检测模型在多小区大规模MIMO系统中的尺度定律。具体来说,在衰落信道的路径损耗指数γ2的情况下,建立了多小区系统中的二次尺度定律。这一结果表明,在多小区大规模MIMO系统中,当天线数趋于无穷大时,每个小区能够正确检测出的活跃设备数量的最大值随导频序列的长度呈二次方增长,且随着小区数量呈对数减少。此外,除了分析由球面上均匀分布生成的导频序列的尺度定律,还建立了由有限字母表生成的导频序列的尺度定律,这类序列更易于生成和存储。最后,提出了两种高效的加速坐标下降(CD,Coordinate Descent)算法来求解活跃设备检测问题,它们都具有收敛性保证。第一种算法通过非精确坐标更新策略来降低CD算法的复杂度;第二种算法利用积极集选择策略避免了CD算法中不必要的计算。仿真结果表明,所提出的算法在计算效率和检测错误概率方面表现出色。