近日，中國科學(xué)院上海高等研究院-智能信息通信技術(shù)研究與發(fā)展中心周婷研究員團(tuán)隊(duì)聯(lián)合清華大學(xué)團(tuán)隊(duì)在6G新型多址接入技術(shù)領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。該研究面向5G-Advanced及6G后續(xù)演進(jìn)中超大規(guī)模機(jī)器連接場(chǎng)景的應(yīng)用需求，聚焦多用戶上行非正交多址接入技術(shù)，從基礎(chǔ)通信理論角度出發(fā)，率先推導(dǎo)了上行多用戶在多種調(diào)制策略下的誤碼率閉式解；理論推導(dǎo)并分析論證了多用戶非對(duì)稱上行信道“邊界效應(yīng)”的邊界閾值，為優(yōu)化調(diào)制策略的選擇提供了指導(dǎo)；基于嚴(yán)格推導(dǎo)證明的誤碼率閉式解的數(shù)學(xué)性質(zhì)，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步提出一種非對(duì)稱自適應(yīng)調(diào)制框架與算法，能夠有效減輕“邊界效應(yīng)”對(duì)系統(tǒng)性能產(chǎn)生的不穩(wěn)定性影響，使得多用戶上行非正交多址接入技術(shù)在滿足目標(biāo)誤碼率的前提下，對(duì)比現(xiàn)有對(duì)稱性自適應(yīng)調(diào)制算法能夠有效提高系統(tǒng)吞吐量性能。相關(guān)成果以“Asymmetric Adaptive Modulation for Uplink NOMA Systems”為標(biāo)題，發(fā)表于電信學(xué)頂尖期刊《IEEE Transactions on Communications》（中科院一區(qū)）。
在過去的數(shù)十年間，無線通信技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，高速、高效的5G通信技術(shù)正在被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。從1G到5G，無線空中接口的多址接入方式（如TDMA、FDMA、CDMA、OFDM）均屬于正交多址接入方式，即在一個(gè)基本通信資源塊上只能服務(wù)一個(gè)用戶。然而，有限的頻譜資源將制約未來移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，如何提高通信系統(tǒng)的頻譜效率始終是一大挑戰(zhàn)。非正交多址接入技術(shù)在一個(gè)基本通信資源塊上能同時(shí)服務(wù)多個(gè)用戶，從而在頻譜效率、最大連接數(shù)以及時(shí)延等指標(biāo)方面相比于傳統(tǒng)的正交多址系統(tǒng)能夠取得顯著的性能增益。因而在近年來，非正交多址接入技術(shù)成為5G-Advanced及6G移動(dòng)通信系統(tǒng)中極具競(jìng)爭(zhēng)力的候選技術(shù)，獲得了業(yè)界廣泛的關(guān)注。
自適應(yīng)調(diào)制編碼是非正交多址技術(shù)領(lǐng)域最熱門的關(guān)鍵技術(shù)之一。如果將現(xiàn)有的正交多址接入系統(tǒng)自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)應(yīng)用到非正交多址接入系統(tǒng)當(dāng)中，將使得非正交多址接入技術(shù)無法取得最佳性能，同時(shí)在上行非正交多址接入系統(tǒng)中，由于用戶間信道增益的差異還將產(chǎn)生一種“邊界效應(yīng)”，它會(huì)造成系統(tǒng)誤碼率、吞吐量等性能的不穩(wěn)定。本研究成果首先奠定了多用戶上行非正交多址接入系統(tǒng)的誤碼率閉式解以及“邊界效應(yīng)”邊界閾值表達(dá)的理論基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上首創(chuàng)提出了非對(duì)稱自適應(yīng)調(diào)制框架和算法，顯著提升了上行非正交多址接入系統(tǒng)整體吞吐量，有效解決5G-Advanced及6G后續(xù)演進(jìn)中超大規(guī)模機(jī)器連接場(chǎng)景的應(yīng)用需求。
本研究由中國科學(xué)院上海高等研究院團(tuán)隊(duì)牽頭、聯(lián)合清華大學(xué)團(tuán)隊(duì)完成。其中，智能信息中心博士研究生王愷杰為論文第一作者、周婷研究員為通訊作者。本項(xiàng)研究工作獲得了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、上海市科委基礎(chǔ)重點(diǎn)專項(xiàng)、上海市優(yōu)秀學(xué)術(shù)帶頭人計(jì)劃、上海市青年科技啟明星計(jì)劃以及中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)的資助支持。
原文鏈接：https://ieeexplore.ieee.org/document/9504531
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圖1. 不同調(diào)制策略下用戶的誤碼率性能對(duì)比
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圖2. 自適應(yīng)調(diào)制算法的系統(tǒng)吞吐量性能對(duì)比：（a） 高斯白噪聲信道；（b） 瑞利衰落信道。
