近日，中國科學院上海高等研究院-智能信息通信技術研究與發展中心周婷研究員團隊聯合清華大學團隊在6G新型多址接入技術領域取得重要進展。該研究面向5G-Advanced及6G后續演進中超大規模機器連接場景的應用需求，聚焦多用戶上行非正交多址接入技術，從基礎通信理論角度出發，率先推導了上行多用戶在多種調制策略下的誤碼率閉式解；理論推導并分析論證了多用戶非對稱上行信道“邊界效應”的邊界閾值，為優化調制策略的選擇提供了指導；基于嚴格推導證明的誤碼率閉式解的數學性質，研究團隊進一步提出一種非對稱自適應調制框架與算法，能夠有效減輕“邊界效應”對系統性能產生的不穩定性影響，使得多用戶上行非正交多址接入技術在滿足目標誤碼率的前提下，對比現有對稱性自適應調制算法能夠有效提高系統吞吐量性能。相關成果以“Asymmetric Adaptive Modulation for Uplink NOMA Systems”為標題，發表于電信學頂尖期刊《IEEE Transactions on Communications》（中科院一區）。
在過去的數十年間，無線通信技術取得了長足的進步，高速、高效的5G通信技術正在被廣泛應用于各個領域。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，即在一個基本通信資源塊上只能服務一個用戶。然而，有限的頻譜資源將制約未來移動通信網絡的發展，如何提高通信系統的頻譜效率始終是一大挑戰。非正交多址接入技術在一個基本通信資源塊上能同時服務多個用戶，從而在頻譜效率、最大連接數以及時延等指標方面相比于傳統的正交多址系統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成為5G-Advanced及6G移動通信系統中極具競爭力的候選技術，獲得了業界廣泛的關注。
自適應調制編碼是非正交多址技術領域最熱門的關鍵技術之一。如果將現有的正交多址接入系統自適應調制技術應用到非正交多址接入系統當中，將使得非正交多址接入技術無法取得最佳性能，同時在上行非正交多址接入系統中，由于用戶間信道增益的差異還將產生一種“邊界效應”，它會造成系統誤碼率、吞吐量等性能的不穩定。本研究成果首先奠定了多用戶上行非正交多址接入系統的誤碼率閉式解以及“邊界效應”邊界閾值表達的理論基礎，在此基礎上首創提出了非對稱自適應調制框架和算法，顯著提升了上行非正交多址接入系統整體吞吐量，有效解決5G-Advanced及6G后續演進中超大規模機器連接場景的應用需求。
本研究由中國科學院上海高等研究院團隊牽頭、聯合清華大學團隊完成。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。本項研究工作獲得了國家重點研發計劃、上海市科委基礎重點專項、上海市優秀學術帶頭人計劃、上海市青年科技啟明星計劃以及中科院青年創新促進會的資助支持。
原文鏈接：https://ieeexplore.ieee.org/document/9504531
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圖1. 不同調制策略下用戶的誤碼率性能對比
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圖2. 自適應調制算法的系統吞吐量性能對比：（a） 高斯白噪聲信道；（b） 瑞利衰落信道。
