信息学院毛奕婕与合作者在6G多址接入技术研究取得系列进展

ON2022-03-23CATEGORY科研进展

非正交多址接入技术是下一代无线通信技术6G的潜在无线空口技术。近日，信息学院毛奕婕团队在该研究领域的相关成果发表在通信领域权威期刊IEEE Transactions on Wireless Communications和IEEE Transactions on Communications。

毛奕婕教授与英国帝国理工学院Bruno Clerckx教授合作提出了一种新型非正交多址接入技术——速率分拆多址接入（Rate-Splitting Multiple Access, RSMA）。该技术通过在发端对用户信息拆分和重构以及在用户端使用串行干扰消除技术，使得用户获得了部分解码干扰，实现了频谱效率和能量效率的显著提升，并能够满足6G密集场景下低成本、高可靠和低时延的接入需求。

基于速率分拆多址接入的多天线广播信道，研究团队提出了全新波束赋形策略来联合优化系统的频谱效率和能源效率。该算法比现行算法收敛速度更快。最重要的是，在众多场景下，相比传统的空分多址接入和功率域非正交多址接入技术，速率分拆多址接入技术实现了更优的频谱效率和能量效率权衡（图1）。本研究成果在保证系统信息传输速率与传输质量的前提下可实现系统的能量效率最大化，通过节能减排，可推动绿色通信的实现。该成果论文发表于IEEE Transactions on Wireless Communications。

图1 不同多址接入技术的频谱效率和能量效率性能权衡

此外，毛奕婕团队提出了一个更具普适性的速率分拆多址接入传输模型（图2）。该模型将现行仅适用多入单出广播信道（MISO BC）的速率分拆多址接入模型拓展到多入多出广播信道（MIMO BC）。

图2 MIMO广播信道下更具普适性的速率分拆多址接入的传输模型

在高信噪比下，研究团队从信息论角度推导出了在非理性发端信道信息以及对称MIMO广播信道下，多用户MIMO、多天线功率域非正交多址接入以及速率分拆多址接入的可达自由度。在有限信噪比下，研究团队提出了以最大化加权遍历和速率为目标的预编码优化解决方案。该方案利用样本平均近似、矢量化和加权最小均方误差方法解决了预编码优化问题。通过蒙特卡罗仿真，进一步验证了该框架的性能优势。结果表明，在非理性发端信道信息场景下，速率分拆多址接入的自由度和加权遍历和速率性能优于现行技术，并且其性能增益随着传输公共数据流数量的增加而不断提升。得益于强大干扰管理能力，速率分拆多址接入技术不仅实现比现行多址接入技术更为显著的频谱效率增益，且其对非理想发端信道信息、动态的网络负载和用户部署更具鲁棒性（图3和图4）。该研究成果论文发表于IEEE Transactions on Communications。

图3 理想发端信道信息场景下不同接入技术的加权遍历速率域比较

图4 非理想发端信道信息场景下不同接入技术的加权遍历速率域比较

以上两项工作分别由上海科技大学与伦敦玛丽女王大学及伦敦帝国理工学院合作完成，信息科学与技术学院毛奕婕教授为唯一通讯作者。