This paper studies the user activity detection and channel estimation problem in a temporally-correlated massive access system where a very large number of users communicate with a base station sporadically and each user once activated can transmit with a large probability over multiple consecutive frames. We formulate the problem as a dynamic compressed sensing (DCS) problem to exploit both the sparsity and the temporal correlation of user activity. By leveraging the hybrid generalized approximate message passing (HyGAMP) framework, we design a computationally efficient algorithm, HyGAMP-DCS, to solve this problem. In contrast to only exploit the historical estimations, the proposed algorithm performs bidirectional message passing between the neighboring frames for activity likelihood update to fully exploit the temporally-correlated user activities. Furthermore, we develop an expectation maximization HyGAMP-DCS (EM-HyGAMP-DCS) algorithm to adaptively learn the hyperparameters during the estimation procedure when the system statistics are unknown. In particular, we propose to utilize the analysis tool of state evolution to find the appropriate hyperparameter initialization of EM-HyGAMP-DCS. Simulation results demonstrate that our proposed algorithms can significantly improve the user activity detection accuracy and reduce the channel estimation error.


翻译:本文研究与时间有关的大规模接入系统中的用户活动探测和频道估计问题,在该系统中,大量用户与基地站进行零星通信,每个用户一旦激活,就可以在多个连续框架上以极有可能的方式传送。我们将问题发展成动态压缩遥感(DCS)问题,以利用用户活动的宽度和时间相关性。我们利用混合的通用信息传递(HyGAMP)框架,设计了一个计算高效算法(HyGAMP-DCS),以解决这一问题。与仅仅利用历史估计,相反,拟议的算法在活动可能性更新的邻近框架之间传递双向信息,以充分利用与时间有关的用户活动。此外,我们开发了预期最大化 HyGAMP-DCS(EM-HyGAMP-DCS)算法,以适应性地学习系统统计数据未知时的超参数。我们特别提议利用国家演变分析工具,以找到EM-HYGAMP-DCS的适当超分辨测法初始化。模拟结果显示我们提议的测算法活动能够大大改进测算的准确性。

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