Device activity detection in the emerging cell-free massive multiple-input multiple-output (MIMO) systems has been recognized as a crucial task in machine-type communications, in which multiple access points (APs) jointly identify the active devices from a large number of potential devices based on the received signals. Most of the existing works addressing this problem rely on the impractical assumption that different active devices transmit signals synchronously. However, in practice, synchronization cannot be guaranteed due to the low-cost oscillators, which brings additional discontinuous and nonconvex constraints to the detection problem. To address this challenge, this paper reveals an equivalent reformulation to the asynchronous activity detection problem, which facilitates the development of a centralized algorithm and a distributed algorithm that satisfy the highly nonconvex constraints in a gentle fashion as the iteration number increases, so that the sequence generated by the proposed algorithms can get around bad stationary points. To reduce the capacity requirements of the fronthauls, we further design a communication-efficient accelerated distributed algorithm. Simulation results demonstrate that the proposed centralized and distributed algorithms outperform state-of-the-art approaches, and the proposed accelerated distributed algorithm achieves a close detection performance to that of the centralized algorithm but with a much smaller number of bits to be transmitted on the fronthaul links.


翻译:在新兴的无细胞大规模多投入多输出系统(MIMO)中,设备活动探测被认为是机械式通信中的一项关键任务,在这种系统中,多个接入点根据收到的信号,从大量潜在设备中共同确定活动装置。大多数解决这一问题的现有工作都依赖于不切实际的假设,即不同的主动装置同步传送信号。然而,在实际中,由于低成本的振动器,无法保证同步,这给探测问题带来了额外的不连续和非对流的制约。为了应对这一挑战,本文件揭示了与无同步活动探测问题相当的重新拟订,这有利于发展集中算法和分布算法,随着迭代数的增加,以温和的方式满足高度非电解的制约,从而使拟议算法产生的顺序能够围绕不良的固定点。为了降低前厅的能力要求,我们进一步设计了一种通信效率加速分布算法。为了应对这一挑战,模拟结果显示,拟议的集中和分布式算法与无同步的活动探测问题相同,这有利于发展集中式方法的集中算法和分布式快速算法,而拟议的快速分布式算法可以实现最小的中央传输的频率连接。

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