Compressive sensing multi-user detection approaches for sporadic communication

Ein neuer Themenbereich der digitalen Kommunikation ist die Massive Machinetype Communication (MMC), bei der sehr viele Knoten Daten zu einem Aggregationspunkt übertragen. In zahlreichen Anwendungen sind die Knoten einer MMC sporadisch aktiv, sodass nur wenige Knoten gleichzeitig aktiv sind, zudem sind die gesendeten Datenpakete vielfach sehr kurz. Folglich muss zur Vermeidung eines hohen Signalisierungsaufwands der Kanalzugriff bei jedem Sendevorgang direkt erfolgen, also ohne Reservierungsprotokoll. Nachteil dieses „Direct Random Access“ ist, dass der Empfänger keine Kenntnis besitzt, welcher Knoten zu welchem Zeitpunkt Daten überträgt. Kernziel der Arbeit ist daher die Erforschung von neuen Empfängerstrukturen zur gleichzeitigen Detektion von Aktivität und Daten für zukünftige Kommunikationssysteme wie z. B. der 5. Mobilfunkgeneration. In dieser Arbeit wird Compressed Sensing Multi-User-Detection (CS-MUD) als neuartiger Mehrnutzerdetektor vorgestellt. Die Darstellung der sporadischen Kommunikation in Form eines dünnbesetzten Mehrnutzersignals, erlaubt die Anwendung einer Compressed Sensing (CS) Rekonstruktion, welche eine gemeinsame Detektion von Aktivität und Daten ermöglicht. Ein Schwerpunkt der Arbeit besteht in der nachrichtentechnischen Einordnung und Interpretation bekannter Ansätze, Aussagen und Leistungsmetriken der CS Theorie. Darauf aufbauend werden neue Empfänger für eine CS-MUD vorgestellt, basierend auf bekannten greedy Algorithmen mit geringer Komplexität. Insbesondere wird die bcSIC eingeführt, welche die Kanaldecodierung in die CS-MUD einbezieht und auf dem bekannten Verfahren der Successive Interference Cancellation basiert. Zudem betrachtet die Arbeit weitere nachrichtentechnische Aspekte wie Kanalschätzung und asynchrone Datenübertragung.