We investigate massive access in the Internet-of-Things (IoT) relying on multi-pair two-way amplify-and-forward (AF) relay systems using massive multiple-input multiple-output (MIMO). We utilize the approximate message passing (AMP) algorithm for joint device activity detection and channel estimation. Furthermore, we analyze the achievable rates for multiple pairs of active devices and derive the closed-form expressions for both maximum-ratio combining/maximum-ratio transmission (MRC/MRT) and zero-forcing reception/zero-forcing transmission (ZFR/ZFT)-based beamforming schemes adopted at the relay. Moreover, to improve the achievable sum rates, we propose a low-complexity algorithm for optimizing the pilot length $L$ . Our simulation results verify the accuracy of the closed-form expressions of the MRC/MRT and ZFR/ZFT scenarios. Finally, the proposed pilot-length optimization algorithm performs well in both the MRC/MRT and ZFR/ZFT scenarios.

中文翻译：

---

基于多对双向大规模 MIMO 中继系统的物联网大规模接入分析与优化

我们研究了依赖于使用大规模多输入多输出 (MIMO) 的多对双向放大转发 (AF) 中继系统的物联网 (IoT) 中的大规模访问。我们利用近似消息传递 (AMP) 算法进行联合设备活动检测和信道估计。此外，我们分析了多对有源设备的可实现速率，并推导出了最大比合并/最大比传输 (MRC/MRT) 和迫零接收/迫零传输 (ZFR/ZFT) 的闭式表达式) 的波束成形方案在中继采用。此外，为了提高可实现的总和率，我们提出了一种优化导频长度的低复杂度算法 $L$ . 我们的仿真结果验证了 MRC/MRT 和 ZFR/ZFT 场景的闭式表达式的准确性。最后，所提出的导频长度优化算法在 MRC/MRT 和 ZFR/ZFT 场景中都表现良好。