什么是NOMA？與OFDMA有何不同

什么是NOMA？與OFDMA有何不同？\o"5G"#5G\o"NOMA"#NOMA\o"OFDMA"#OFDMA一、NOMA(非正交多址接入)無(wú)線(xiàn)通信在1G、2G和3G時(shí)代分別引入了頻分多址(FDMA)、時(shí)分多址和碼分多址。在LTE和LTE-Advanced中采用了正交頻分多址(OFDMA)和單載波(SC)-FDMA作為正交多址(OMA)方法。這種正交設(shè)計(jì)的好處是用戶(hù)之間沒(méi)有相互干擾，因此即使使用簡(jiǎn)化的接收器也可以實(shí)現(xiàn)良好的系統(tǒng)級(jí)性能。然而這些技術(shù)都無(wú)法滿(mǎn)足未來(lái)無(wú)線(xiàn)接入系統(tǒng)(5G)的高要求。NOMA(Non-orthogonalmultipleaccess)也稱(chēng)為非正交多址接入，被認(rèn)為一種很有前途的多址技術(shù)，其可以顯著提高5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率。二、NOMA基本原理如圖1所示，在一個(gè)BS(基站)和兩個(gè)(或多個(gè))用戶(hù)設(shè)備(UE)的場(chǎng)景中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)來(lái)自BS發(fā)射信號(hào)和UE收發(fā)器的信號(hào)在下行和上行方向信號(hào)疊加的問(wèn)題。圖1.無(wú)線(xiàn)場(chǎng)景中NOMA功率分離示意圖所以在用戶(hù)(UE)側(cè)需要進(jìn)行多用戶(hù)信號(hào)分離，以便每個(gè)UE可以檢索其信號(hào)并解碼自己的數(shù)據(jù)。這可通過(guò)非線(xiàn)性接收器的最大似然檢測(cè)(maximumlikelihooddetection)或SIC((SuccessiveInterferenceCancellation-連續(xù)干擾消除)技術(shù)解決。而SIC解碼的最佳順序是按噪聲和ICI功率歸一化的信道增益遞減順序?；谶@個(gè)順序我們實(shí)際上可以假設(shè)任何用戶(hù)都可以正確獲得解碼順序在其之前的其他用戶(hù)信號(hào)。在兩個(gè)UE的情況下，假設(shè)UE-2不執(zhí)行干擾消除，因?yàn)樗诮獯a順序中排在第一位。UE-1首先對(duì)UE-2信號(hào)進(jìn)行解碼，并從總接收信號(hào)中減去其分量，從而得到自己的信號(hào)分量并對(duì)其進(jìn)行解碼，不受UE-2信號(hào)的干擾。NOMA使用電源域?qū)⑿盘?hào)相互分離。NOMA提供了一個(gè)新的維度，可以在其中分離信號(hào)并允許接入基站。這種技術(shù)以前在2G、3G或4G內(nèi)都沒(méi)有使用過(guò)。三、NOMA與OFDMA在OFDMA中不同的UE信號(hào)在不同的頻率資源上發(fā)射，但在NOMA的情況下不同的UE信號(hào)以相同的頻率，但在不同的功率電平上發(fā)射；具體取決于UE在小區(qū)中的位置。當(dāng)UE之間的信道增益和路徑損耗的差異較大時(shí)，NOMA與OFDMA相比的性能增益會(huì)增加。根據(jù)這個(gè)簡(jiǎn)單的兩個(gè)UE情況，NOMA提供了比OFDMA更高的總和速率。事實(shí)上小區(qū)中心UE在速率方面有所提高，因?yàn)樵揢E是帶寬受限的，因此可以從使用雙帶寬中獲益更多，即使這是以低得多的發(fā)射功率為代價(jià)的。同時(shí)小區(qū)邊緣的UE由于功率受限，在速率方面也有所提升；在NOMA下它的發(fā)射功率只是略微降低，但它的發(fā)射帶寬可以翻倍。

圖2.NOAM與OFDMA對(duì)比圖四、NOMA在5G場(chǎng)景應(yīng)用作為一種有前途的5G技術(shù)，NOMA已被證明與5G通信的其他關(guān)鍵使能技術(shù)兼容。例如異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將在5G網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮重要作用，宏基站和小基站協(xié)作實(shí)現(xiàn)頻譜共享。NOMA有利于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)橥ㄟ^(guò)利用NOMA原理，可以在一個(gè)小小區(qū)中為更多用戶(hù)提供服務(wù)。同時(shí)，NOMA在M2M(機(jī)器對(duì)機(jī)器)通信、UDN(超密集網(wǎng)絡(luò))和mMTC(海量機(jī)器類(lèi)型通信)中的應(yīng)用正在研究中，NOMA的使用可以有效支持5G的大規(guī)模連接和物聯(lián)網(wǎng)功能。五、NOMA面臨的挑戰(zhàn)憑借其鮮明的特點(diǎn)NOMA一直是5G網(wǎng)絡(luò)的最強(qiáng)候選者。然而成功實(shí)施NOMA仍然存在以下挑戰(zhàn)：首先，它需要高計(jì)算能力來(lái)運(yùn)行SIC算法，特別是對(duì)于大量用戶(hù)以高數(shù)據(jù)速率運(yùn)行。其次，功率分配優(yōu)化仍然是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題，尤其是當(dāng)UE在網(wǎng)絡(luò)中快速移動(dòng)時(shí)。最后，SIC接收器對(duì)在衰落信道中很容易發(fā)生的