淺析非正交多址接入技術(shù)

王波　梅曉莉

摘 要：網(wǎng)絡(luò)正以超乎我們想象的速度向前發(fā)展著，當(dāng)人們剛剛享受4G網(wǎng)絡(luò)帶給我們便利的時候，5G正在實驗室里孕育，相信不久的將來，5G會為我們帶來更大的沖擊。雖然現(xiàn)在5G的很多關(guān)鍵技術(shù)還沒有定論，但普遍認(rèn)為非正交多址接入（NOMA）將是未來5G理想的多址接入復(fù)用技術(shù)。

關(guān)鍵詞：5G；非正交多址接入（NOMA）

1 非正交多址接入（NOMA）技術(shù)產(chǎn)生背景

IMT-2020（5G） 推進(jìn)組《5G愿景與需求白皮書》中提出，5G定位于頻譜效率更高、速率更快、容量更大的無線網(wǎng)絡(luò)，其中頻譜效率相比4G需要提升5～15倍。在頻譜資源緊缺的今天，作為一項潛在的5G關(guān)鍵技術(shù)，能很好地提高頻譜效率的非正交多址接入（NOMA）越來越受到人們的關(guān)注。

2 非正交多址接入（NOMA）基本思想

我們知道3G采用直接序列碼分多址（Direct Sequence CDMA ，DS-CDMA）技術(shù)，手機接收端使用Rake接收器，由于其非正交特性，就得使用快速功率控制（Fast transmission power control ，TPC）來解決手機和小區(qū)之間的遠(yuǎn)-近問題。

而4G網(wǎng)絡(luò)則采用正交頻分多址（OFDM）技術(shù)，OFDM不但可以克服多徑干擾問題，而且和MIMO技術(shù)配合，極大的提高了數(shù)據(jù)速率。由于多用戶正交，手機和小區(qū)之間就不存在遠(yuǎn)-近問題，快速功率控制就被舍棄，而采用AMC（自適應(yīng)編碼）的方法來實現(xiàn)鏈路自適應(yīng)。

NOMA希望實現(xiàn)的是，重拾3G時代的非正交多用戶復(fù)用原理，并將之融合于現(xiàn)在的4G OFDM技術(shù)之中。

從2G，3G到4G，多用戶復(fù)用技術(shù)無非就是在時域、頻域、碼域上做文章，而NOMA在OFDM的基礎(chǔ)上增加了一個維度——功率域。

新增這個功率域的目的是，利用每個用戶不同的路徑損耗來實現(xiàn)多用戶復(fù)用。

NOMA的基本思想是在發(fā)送端采用非正交傳輸，主動引入干擾信息，在接收端通過串行干擾刪除（SIC）實現(xiàn)正確解調(diào)。雖然采用SIC接收機會提高設(shè)計接收機的復(fù)雜度，但是可以很好地提高頻譜效率，NOMA的本質(zhì)即為通過提高接收機的復(fù)雜度來換取良好的頻譜效率。接收端利用SIC的原理如圖1所示。

3 非正交多址接入（NOMA）的關(guān)鍵技術(shù)

（1）、串行干擾刪除（SIC）

在發(fā)送端，類似于CDMA系統(tǒng)，引入干擾信息可以獲得更高的頻譜效率，但是同樣也會遇到多址干擾（MAI）的問題。作為一項多用戶檢測技術(shù)，SIC早在第三代移動通信技術(shù)（CDMA）中被采用。SIC在性能上與傳統(tǒng)檢測器相比有較大提高，而且在硬件上改動不大，從而易于實現(xiàn)。串行干擾刪除（SIC）的基本原理是逐步減去最大信號功率用戶的干擾，SIC 檢測器在接收信號中對多個用戶逐個進(jìn)行數(shù)據(jù)判決，判決出一個用戶就同時減去該用戶信號造成的多址干擾（MAI），按照信號功率大小的順序來進(jìn)行操作，功率較大信號先進(jìn)行操作。這樣一直進(jìn)行循環(huán)操作，直至消除所有的多址干擾為止。

SIC 檢測器的每一級只檢測一個信號，因此 K 個用戶就需要 K 級判決。各用戶的操作順序是根據(jù)其功率值排列進(jìn)行的，功率越大的信號越先處理，因為最強的用戶越容易捕獲。每級輸出的是功率最大用戶的數(shù)據(jù)判決和去除該用戶造成的 MAI 以后的接收信號，這樣可以將多址干擾降到最低，并且信號越弱獲益越大，大大增加了檢測的可靠性。多級結(jié)構(gòu)將上一級的輸出信號作為下一級的輸入信號，重復(fù)“檢測、估計、檢測……”的循環(huán)操作，逐步消除接收信號中的多址干擾。

（2）、功率復(fù)用

SIC在接收端消除多址干擾（MAI），需要在接收信號中對用戶進(jìn)行判決來排出消除干擾的用戶的先后順序，而判決的依據(jù)就是用戶信號功率大小。基站在發(fā)送端會對不同的用戶分配不同的信號功率，來獲取系統(tǒng)最大的性能增益，同時達(dá)到區(qū)分用戶的目的，這就是功率復(fù)用技術(shù)。功率復(fù)用技術(shù)在其他幾種傳統(tǒng)的多址方案沒有被充分利用，其不同于簡單的功率控制，而是由基站遵循相關(guān)的算法來進(jìn)行功率分配。

4 總結(jié)

NOMA技術(shù)的實現(xiàn)依然面臨一些難題。首先是非正交傳輸?shù)慕邮諜C通過串行干擾刪除（SIC）實現(xiàn)正確解調(diào)，實現(xiàn)起來相當(dāng)復(fù)雜，要設(shè)計出符合要求的SIC接收機還要取決于未來芯片處理能力的提升；其次，功率復(fù)用技術(shù)還不是很成熟，仍然需要合適的算法進(jìn)行支撐。

雖然關(guān)于5G的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)還沒有制定，NOMA在5G中能否被采用依然是未知數(shù)。但是，現(xiàn)如今頻譜資源已經(jīng)很緊張，NOMA在提高頻譜效率的上所展現(xiàn)出來的特質(zhì)，將來也不愁沒有用武之地。

參考文獻(xiàn)

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