基于5G的非正交多址接入技術探討

朱武

?

基于5G的非正交多址接入技術探討

朱武

湖北電信工程有限公司，湖北 武漢 430000

隨著科學技術的快速發展，5G技術也得到了迅猛發展。與傳統方式相比，5G技術有其獨特的優勢和創新點，以多址接入技術作為主要特色，具有廣泛的科學適用范圍。因此，主要從5G非正交多址技術出發，深入探討5G技術中備受關注的非正交多址接入技術、稀疏碼多址接入技術和多用戶共享接入技術，從中找到各自技術的優勢，借此豐富5G非正交多址接入技術的優缺點，力爭打造出更具優勢的5G非正交多址接入技術，給從業人員提供建議和幫助。

非正交多址接入；多用戶共享接入；稀疏碼多址接入

引言

隨著科學技術的發展，我國的經濟發展已進入新臺階，移動通信技術也得到了大力發展。在這一技術的發展過程中，出現了各種各樣的技術手段，而多址接入技術的發展就是一個重大突破。我國出現了各項技術革命，其中寬帶系統、編碼設置、干擾管理等各個領域都取得了巨大的發展和進步，在多址接入技術上也取得了大幅度的革新。

1 幾種非正交多址接入技術分析

1.1 非正交多址接入技術

談到非正交多址技術（Non-Orthogonal Multiple Access，NOMA），不同的人可能會有不同的理解和定義。首先可以明確的是它區別于傳統的正交傳輸技術，通過接收機的設計來提高頻譜效率。隨著半導體技術的快速發展，芯片的處理能力不斷增強，使得非正交傳輸技術在系統應用中得到廣泛應用。隨著這一技術被廣泛應用，5G技術也在不斷革新。因為不同基站的每個時域、頻域資源單元都有多個用戶信號群，需要我們逐次檢索各個用戶的信號，所以利用NOMA功率域復用技術，通過系統發射不同功率信號，能夠對用戶信號進行下行發射功率復用，得到很好的技術利用。總體來看，就是通過簡單直接、易于操作的方式來接收和發送信號，通過這樣的技術手段，對用戶進行有效區分，減少系統被干擾的情況，使各個地方的邊緣用戶得到好的服務[1]。

1.2 多用戶共享接入技術

多用戶共享接入技術（Multi-User Shared Access，MUSA）是一種更典型的非正交多址技術，是CDMA技術的加強版。通過多個用戶來共享復用相同的頻域、時域及空域，通過對不同用戶進行擴頻編碼，充分提高系統的資源復用能力，將技術運用到各個頻域時域單元上。通過對各個用戶在資源單元上設置碼序列，用MUSA對用戶碼序列和用戶調制符號進行算法操作，向新的用戶發送信號。通過基站接收發送的信號，通過用戶自己的信道將信號碼序列解調出各自的調制符號，再利用MUSA技術給各個用戶分置不同的碼序列，形成一種有效的擴頻技術。由于這一技術操作難度不大，且系統操作容易控制，能滿足5G系統的電池壽命需求，因此被很好地適用于互聯網技術中，現被廣泛利用，收到了很好的實際應用效果。

1.3 稀疏碼分多址接入技術

稀疏碼分多址接入技術（Sparse Code Multiple Access，SCMA）是一種碼域非正交多址接入技術。這是一種精湛的擴頻碼組碼方式，是一種完全不同的多址接入技術手段，具有獨特的優勢和適用方式。這一技術來自一個或多個用戶的多個數據層，結合多維調制技術與擴頻技術，向用戶提供最優的碼本集合，再通過非正交疊加和碼域擴頻在同一時頻資源單元中發送。通過接收端對多用戶進行聯合檢測，并通過技術手段將時頻資源單元分離出數個數據層，然后再結合信道譯碼完成對多用戶的信息恢復[2]。這一技術在電子及互聯網系統中，也得到了廣泛應用。與傳統的接入技術相比，稀疏碼分多址接入技術具有極高的普世價值。由于其具有靈活性和多樣性，并能夠與5G完美銜接，發揮簡便和高效的作用，因此是非正式多址技術需要被大力發掘和適用的技術手段。

2 三種非正交多址接入技術的比較

非正交多址技術采用的是多個用戶信號強度的線性疊加，硬件結構簡單，技術性不高，是非正交多址接入技術中最簡單的一種。多用戶共享接入是通過對同一時頻承載資源單元采用擴頻編碼技術，它是僅有碼域應用的非正交多址接入技術。MUSA在同時頻用戶層數方面優于NOMA，但其是以降低系統性能為代價的。稀疏碼分多址接入可以靈活地調整時頻承載資源單元的大小，不僅可以適應系統空口接入眾多業務中的各種需求，還能夠一定程度上提高系統的頻譜容量和多址接入效率[3]。

現如今，全球的科技革命對我國的技術有了巨大的影響，隨著全球4G網絡的不斷興起，我們的科技發展取得了日新月異的成就，其中就包括5G網絡技術，在5G網絡技術中我們需要大量的用戶連接數，需要更高頻率，非正式多址接入技術據此應運而生。這一技術有巨大的發展空間。多址接入技術有巨大的實用價值，尤其深遠地影響著蜂窩移動通信系統，是這一系統中信號傳輸的基礎。從1G到4G系統，通過采用各項多址技術，能夠很大程度上降低接收端信號檢測的復雜程度。為提高5G高連接數目的需求，可利用的方式是用多個用戶在相同的資源上重疊發送，就是我們所說的非正交多址接入方式，通過一系列檢測算法來完成對用戶的正確檢測。通過采用非正交多址接入技術，能夠大大推進非線性檢測技術的進步。對于5G來說，非正交多址技術能獲得頻譜效率的提升，且在不增加資源占用的前提下同時服務更多用戶，并且具有應用場景較為廣泛、性能具有頑健性、適用于海量連接場景等優勢。盡管NOMA，MUSA和SCMA各有優勢，筆者認為，由于5G技術還面臨著巨大的發展，還需要更深入地探索和開拓，因此為了增大其適用的空間，我們需要根據5G技術不同的適用情況，根據具體的側重點，對這一技術適用的領域及適用情況進行再研究，不斷地對這一技術進行優化處理，形成更加系統完備的技術手段，并掌握技術使用中的重點，對重點適用領域的重點方向進行研究，從而給我們同行業的人員給予巨大的幫助。

3 結語

通過對多址接入技術進行系統分析，我們不僅發現了其巨大的實用價值，而且也了解其作用的基本機理。通過對這一機理的掌握，我們能夠在實際工作中對這一技術進行開拓創新。相比于正交多址技術，針對3種非正交多址方案進行分析，NOMA進行了功率復用，所以接收機具有一定的復雜度。MUSA是一種典型的碼域非正交方案，采用復數域多元碼序列進行擴頻，雖然技術較為簡單，但用戶間干擾較大且無法承載更多用戶。SCMA利用了碼本的稀疏性和低復雜度的MPA算法，具有很大的潛力。

[1]康紹莉，戴曉明，任斌. 面向5G的PDMA圖樣分割多址接入技術[J]. 電信網技術，2015（5）：43-47.

[2]張長青. 面向5G的非正交多址技術（NOMA）淺析[J]. 郵電設計技術，2015（11）：49-53.

[3]王星宇，李勇軍，趙尚弘. 空間信息網絡多址接入技術研究進展[J]. 計算機工程與應用，2017，53（21）：8-16.

Discussion on 5G-Based Non-Orthogonal Multiple Access Technology

Zhu Wu

Hubei Telecom Engineering Co., Ltd., Hubei Wuhan 430000

With the rapid development of science and technology, 5G technology has also developed rapidly. Compared with the traditional methods, 5G technology has its unique advantages and innovations. It takes multiple access technology as the main feature and has a wide range of scientific applications. Therefore, starting from the 5G non-orthogonal multiple access technology, the 5G technology has been deeply discussed about the non-orthogonal multiple access technologies, sparse code multiple access technologies, and multi-user shared access technologies that have attracted much attention. The advantages are to enrich the advantages and disadvantages of 5G non-orthogonal multiple access technology and strive to create a more advanced 5G non-orthogonal multiple access technology to provide advice and assistance to practitioners.

non-orthogonal multiple access; multi-user shared access; sparse code multiple access

TN929.5

A