卫星通信网络功率域非正交多址技术研究综述
无线通信网络中的多址技术研究
无线通信网络中的多址技术研究随着无线通信技术的不断发展，越来越多的用户使用无线网络进行通信。
无线通信技术给人们的生活带来了很多便利，但是也面临着一些问题，其中最重要的问题之一就是如何提高无线网络的带宽利用率。
多址技术就是为了解决这一问题而被提出的。
本文将对无线通信网络中的多址技术进行研究和探讨。
一、多址技术介绍多址技术是一种在多个用户之间共享通信频率的技术，也可以称为多用户接入技术。
多址技术通过使多个用户在同一信道中同时传输数据来提高频率带宽利用率，从而达到提高网络传输效率的目的。
多址技术分为两大类：时分多址（TDMA）和频分多址（FDMA）。
TDMA 将传输时间划分为若干个时间槽，每个用户占用一个或多个时间槽进行传输。
FDMA 将整个频带分为若干个子信道，每个用户占用一个或多个子信道进行传输。
这两种技术的区别在于资源分配方式，TDMA通过时间分配资源，FDMA通过频率分配资源。
除了 TDMA 和 FDMA 以外，CDMA（码分多址）是一种非常流行的无线多址技术。
CDMA 将用户的信息通过不同的码反相干叠加，然后将它们一起传输到信道中，从而同时传输多个用户的信息。
CDMA 技术的特点是漏接和错误的数据会被自动纠正，从而提高了数据传输的可靠性。
二、多址技术在无线通信网络中的应用多址技术是无线通信网络中最常用的技术之一，包括 Wi-Fi、4G、5G 等网络都使用了它。
这里就详细介绍一下 Wi-Fi 网络中多址技术的应用。
Wi-Fi 网络是一种无线局域网络（WLAN），使用 IEEE 802.11 标准进行数据传输。
802.11 标准包括了一些多址技术，其中最常用的是 CSMA/CA。
CSMA/CA是一种基于载波侦听的多址技术，指的是在网络传输过程中，每个节点都要先监听信道，如果信道非常忙，则等待一段时间后再次监听。
如果信道空闲，并且没有其他节点在数据传输，则节点可以开始传输数据，否则节点将等待一段时间后再次监听。
浅析非正交多址接入技术
浅析非正交多址接入技术作者：王波梅晓莉来源：《卷宗》2015年第04期摘要：网络正以超乎我们想象的速度向前发展着，当人们刚刚享受4G网络带给我们便利的时候，5G正在实验室里孕育，相信不久的将来，5G会为我们带来更大的冲击。
虽然现在5G的很多关键技术还没有定论，但普遍认为非正交多址接入（NOMA）将是未来5G理想的多址接入复用技术。
关键词：5G；非正交多址接入（NOMA）1 非正交多址接入（NOMA）技术产生背景IMT-2020（5G）推进组《5G愿景与需求白皮书》中提出，5G定位于频谱效率更高、速率更快、容量更大的无线网络，其中频谱效率相比4G需要提升5～15倍。
在频谱资源紧缺的今天，作为一项潜在的5G关键技术，能很好地提高频谱效率的非正交多址接入（NOMA）越来越受到人们的关注。
2 非正交多址接入（NOMA）基本思想我们知道3G采用直接序列码分多址（Direct Sequence CDMA ，DS-CDMA）技术，手机接收端使用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）来解决手机和小区之间的远-近问题。
而4G网络则采用正交频分多址（OFDM）技术，OFDM不但可以克服多径干扰问题，而且和MIMO技术配合，极大的提高了数据速率。
由于多用户正交，手机和小区之间就不存在远-近问题，快速功率控制就被舍弃，而采用AMC（自适应编码）的方法来实现链路自适应。
NOMA希望实现的是，重拾3G时代的非正交多用户复用原理，并将之融合于现在的4G OFDM技术之中。
从2G，3G到4G，多用户复用技术无非就是在时域、频域、码域上做文章，而NOMA在OFDM的基础上增加了一个维度——功率域。
新增这个功率域的目的是，利用每个用户不同的路径损耗来实现多用户复用。
NOMA的基本思想是在发送端采用非正交传输，主动引入干扰信息，在接收端通过串行干扰删除（SIC）实现正确解调。
非正交多址技术
非正交多址技术非正交多址技术（Non-Orthogonal Multiple Access，NOMA）是一种新型的多址技术，它采用功率调制的方式，将多个用户的发射信号合并到一起，通过空时分集和带宽分配的方法在用户机上进行分离，使多个用户可以使用同一个信道、共用同一段时间和频段，从而实现性能增加，功效提高。
1. 工作原理NOMA的工作原理主要是通过功率调制来实现不同用户的信号合成，基于发送用的的功率差异，把归一化的比特序列按不同的功率值发送，接收端则可以根据收到的信号利用空时分集技术将不同用户间的信号分离出来，最终实现多址的传输。
2. 优势（1）提高系统容量：由于NOMA采用了空时分集技术，可以把不同用户的信号合成到一起发出，利用较小的带宽容量，可以提供大量的用户容量，大大提高系统的容量效率。
（2）功效提高：较其他多址技术，NOMA能够提高不同用户之间无线信道下的功效，由于采用了功率调制，可以对多个用户的发射功率进行更精细的调节，最终提高信道的功效。
（3）较好的业务可扩展性：NOMA可以进行动态的分配方法，根据业务的不同，可以调节用户间的信号聚合程度，以实现发射功率的优化，从而实现不同业务的扩展。
3. 缺点（1）复杂的接收结构：要实现NOMA多址传输，接收端需要建立较复杂的结构，其中需要采用SIC技术，用以实现比较精确的空时分集，而这部分增加了接收端的复杂度。
（2）受功率差异制约：NOMA的信号分离依赖于不同用户的发射功率差异，如果这个发射功率差距太小，则不存在足够的发射功率差异，从而不能有效的实现信号分离，这也有可能影响系统的效率。
4. 应用NOMA可以应用于移动通信、宽带接入等，可以有效地提高不同用户之间的连接容量，降低用户之间的无线信道功效，有效地满足无线信道容量和功效之间双重要求。
目前，NOMA已经应用在5G移动通信系统，未来也会用于更多的现代通信系统，以满足动态变化的应用环境。
5G通信网络中的非正交多址技术研究
5G通信网络中的非正交多址技术研究随着技术的不断发展和社会的进步，无线通信的需求越来越迫切。
为了更好地满足人们对高速、高容量、低延迟的通信需求，5G通信网络成为业界关注的焦点。
在5G通信网络中，非正交多址技术（Non-Orthogonal Multiple Access，NOMA）应运而生，成为提高系统容量和频谱效率的重要手段。
本文将对5G通信网络中的非正交多址技术进行研究，并探讨其在未来通信系统中的应用。
首先，我们需要了解非正交多址技术的基本原理。
在传统的多址技术中，用户通过时分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）或频分多址（Frequency Division Multiple Access，FDMA）来共享无线资源。
而在非正交多址技术中，多个用户在同一个时间和频率资源上同时进行传输，通过采用功率域多址（Power Domain Multiple Access，PDMA）或码域多址（Code Domain Multiple Access，CDMA）等技术手段实现。
非正交多址技术具有许多优势。
首先，它可以提高系统容量和频谱效率。
由于多个用户同时传输，频谱资源得到了更充分的利用，从而提高了系统的总体容量。
其次，非正交多址技术在保证频谱效率的同时，可以较好地满足不同用户的通信需求。
通过控制不同用户的发送功率和码率，可以根据用户的要求提供不同的服务质量。
此外，在非正交多址技术中，用户之间的相互干扰可以通过适当的信号处理技术进行抑制，从而减小系统的总体干扰。
非正交多址技术在5G通信网络中有多种应用场景。
首先，非正交多址技术可以用于提高物联网（Internet of Things，IoT）设备的连接密度。
由于IoT设备数量庞大，传统的多址技术往往难以满足其连接需求。
而采用非正交多址技术可以允许多个IoT设备同时传输数据，从而有效提高连接密度。
其次，非正交多址技术还可以用于提供定位服务。
非正交多址技术
5G:非正交多址接入（NOMA）与串行干扰删除（SIC）在频谱资源紧缺的今天，作为一项潜在的5G关键技术，能很好地提高频谱效率的非正交多址接入（NOMA）越来越受到人们的关注。
NOMA的基本思想是在发送端采用非正交传输，主动引入干扰信息，在接收端通过串行干扰删除（SIC）实现正确解调。
虽然采用SIC接收机会提高设计接收机的复杂度，但是可以很好地提高频谱效率，NOMA的本质即为通过提高接收机的复杂度来换取良好的频谱效率。
作为一项多用户检测技术，SIC早在第三代移动通信技术（CDMA）中被采用。
SIC在性能上与传统检测器相比有较大提高，而且在硬件上改动不大，从而易于实现。
串行干扰删除（SIC）的基本原理是逐步减去最大信号功率用户的干扰，SIC 检测器在接收信号中对多个用户逐个进行数据判决，判决出一个用户就同时减去该用户信号造成的多址干扰（MAI），按照信号功率大小的顺序来进行操作，功率较大信号先进行操作。
这样一直进行循环操作，直至消除所有的多址干扰为止。
SIC 检测器的每一级只检测一个信号，因此K 个用户就需要K 级判决。
各用户的操作顺序是根据其功率值排列进行的，功率越大的信号越先处理，因为最强的用户越容易捕获。
每级输出的是功率最大用户的数据判决和去除该用户造成的MAI 以后的接收信号，这样可以将多址干扰降到最低，并且信号越弱获益越大，大大增加了检测的可靠性。
多级结构将上一级的输出信号作为下一级的输入信号，重复“检测、估计、检测……”的循环操作，逐步消除接收信号中的多址干扰。
SIC检测器的结构框图如图1所示。
图1例如，在一个由3个用户共享的子信道上，叠加后的信号为x=x(1)+x(2)+x(3)其中，x(i)(i=1,2,3)分别代表3个用户信号，其中，信号功率x(1)<x(2)<x(3)，为了简单起见。
在接收端，接收信号y(i)=h(i)x+w(i)其中，h(i)是信道系数，w(i)是信道高斯白噪声和小区干扰。
浅谈非正交多址技术
浅谈非正交多址技术(NOMA)摘要：在频谱资源紧缺的今天，作为一项潜在的5G关键技术，能很好地提高频谱效率的非正交多址接入（NOMA）越来越受到人们的关注。
本文将先简述非正交多址技术的技术原理与特点，与3G，4G时代的技术性能对比以及与面向5G的其他多址接入技术作对比，来分析非正交多址技术（NOMA）的性能优势。
关键字：非正交多址技术，5G。
1非正交多址技术(NOMA)的基本原理NOMA的基本思想是在发送端采用非正交传输，主动引入干扰信息，在接收端通过串行干扰删除（SIC）实现正确解调。
虽然采用SIC接收机会提高设计接收机的复杂度，但是可以很好地提高频谱效率，NOMA的本质即为通过提高接收机的复杂度来换取良好的频谱效率.下面我们做一个简单的推导来简述原理。
假设UE1位于小区中心，信道条件较好；UE2位于小区边缘，信道条件较差。
我们根据UE的信道条件来给UE分配不同的功率，信道条件差的分配更多功率，即UE2分配的功率比UE1多。
发射端假设基站发送给UE1的符号为 x1，发送给UE2的数据为 x2，功率分配因子为 a。
则基站发送的信号为s=sqrt(a) x1 + sqrt(1-a) x2因为UE2位于小区边缘，信道条件较差，所以我们给UE2分配较多的功率，即0 < a < 0.5。
接收端UE2收到的信号为y2=h2 s + n2 = h2( sqrt(a) x1 + sqrt(1-a) x2 ) + n2因为UE2的信号x2分配的功率较多，所以UE2可以直接把UE1的信号x1当作噪声，直接解调解码UE2的信号即可。
UE1收到的信号为y1=h1 s + n1 = h1( sqrt(a) x1 + sqrt(1-a) x2 ) + n1因为UE1的信号 x1 分配较少的功率，所以UE1不能直接调节解码UE1自己的数据。
相反，UE1需要先跟UE2一样先解调解码UE2的数据 x2。
解出 x2 后，再用 y1 减去归一化的 x2 得到UE1自己的数据，y1 - h2 sqrt(1-a) x2 .最后再解调解码UE1自己的数据。
非正交多址接入理论及技术研究
非正交多址接入理论及技术研究非正交多址接入（Non-Orthogonal Multiple Access，简称NOMA）是一种新的多址接入技术，广泛应用于无线通信系统中。
NOMA通过在相同的时间和频域资源上分配信号给不同的用户，从而实现多用户共享资源的目的。
相比传统的正交多址接入（Orthogonal Multiple Access，简称OMA）技术，NOMA在系统容量、频谱效率以及用户体验等方面具有明显的优势。
非正交多址接入的研究起源于信息论和多用户检测技术的发展。
信息论研究了在有限带宽和功率条件下，如何最大化信道容量。
而多用户检测技术研究如何在接收端正确地区分和检测多个用户的信号。
非正交多址接入技术的设计要求在保证系统容量的同时，能够有效地区分和检测多个用户的信号。
非正交多址接入的核心思想是利用干扰来增强信号的可区分性。
在传统的OMA技术中，不同用户的信号在时间和频域上是正交的，即彼此之间不存在干扰。
而在NOMA技术中，不同用户的信号是非正交的，彼此之间存在干扰。
通过综合利用信号的功率、相位和时移等信息，接收端可以实现对不同用户信号的分离和检测。
非正交多址接入的实现涉及到信号设计、多用户检测和资源分配等关键问题。
在信号设计方面，需要考虑信号的编码和调制方式，以及不同用户信号之间的干扰控制。
在多用户检测方面，需要设计高效的接收算法，以实现对多个用户信号的准确检测。
在资源分配方面，需要根据不同用户的信道质量和业务需求，合理分配时间、频率和功率等资源。
非正交多址接入技术在5G移动通信系统中得到了广泛的应用和研究。
由于NOMA技术可以大幅度提高系统容量和频谱效率，可以支持更多的用户接入，提供更高的数据传输速率和更低的延迟。
同时，NOMA技术还可以提升用户体验，减少用户之间的干扰，提高网络覆盖和服务质量。
非正交多址接入技术的研究仍然存在许多挑战和问题。
首先，如何设计高效的信号检测算法，以实现对多个用户信号的准确检测。
非正交多址接入中的若干关键技术研究
非正交多址接入中的若干关键技术研究非正交多址接入（Non-Orthogonal Multiple Access，简称NOMA）是一种新型的无线通信技术，其在5G和未来的无线通信系统中具有广阔的应用前景。
NOMA的核心思想是通过将不同用户的数据流叠加在同一个频谱上进行传输，从而实现频谱资源的高效利用和系统容量的显著提升。
然而，在实现NOMA技术的过程中，涉及到许多关键技术的研究和解决。
首先，信道估计是NOMA中的一个关键技术。
由于不同用户的数据流叠加在同一频谱上进行传输，因此在接收端需要准确地估计各个用户的信道状态信息（Channel State Information，简称CSI），以实现准确的用户分离和数据恢复。
信道估计的准确性直接影响到NOMA系统的性能。
其次，功率分配是NOMA中的另一个重要问题。
由于不同用户处于不同的信道条件下，NOMA系统需要合理地分配功率以保证各个用户的服务质量和性能。
传统的功率分配算法无法满足NOMA系统的需求，因此需要研究新的功率分配算法，以实现性能的最大化。
此外，用户分离也是NOMA中的一个挑战。
由于不同用户的数据流叠加在同一频谱上进行传输，因此在接收端需要对不同用户的数据流进行准确的分离和恢复。
传统的用户分离方法无法满足NOMA系统的需求，因此需要研究新的用户分离算法，以实现准确且高效的用户分离。
另外，多天线技术也是NOMA中的一项重要技术。
通过使用多天线技术，可以实现对不同用户的数据流进行空间分离和信道增益的提升，从而进一步提高系统性能和容量。
在NOMA系统中，多天线技术能够有效地抑制多径信道的干扰，提高信号的传输质量。
此外，NOMA系统中的交互设计也是一个重要的研究方向。
NOMA系统需要处理多个用户同时传输数据的情况，因此需要设计合适的交互机制以实现数据的高效传输和处理。
同时，还需要研究用户之间的干扰管理机制，以提高系统的性能和容量。
总之，非正交多址接入（NOMA）作为一种新型的无线通信技术，在5G和未来的无线通信系统中具有广阔的应用前景。
(完整word版)第五代移动通信的关键技术
第五代移动通信的关键技术5G 是面向未来的通信发展需求的移动通信系统,第五代移动通信技术兴起的主要驱动力为互联网和物联网，将来人机交互和数据共享是人们日常生活的一部分，在这种交互下，人们的生活将会更加高效舒适。
第五代移动通信系统不仅通信容量大,速率高，其可靠性和安全性也比第四代移动通信有了更好的改进，具有很大的发展空间，下面简单介绍几种第五代移动通信的关键技术。
1.Massive MIMO技术大规模MIMO技术是指基站端采用大规模天线阵列，天线数超过十根甚至上百根,并且在同一时频资源内服务多个用户的多天线技术。
大规模MIMO技术将传统的时域、频域、码域三维扩展为了时域、频域、码域、空域四维，新增维度极大的提高了数据传输速率.大规模MIMO天线技术提供了更强的定向能力和赋形能力如图1，大规模MIMO的空间分辨率与现有MIMO相比显著增强，能深度挖掘空间维度资源,使得网络中的多个用户可以在同一时频资源上利用大规模MIMO提供的空间自由度与基站同时进行通信,从而在不需要增加基站密度和带宽的条件下大幅度提高频谱效率.大规模MIMO可将波束集中在很窄的范围内，从而大幅度降低干扰，大幅降低发射功率,从而提高功率效率，减少用户间干扰，显著提高频谱效率。
当基站侧天线数远大于用户天线数时，各个用户的信道将趋于正交，小区内同道干扰及加性噪声趋于消失，系统性能仅受限于邻区导频的复用，这使得系统的很多性能都只与大尺度相关，与小尺度无关.大规模MIMO的无线传输技术将有可能使频谱效率和功率效率在4G的基础上再提升一个量级。
图1。
大规模MIMO天线技术方向图2。
非正交多址接入技术（NOMA）5G的无线接入技术目前还有的观点关注多载波调制，如滤波器组多载波（FBMC,_ lter _bank based multicarrier）,其天然的非正交性和不需要先前的分布式发射机同步。
一种新的调制方式，被称为通用滤波后的多载波（UMFC）被提出。
浅谈5G非正交多址接入技术的军事应用
观察Industry ObservationI G I T C W 产业30DIGITCW2020.041 非正交多址接入5G 移动通信技术的飞速发展，智能终端的快速普及以及互联网和物联网（Internet of Things ，IoT ）的深入融合，都对现有的移动通信系统和关键技术带来了诸多挑战。
伴随着频谱资源的日益短缺和智能终端的迅速普及，多址接入技术由传统正交多址接入（Orthogonal Multiple Access ，OMA ）向非正交多址接入（Non-Orthogonal Multiple Access ，OMA ）转变。
对于传统的正交多址接入（OMA ）技术，每一个终端用户会单独被分配一种时间或者频谱资源，当大量的终端用户同时要求接入时，信道条件差的终端用户能够分配到更多的信道资源用来通信，这样就会导致系统频谱效率降低，限制了整个通信系统的用户容量。
但接收机设计的不断优化和设备运算能力的逐渐提升解决了这一问题，多用户可以通过非正交的形式复用同一种信道资源，然后在接收端通过相应的解码器算法进行信号分离和恢复。
随着这些技术的逐渐发展，非正交接入（NOMA ）模式将逐渐代替正交接入（OMA ）模式。
2 军事应用领域在广泛定位于大规模物联网（mMTC ）的基础上，3GPP 已经评估了一部分种类的NOMA 技术方案。
这些用途需要连接大量低损耗、高能效的设备。
在上行通信链路中发送稀疏的小数据包[1]。
尽管评估结果都还令人满意，但哪种技术方案会在未来得到使用，目前为止暂无定论。
值得注意的是，很多国家已经开始着手5G 移动通信技术的军事应用研究，随着移动通信技术的发展，5G 必将成为推动军事通信领域应用的助推器。
一是在卫星通信中，卫星通信网络作为国家信息基础网络的一种，以其通信距离远、覆盖面积大、灵活机动、不受环境因素限制等诸多优点，在军事领域的应用上，有着巨大的战略意义。
尽管如此，当前卫星通信系统也存在着很多亟待解决的问题。
非正交多址接入中的若干关键技术研究
非正交多址接入中的若干关键技术研究蜂窝移动通信的多址技术经历了频分复用多址、时分复用多址、码分复用多址、正交频分复用多址的演进。
正交多址(Orthogonal Multiple Access, OMA)技术的巨大优势在于其接收端可以使用相对简单的接收机检测算法。
然而信息论的结果表明,非正交多址(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA)传输比正交多址具有更高的可达容量。
随着硬件处理能力的逐步提升,接收机能够处理更加复杂的检测算法,NOMA逐渐引起研究者的兴趣。
对于退化的广播信道(Degraded Broadcast Channel, DBC),如果采用基于功率分配的非正交多址传输,接收端采用串行干扰删除(Successive Interference Cancellation, SIC)的检测算法即可达到广播信道的容量。
在多入多出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)系统中,脏纸编码(Dirty Paper Coding, DPC)是容量可达的,但是发端需要信道状态信息(Channel State Information, CSI)做十扰删除,使其难以在蜂窝通信系统中走向实用。
本文研究并提出了MIMO信道下的空域、时域、功率域联合编码的非正交传输方案及其相应的功率分配和检测算法。
对上行多址接入系统,(1)改进了传统的基于线性滤波的SIC检测算法,进一步的提出增强型的检测算法,并且将低阶伽罗华域(Galois Field, GF)上的低密度奇偶校验码(Low Density Parity Check, LDPC)码同该检测算法相结合,降低了信道译码器的计算量,取得了性能和复杂度的折中。
(2)针对目前移动物联网的发展,研究面向海量连接需求的高谱效的非正交多址传输方式,研究发送端的图样设计和接收端的先进接收机等关键的技术,即从发送端的设计上来降低接收端的检测复杂度,并研究性能逼近单用户界的新型多用户检测(Multiuser Detection, MUD)算法。
毫米波通信网络中非正交多址接入技术研究
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5G无线通信系统中非正交多址接入技术研究
5G无线通信系统中非正交多址接入技术探究专业品质权威编制人：______________审核人：______________审批人：______________编制单位：____________编制时间：____________序言下载提示：该文档是本团队精心编制而成，期望大家下载或复制使用后，能够解决实际问题。
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卫星通信中的多址接入技术研究
卫星通信中的多址接入技术研究在当今高度信息化的时代，卫星通信作为一种重要的通信手段，发挥着不可或缺的作用。
无论是在偏远地区的通信覆盖，还是在应急通信、航空航天通信等领域，卫星通信都展现出了其独特的优势。
而在卫星通信系统中，多址接入技术是实现多个用户共享卫星通信资源的关键技术，它直接影响着卫星通信系统的性能和容量。
多址接入技术的基本概念，简单来说，就是如何在卫星通信中让多个用户能够同时有效地使用有限的通信资源，如频率、时隙、码序列等。
这就好比在一个繁忙的公路上，要让众多车辆有序地行驶，避免碰撞和拥堵，需要有一套合理的交通规则。
在卫星通信中，多址接入技术就是这样一套“规则”。
常见的卫星通信多址接入技术主要包括频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）和空分多址（SDMA）。
频分多址技术是将卫星通信的可用频率资源划分成若干个互不重叠的频段，每个用户分配一个特定的频段进行通信。
这种方式就像是为不同的用户开辟了专属的“车道”，每个“车道”的宽度就是分配给用户的频段。
频分多址的优点是实现简单，技术成熟，但缺点是频谱利用率相对较低，容易受到频率选择性衰落的影响。
时分多址技术则是将时间分割成周期性的时隙，每个用户在指定的时隙内进行通信。
这类似于在公路上为不同的车辆安排特定的通行时间，在规定的时间内，该车辆独占道路资源。
时分多址的优点是频谱利用率较高，能够灵活分配时隙资源，但对定时和同步要求较高，否则容易产生时隙冲突。
码分多址技术是通过为每个用户分配不同的扩频码来实现多址接入。
多个用户可以在同一频段、同一时隙内同时通信，只要它们的扩频码相互正交。
这就好像给每个用户都赋予了一个独特的“密码”，只有拥有正确“密码”的接收端才能正确解调出相应的信号。
码分多址具有抗干扰能力强、频谱利用率高、保密性好等优点，但也存在着系统容量受限、远近效应等问题。
空分多址技术是利用卫星天线的方向性，将空间分割成不同的区域，每个区域对应一个用户。
基于非完美功率域非正交多址接入网络的上行链路低功耗研究
第３８卷第２期 计算机应用与软件Ｖｏｌ ３８Ｎｏ．２２０２１年２月 ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓａｎｄＳｏｆｔｗａｒｅＦｅｂ．２０２１基于非完美功率域非正交多址接入网络的上行链路低功耗研究任桂山１ 吴冕泽２ 陈学梅１ 苏 锋１ 李红艳１１（中国石油大港油田公司采油工艺研究院 天津３００２８０）２（中国石油大学（北京）信息科学与工程学院 北京１０２２４９）收稿日期：２０１９－０８－０６。
任桂山，高工，主研领域：自动化技术，嵌入式系统。
吴冕泽，硕士生。
陈学梅，高工。
苏锋，工程师。
李红艳，工程师。
摘 要 功率域非正交多址接入（ＰＤ ＮＯＭＡ）技术可以有效提高无线网络频谱利用率，满足大规模节点接入及低时延等需求，但存在功耗大的缺点，在工业传感器网络中面临巨大挑战。
对此，基于ＰＤ ＮＯＭＡ的上行网络，接收机使用串行干扰抵消（ＳＩＣ）迭代解码，在给定实时性需求下，通过用户调度和功率分配的联合优化，最小化网络的功耗。
通过分析最优解存在的充分必要条件，提出功率阈值向量，将其转换成一个二部图最大匹配问题，用ＫＭ算法求得最优。
仿真结果表明，时延性需求、残差和阈值对系统功耗有着较大影响。
关键词 非正交多址接入 串行干扰抵消 上行 调度 功耗中图分类号 ＴＰ３ 文献标志码 Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００ ３８６ｘ．２０２１．０２．０２０ＵＰＬＩＮＫＬＯＷ ＰＯＷＥＲＦＯＲＲＡＤＩＯＡＣＣＥＳＳＮＥＴＷＯＲＫＳＢＡＳＥＤＯＮＩＭＰＥＲＦＥＣＴＰＯＷＥＲ ＤＯＭＡＩＮＮＯＭＡＲｅｎＧｕｉｓｈａｎ１ ＷｕＭｉａｎｚｅ２ ＣｈｅｎＸｕｅｍｅｉ１ ＳｕＦｅｎｇ１ ＬｉＨｏｎｇｙａｎ１１（ＯｉｌＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＰｅｔｒｏＣｈｉｎａＤａｇａｎｇＯｉｌｆｉｅｌｄＣｏｍｐａｎｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３００２８０，Ｃｈｉｎａ）２（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍ（Ｂｅｉｊｉｎｇ），Ｂｅｉｊｉｎｇ１０２２４９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｐｏｗｅｒｄｏｍａｉｎｎｏｎ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｍｕｌｔｉｐｌｅａｃｃｅｓｓ（ＰＤ ＮＯＭＡ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓｐｅｃｔｒｕｍｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｗｉｒｅｌｅｓｓｎｅｔｗｏｒｋｓａｎｄｓｕｐｐｏｒｔｍａｓｓｉｖｅｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓａｎｄｌｏｗｌａｔｅｎｃｙ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｉｔｓｕｆｆｅｒｓｆｒｏｍｈｉｇｈｐｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｏｎｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒｓ，ｗｈｉｃｈｆａｃｅｓｈｕｇｅｃｈａｌｌｅｎｇｅｓｆｏｒｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｓｎｅｔｗｏｒｋｓ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｗｉｔｈｔｈｅｇｉｖｅｎｒｅａｌｔｉｍｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｗｅｓｔｕｄｙｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｍｉｎｉｍｉｚｉｎｇａｇｇｒｅｇａｔｅｐｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｏｆｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒｓｕｎｄｅｒｔｈｅｉｍｐｅｒｆｅｃｔＰＤ ＮＯＭＡｂａｓｅｄｏｎｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｃａｎｃｅｌｌａｔｉｏｎ（ＳＩＣ）ｒｅｃｅｉｖｅｒｓ．Ｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍ，ｊｏｉｎｔｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｐｏｗｅｒａｌｌｏｃａｔｉｏｎａｎｄｕｓｅｒｓｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇｗｅｒｅｕｔｉｌｉｚｅｄ．Ｆｏｒｔｈｅｅｘｉｓｔｅｎｃｅｏｆｏｐｔｉｍａｌｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｗｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄａｎｅｘｐｌｉｃｉｔｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔａｎｄｎｅｃｅｓｓａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｔｈｅｎ，ｗｅｃｏｎｖｅｒｔｅｄｉｔｉｎｔｏａｍａｘｉｍｕｍｍａｔｃｈｉｎｇｏｆｂｉｐａｒｔｉｔｅｇｒａｐｈｂｙｐｏｗｅｒｔｈｒｅｓｈｏｌｄｖｅｃｔｏｒａｎｄｇｏｔｏｐｔｉｍａｌｓｏｌｕｔｉｏｎｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅＫＭａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｄｅｌａｙｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ，ｒｅｓｉｄｕｌａｎｄｔｈｒｅｓｈｏｌｄｈａｖｅｇｒｅａｔｉｍｐａｃｔｓｏｎｔｈｅｓｙｓｔｅｍｐｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ＰＤ ＮＯＭＡ Ｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｃａｎｃｅｌｌａｔｉｏｎ Ｕｐｌｉｎｋ Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ０ 引 言工业无线网络中，传感器通常被用来部署以感知周围环境，定时采集数据，通过无线网络将参数汇集到基站进行分析处理，从而有效地应对工业生产中的各种事件。
卫星通信中的多址技术
1．多址技术的概念和问题的本质
• 多址技术一直都是无线通信的关键技术之一， 甚至是移动通信换代的一个重要标志。 • 多址技术所要解决问题的特点是：通信（子） 网中的登记用户数常常远大于同一时刻实际请 求服务的用户数。其实就是研究如何将有限的 通信资源在多个用户之间进行有效的切割与分 配，在保证多用户之间通信质量的同时尽可能 地降低系统的复杂度并获得较高系统容量的一 门技术。其中对通信资源的切割与分配也就是 对无线信号空间的划分，在不同的维上进行不 同的划分就对应着不同的多址技术。
• 扩频多址（SSMA）系统的共同特点之一是扩 频，也就是说用于传输信息的信号带宽远大于 信息带宽；共同特点之二是在扩频的实现上， 不论通过什么途径扩频，但基本都是用一组优 选的扩频码进行控制，正因为此，扩频多址又 称为码分多址（CDMA）。或者说，CDMA是 在信号的扩展维——编码维上对无线信号空间 进行划分。顾名思义，码分多址就是给每个用 户分配一个唯一的扩频码（或称地址码），通 过该扩频码的不同来识别用户。
1.2 跳频码分多址（FH－CDMA）
• 跳频码分多址（FH－CDMA）在民用 通信中并不多见，但在军事抗干扰通 信中则是一种常见的通信方式。FH－ CDMA的基本原理是优选一组正交跳 频码（地址码/扩频码），为每个用户 分配一个唯一的跳频码，并用该跳频 码控制信号载频在一组分布较宽的跳 频集中进行跳变。事实上，我们可以 简单地将FH－CDMA看作是一种由跳 频码控制的多进制频移键控（MFSK）。
CDMA（DSቤተ መጻሕፍቲ ባይዱCDMA）
• ---OFDM与多址技术的融合往往可以起到优 势互补的作用，是未来移动通信技术应用 的方向。具体的融合方案有多种，比较多 的是OFDM与DS－CDMA的融合，而这又 有三种[12]：MC－CDMA、MC－DS－ CDMA和MT－CDMA。此外还有FH－ OFDM（慢跳频与OFDM的融合）和TDMA －OFDM（TDMA与OFDM的融合）。
非正交多址技术
5G:非正交多址接入（NOMA）与串行干扰删除（SIC）在频谱资源紧缺的今天，作为一项潜在的5G关键技术，能很好地提高频谱效率的非正交多址接入（NOMA）越来越受到人们的关注。
NOMA的基本思想是在发送端采用非正交传输，主动引入干扰信息，在接收端通过串行干扰删除（SIC）实现正确解调。
虽然采用SIC接收机会提高设计接收机的复杂度，但是可以很好地提高频谱效率，NOMA的本质即为通过提高接收机的复杂度来换取良好的频谱效率。
作为一项多用户检测技术，SIC早在第三代移动通信技术（CDMA）中被采用。
SIC在性能上与传统检测器相比有较大提高，而且在硬件上改动不大，从而易于实现。
串行干扰删除（SIC）的基本原理是逐步减去最大信号功率用户的干扰，SIC 检测器在接收信号中对多个用户逐个进行数据判决，判决出一个用户就同时减去该用户信号造成的多址干扰（MAI），按照信号功率大小的顺序来进行操作，功率较大信号先进行操作。
这样一直进行循环操作，直至消除所有的多址干扰为止。
SIC 检测器的每一级只检测一个信号，因此K 个用户就需要K 级判决。
各用户的操作顺序是根据其功率值排列进行的，功率越大的信号越先处理，因为最强的用户越容易捕获。
每级输出的是功率最大用户的数据判决和去除该用户造成的MAI 以后的接收信号，这样可以将多址干扰降到最低，并且信号越弱获益越大，大大增加了检测的可靠性。
多级结构将上一级的输出信号作为下一级的输入信号，重复“检测、估计、检测……”的循环操作，逐步消除接收信号中的多址干扰。
SIC检测器的结构框图如图1所示。
图1例如，在一个由3个用户共享的子信道上，叠加后的信号为x=x(1)+x(2)+x(3)其中，x(i)(i=1,2,3)分别代表3个用户信号，其中，信号功率x(1)<x(2)<x(3)，为了简单起见。
在接收端，接收信号y(i)=h(i)x+w(i)其中，h(i)是信道系数，w(i)是信道高斯白噪声和小区干扰。
非正交多址接入技术
非正交多址接入技术一、多址技术的发展对于蜂窝移动通信系统，多址接入技术具有重要作用，是一个系统信号的基础性传输方式。
传统的正交多址方案，如用户在频率上分开的频分多址(FDMA)，用户在时间上分开的时分多址(TDMA)，用户通过正交的码道分开的码分多址(CDMA) 和用户通过正交的子载波的正交频分多址接入(OFDMA).在3G系统中采用了非正交技术----直接序列码分多址(DS-CDMA)技术。
由于直接序列码分多址技术的非正交特性，系统需要采用快速功率控制(FTPC) 来解决手机和小区之间的远近问题。
在4G系统中采用正交频分多址(OFDM)技术，OFDM不但可以克服多径干扰问题，而且和MIMO技术结合应用，可以极大地提高系统速率。
由于多用户正交，手机和小区之间就不存在远近问题，系统将不再需要快速功率控制，转而采用自适应编码(AMC)的方法来实现链路自适应。
但是，传统的正交多路接入技术由于较低的频谱利用率，不能满足5G的性能。
5G不仅要大幅度提升系统的频谱效率，而且还要具备支持海量设备连接的能力，此外，在简化系统设计及信令流程方面也提出了很高的要求，这些都将对现有的正交多址技术形成严峻挑战。
非正交多址技术(NOMA)的提出，改变了原来在功率域由单一用户独占资源的策略，提出功率也可以由多个用户共享的思路，在接收端系统可以采用干扰消除技术将不同用户区分开来。
二、非正交多址接入技术的特点NOMA实现的是重新应用3G时代的非正交多用户复用原理，并使其融合到现在的OFDM技术之中。
从2G、3G到4G，多用户复用多址技术主要集中于对时域、频域、码域的研究，而NOMA在OFDM的基础上增加了一个维度一功率域。
新增的功率域可以利用每个用户不同的路径损耗来实现多用户复用。
要实现多用户在功率域的复用，需要在接收端加装一个串行干扰抵消(SIC) 模块，通过这一干扰消除器，加上信道编码，如低密度奇偶校验码(LDPC)等，就可以在接收端区分出不同用户的信号。
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卫星通信网络功率域非正交多址技术研究综述
葛瑞星I李广侠「，边东明I,李龙2
(1•中国人民解放军陆军工程大学，江苏南京210007; 2.中国人民解放军78616部队5()分队，云南 昆明650221 )
【摘 要】 【关键词】
卫星通信网络正面临多用户、大容量、高效率的接入需求带来的挑战 山止交多址技术作为5G通仁网络中 提高接入用户数量与用户通信容量的关键技术，在卫星领域的应用受到了广泛的关注。以NOMA技术中的 功率域NOMA(PD-NOMA )为研究重点，在介绍其基本原理的基础上，总结了卫星通信网络中该技术的 研究现状，分析了应用存在的技术难点，提出了未来研究的发展趋势。 卫星通信网络；功率域；非正交多址
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Survey on Power Domain Non-Orthogonal Multiple Access Technology in Satellite Communication Networks
GE Ruixing1, LI Guangxia1, BIAN Dongming1, LI Long2
相对卫星通信网络而言，地面通信网络在频谱 利用、功率配置等技术上发展更为成熟。作为当今地 面5G通信网络在频谱利用方面的新兴技术，NOMA （Non-Orthogonal Multiple Access,非正交多址）技 术能够通过用户分组、功率配置、码字设置等方式实 现多用户信号的非正交传输，在提高频带利用率与通 信容量上有突出的表现0"。将这一技术运用于卫星 通信网络中以解决频带资源紧张、频率利用冲突的问 题.已成为卫星通信技术理论研究的热点之一。
(1. Army Engineering University, Nanjing 210007, China; 2. PLA of China, 78616—50 Unit, Kunming 650221, China)
[Abstract] [Key words]
Satellite communication networks are facing the challenges from the access requirements of multi-user, large capacity and high efficiency. As a key technology to improve the user's access number and the communication capacity in 5G communication networks, non-orthogonal multiple access (NOMA) has received broad attention in satellite communications. Focusing on power domain NOMA (PD-NOMA), this paper analyzed its principles, summarized its research status in satellite communication network, addressed the technical difficulties in applications, and presented the research development trend in the future. satellite communication networks; power domain; non-orthogonal multiple a式
PD-NOMA SCMA
功率域复用 稀疏扩频、高纬调制映射
串行干扰消除（SIC ） 消息传递算法 （MPA）
复数域多元码序列扩频，时
MUSA
频域叠加传输
SIC
功率域、空域、码域整体联
PUMA
合的特征图样设计
SIC
2.2 PD-NOMA技术原理
PD-NOMA的核心思路是通过引入新的维度一 功率域，实现多个用户对单个时频资源块的复用。 在发射端，不同用户以设定的功率等级发射信号， 在时频域叠加传输，在接收端，接收机通过SIC （Successive Interference Cancellation,串行干扰消 除）算法，利用信号的功率配置因子实现不同用户信 号的区分与分离冋。
1引言
近年来，伴随着LEO ( Low Earth Orbit,低轨 道)星座卫星成为卫星通信发展新的热点，国内外公 布了包括Oneweb . Stralink、鸿雁、虹云等在内的多
”匕稿日期：2019-()4-14
个星座的研制与发射计划，卫星通信技术正向高通 量卫星、立体卫星网络、星地一体化网络通方向发 展⑴。2016年，我国将天地一体化信息网络建设列入 《“十三五”国家科技创新规划》，该网络以GEO (Geostationary Earth Orbit,地球静止轨道)卫星、 LEO星座卫星为核心，与地面互联网和移动通信网互
doi:10.3969/j.issn.1006-1 ()1 ()2)19.()5.()()6
中图分类号：TN927
文献标志码：A 文章编号：1()()6-1()1()(2()19)()5-()()33-()7
引用格式：葛瑞星，李广侠,边东明，等.卫星通信网络功率域非正交多址技术研究综述山.移动通信，2()19,43(5): 33-39.
2019年第5期I J。
遨厂空天地海一体化"专题翦
联互通，拟建成“全球覆盖、随遇接入、按需服务、 安全可信”的天地一体化信息网络体系。
然而，在目前卫星通信系统频带资源受限、用 频冲突的环境下，立体卫星网络、天地一体化信息网 络的应用将加剧异构通信系统间的频率冲突与同频信 号干扰，对系统运行控制带来了极大的挑战。通信用 户采用何种方式接入卫星网络，有效利用卫星频率资 源、功率资源，在避免干扰的前提下提升通信容量成 为当今卫星通信网络研究的重点问题。
本文以功率域NOMA技术（PD-NOMA, PowerDomain NOMA ）为重点，在阐述其基本原理的基础 上，针对目前该技术在卫星通信网络中的研究现状与 技术难点，对其未来发展的主要趋势进行了展望。
PD-NOMA的提出最早，研究成果最多，是本文主要 的研究对象。
表1 NOMA技术特性比较
NOMA技术