非正交多址技术
noma原理
noma原理Noma原理是一种用于无线通信的算法，它的全称是Non-orthogonal Multiple Access，意为非正交多路访问。
Noma原理可以帮助提高无线通信的效率和容量，同时减少功耗等问题。
下面将介绍Noma原理的几个重要特点和应用场景。
一、特点1. 非正交多址：Noma原理允许多个用户同时使用同一频率和时间资源，而不需要像传统的TDMA、FDMA、CDMA等技术一样进行频率和时间划分。
2. 超密集：Noma原理在使用相同频段的情况下，可以支持更多的用户接入，从而提高了网络的容量。
3. 非对等服务：Noma原理通过给不同的用户分配不同的功率和速率，以满足不同用户的需求，这种非对等服务模式可以应用于各种场景。
4. 算法复杂度低：Noma原理的处理复杂度较低，能够满足现有的无线通信系统的要求。
二、应用场景1. 5G通信：5G网络是一个高密度的网络，需要支持大量设备的同时接入，而Noma原理能够提高网络的容量和覆盖范围，因此能够对5G网络的建设起到积极的促进作用。
2. 物联网：物联网需要支持大量设备的同时接入，这正是Noma原理的强项，因此可以被广泛应用于物联网场景中。
3. 多用户信道：在有多个用户接入的情况下，Noma原理可以提高系统的容量和效率，以达到更好的性能。
4. 再生能源：再生能源的发电机组通常需要通过无线通讯系统进行监测和控制，而Noma原理能够提高通讯效率和容量，因此是再生能源监测的一个较好的选择。
总之，Noma原理是一种新的无线通信技术，它能够提高网络的容量和效率，同时支持多种应用场景。
虽然它还存在一些技术上的挑战，但随着无线通信技术的发展，Noma原理将会得到更加广泛的应用和推广。
多址接入技术非正交多址NOMA
多址接入技术非正交多址NOMA每一代通信系统有自己独特的多址接入技术。
多址接入技术的目的是让多个用户能同时接入基站，享受基站提供的通信服务，保证各个用户之间的信号不会互相干扰。
第一代移动通信系统（1G）主要采用频分多址接入方式（FDMA），第二代移动通信系统（2G）主要采用时分多址接入方式（TDMA），第三代移动通信系统（3G）主要采用码分多址接入方式（CDMA），第四代通信系统（4G）主要采用正交频分复用多址接入方式（OFDMA），而非正交多址接入方式（NOMA）是下一代移动通信系统（5G）一个热门的技术。
下面从第一代移动通信系统开始介绍每一代移动通信系统所采用的多址接入方式。
频分多址FDMA频分多址，即FrequencyDivision Multiple Access，FDMA。
顾名思义，频分多址利用不同的频带来区分用户，即用户的数据在不同的频带上传输，而从避免用户间信号的相互干扰。
第一代移动通信系统采用FDMA作为多址方式。
FDMA的原理如下图所示，其中User1，User2，User3，User4，User5和User6分别在频点f1，f2，f3，f4，f5和f6上传输数据。
各个频点之间有相应的保护频带，保证每个用户的信号不被其他用户干扰。
时分多址 TDMA时分多址，即Time DivisionMultiple Access，TDMA。
顾名思义，时分多址利用不同的时隙来区分用户，即用户的数据在不同的时隙上传输，从而避免用户间信号的相互干扰。
第二代移动通系统主要采用TDMA作为多址方式。
TDMA的原理如下图所示，其中User1，User2，User3，User4，User5和User6分别在时隙t1，t2，t3，t4，t5和t6上传输数据。
各个时隙的时间不会相互重叠，保证每个用户的信号不被其他用户干扰。
码分多址 CDMA码分多址，即Code DivisionMultiple Access，CDMA。
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。
非正交多址接入(NOMA)含代码
NOMA原理介绍：NOMA代表"Non-Orthogonal Multiple Access"，是一种多址接入技术，旨在提高无线通信系统的频谱效率和连接性能。
与传统的正交多址接入技术（如OFDMA）不同，NOMA允许多个用户在相同的时间和频率资源上传输数据，而不需要将资源划分为互不干扰的子通道。
关键特点和原理包括：1.非正交资源分配：NOMA允许多个用户共享相同的时间和频率资源，这些用户的信号可以在接收端以非正交的方式叠加。
这意味着用户之间的信号可以重叠在一起，而不会引起严重的干扰。
2.功率分配：在NOMA中，不同用户被分配不同的功率水平，以确保弱用户的信号在强用户的信号之上。
这种功率分配有助于提高系统性能，特别是在高信噪比条件下。
3.多用户检测：接收端使用多用户检测技术，例如迭代干扰取消（ICIC）或干扰消除等，来分离和解码不同用户的信号。
这需要高度复杂的信号处理算法。
4.频谱效率：NOMA可以实现较高的频谱效率，因为多个用户可以共享相同的频谱资源，提高了频谱利用率。
NOMA的应用领域包括5G和更高一代移动通信标准，以满足日益增长的设备连接和高速数据传输需求。
通过允许多个用户共享资源并使用非正交信号传输，NOMA有望提高通信系统的性能，并支持更多用户同时连接。
然而，NOMA也需要复杂的信号处理和功率分配算法，以实现最佳性能。
以下是实现NOMA原理的matlab代码：定义系统参数num_users = 2; 用户数量num_symbols = 4; 符号数量SNR_dB = 20; 信噪比（dB）生成随机数据符号user_symbols = randi([0, 1], num_users, num_symbols);创建信道h = (randn(num_users, 1) + 1i * randn(num_users, 1)) / sqrt(2); 随机复数信道增益生成非正交信号tx_signal = zeros(num_users, num_symbols);for i = 1:num_userstx_signal(i, :) = sqrt(10^(SNR_dB/10)) * user_symbols(i, :); 调整功率end合并信号composite_signal = sum(tx_signal, 1);添加噪声SNR = 10^(SNR_dB/10); 线性信噪比noise_power = 1 / (SNR * 2); 噪声功率noise = sqrt(noise_power) * (randn(1, num_symbols) + 1i * randn(1, num_symbols));接收信号received_signal = composite_signal + noise;检测和解码decoded_symbols = zeros(num_users, num_symbols);for i = 1:num_usersdecoded_symbols(i, :) = received_signal .* conj(h(i)) / (abs(h(i))^2);end显示结果disp('发送的数据符号:');disp(user_symbols);disp('接收到的数据符号:');disp(decoded_symbols);\。
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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5G：非正交多址技术（NOMA）的性能优势
5G：非正交多址技术（NOMA）的性能优势移动通信技术发展到今天，频谱资源也变得越来越紧张了。
同时，为了满足飞速增长的移动业务需求，人们已经开始在寻找既能满足用户体验需求又能提高频谱效率的新的移动通信技术。
在这种背景下，人们提出了非正交多址技术（NOMA）。
非正交多址技术（NOMA）的基本思想是在发送端采用非正交发送，主动引入干扰信息，在接收端通过串行干扰删除（SIC）接收机实现正确解调。
虽然，采用SIC技术的接收机复杂度有一定的提高，但是可以很好地提高频谱效率。
用提高接收机的复杂度来换取频谱效率，这就是NOMA技术的本质。
NOMA的子信道传输依然采用正交频分复用（OFDM）技术，子信道之间是正交的，互不干扰，但是一个子信道上不再只分配给一个用户，而是多个用户共享。
同一子信道上不同用户之间是非正交传输，这样就会产生用户间干扰问题，这也就是在接收端要采用SIC技术进行多用户检测的目的。
在发送端，对同一子信道上的不同用户采用功率复用技术进行发送，不同的用户的信号功率按照相关的算法进行分配，这样到达接收端每个用户的信号功率都不一样。
SIC接收机再根据不同户用信号功率大小按照一定的顺序进行干扰消除，实现正确解调，同时也达到了区分用户的目的，如图1所示。
图1：下行链路中的NOMA技术原理总的来说，NOMA主要有3个技术特点：1、接收端采用串行干扰删除（SIC）技术。
NOMA在接收端采用SIC技术来消除干扰，可以很好地提高接收机的性能。
串行干扰消除技术的基本思想是采用逐级消除干扰策略，在接收信号中对用户逐个进行判决，进行幅度恢复后，将该用户信号产生的多址干扰从接收信号中减去，并对剩下的用户再次进行判决，如此循环操作，直至消除所有的多址干扰。
5G移动网络非正交多址接入关键技术研究
5G移动网络非正交多址接入关键技术研究随着移动通信技术的不断发展，人们对于移动网络的需求也越来越高。
为了满足这一需求，5G移动网络应运而生。
5G移动网络作为下一代移动通信技术的代表，其具备了更高的数据传输速率、更低的延迟和更大的连接密度等特点，极大地提升了移动通信的性能。
非正交多址接入（Non-Orthogonal Multiple Access，简称NOMA）作为5G移动网络的关键技术之一，被广泛应用于多用户之间的数据传输。
传统的多址接入技术（如CDMA）中，不同用户之间通过时域、频域或码域的分离来实现多用户之间的数据传输。
而NOMA通过在相同的时频资源上同时传输多个用户的数据，将用户之间的信号进行叠加，在接收端通过信号解码技术将各个用户的数据分离出来。
这种方式能够提高频谱的利用效率，增加网络的容量。
在5G移动网络中，NOMA技术的应用面临着一些关键的挑战。
首先，多用户之间的信号叠加会导致干扰的增加，降低系统的性能。
为了解决这一问题，研究人员提出了不同的干扰管理策略，如干扰消除、干扰抑制和干扰分离等技术。
其次，NOMA技术对于用户之间的信道状态信息的要求更高。
传统的多址接入技术中，用户之间的信道状态信息是相互独立的，而NOMA技术中，用户之间的信道状态信息是相互关联的。
因此，需要设计适应NOMA技术的信道估计和反馈算法，以提高系统的性能。
此外，NOMA技术还需要考虑用户之间的公平性。
由于NOMA技术将信号叠加在一起进行传输，可能导致某些用户的信号质量较差，影响用户的体验。
因此，研究人员需要设计公平的资源分配算法，以保证每个用户都能够得到适当的资源。
总之，5G移动网络非正交多址接入是5G移动通信技术的重要组成部分。
通过研究非正交多址接入的关键技术，可以提高移动通信网络的性能，满足人们对于移动通信的需求。
未来，随着技术的不断发展，非正交多址接入技术将在5G移动网络中发挥更加重要的作用。
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。
基于非正交多址技术的无线网络系统建模与仿真
基于非正交多址技术的无线网络系统建模与仿真第一章：引言无线网络已经成为人们日常生活中不可或缺的一部分。
在现代社会中，越来越多的设备需要无线通信，如手机、电脑、车辆等，无线通信技术的发展日新月异。
而无线通信的关键问题之一就是如何在同一时间，同一频率上实现多个用户之间的数据传输，而不会互相干扰，这就需要引入非正交多址技术（NOMA）。
本文将基于非正交多址技术对无线网络系统进行建模与仿真，并对NOMA技术的理论背景、应用场景、系统模型、仿真结果等方面进行探讨。
第二章：非正交多址技术的理论背景2.1 多址技术的发展史随着科学技术的不断发展，多址技术也在不断演进。
多址技术是指在同一频带内实现多个用户之间的数据传输。
最开始的多址技术是时分多址技术（TDMA），它采用的是分时的方式，将时间划分为若干个时隙，每个时隙只分配给一个用户。
接下来出现了频分多址技术（FDMA），将频率划分为若干个子频段，每个子频段只分配给一个用户。
然而随着用户数量的增多，这两种技术的用户接入并行度较低，带宽利用率较低，无法满足日益增长的数据通信需求。
2.2 非正交多址技术的概念非正交多址技术（NOMA）则采用在同一频带内将多个用户的信号叠加在一起，通过解码器将不同用户的信息进行分离，实现多个用户之间的数据传输。
其原理是通过将不同用户的信号进行叠加，将多个用户的信号混在一起，发送给接收端。
接收端通过自适应滤波算法、最小均方误差（MMSE）算法等，将信号分离，得到原始信息。
NOMA技术的特点是在时间和频率两方面都实现了复用，接入并行度比以前的技术更高。
第三章：NOMA技术的应用场景3.1 低功耗宽域物联网（LPWAN）在低功耗宽域物联网（LPWAN）中，传输的数据量通常较小，但需要高连接密度，如智能家居、智能城市、工业自动化控制等。
采用NOMA技术，可以使得多个设备同时传输数据，增加了带宽的利用率。
3.2 超密集小区在超密集小区中，用户数量非常多。
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.2非正交多址技术的技术特点2.1 NOMA在接收端采用SIC接收机来实现多用户检测。
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。
正交多址接入和非正交多址接入的原理
正交多址接入 (OMA)
•OMA 是一种多址技术，其中每个用户使用一个正交信道，该信道与其他用户的信道无关。
•正交信道不会干扰彼此，允许并发传输而不会出现碰撞。
•OMA 技术包括：
–频分多址 (FDMA)
–时分多址 (TDMA)
–码分多址 (CDMA)
非正交多址接入 (NOMA)
•NOMA 是一种多址技术，其中多个用户共享相同的频谱和时隙。
•不同用户的信号通过功率控制和用户分组进行区分，以最大化多路复用增益。
•NOMA 技术允许同时从多个用户接收信号，提高频谱利用率和容量。
原理
OMA
•在 OMA 中，每个用户分配一个正交信道，该信道具有独特的频段、时隙或扩频码。
•用户使用正交调制技术，例如正交振幅调制 (QAM) 或正交频分复用 (OFDM)，在自己的信道内传输数据。
•接收器使用匹配滤波器或解扩码器将其他用户的信号滤除，只接收分配给自己的信号。
NOMA
•在 NOMA 中，多个用户共享相同的频谱和时隙，但使用不同的功率级和用户分组。
•功率控制用于确保较强用户的信号比较弱用户的信号有更高的功率。
•用户分组用于将用户分为具有相似信道条件的组。
•接收器使用迭代解码算法，例如层解码或消息传递解码，从多个用户的信号中恢复数据。
优点
OMA
•低干扰
•高频谱利用率
•适用于时变信道
NOMA
•高容量
•适用于蜂窝网络中边缘用户的连接•降低延迟
缺点
OMA
•信道资源分配复杂
•频谱利用率可能低于 NOMA NOMA
•接收器复杂度较高
•对信道条件敏感。
移动通信系统概述—非正交多址接入技术
➢ NOMA的另一个优点是，无须知道每个信道的CSI，从而有望在高速移动场景下获得 更好的性能。
• 非正交多址接入技术的原 理
➢ 非正交多址技术NOMA是一种功 分多址的方案，与正交多址技术 通过频域或码域上的调度实现分 集增益不同，非正交多址技术 NOMA则通过将不同信道增益情 况下多个用户在功率域上的叠加 获得复用增益。非正交多址技术 NOMA的基本原理如图所示。
➢ 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。 ➢ 非正交多址技术(Non-Orthogonal Mutiple Acess, 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。
• 非正交多址接入技术的原 理
➢ 在发送端，不同发送功率的信号在频率完全复用，仅通过功率来区分;在接收端，基 于不同的信道增益，通过串行干扰抵消算法依次解出所有用户的信号。
➢ 在用户端，通过串行干扰抵消算法依次解出所有用户的发送信号。最优的解码顺序 应该为用户接收信号的信干噪比的降序。在没有差错传播的理想情况下，每个用户 都可以准确地解出已经发送的信号。
• 非正交多址接入技术的特 点
➢ 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(Sucessise Interference Cancellation, 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。
27093804_5G_非正交多址关键技术研究和性能评估
5G非正交多址关键技术研究和性能评估张宏莉 韩玲 王星妍(中国信息通信研究院泰尔终端实验室,北京100191)摘要:移动通信技术发展已经过五代技术更迭演进,作为关键物理层技术的多址技术一直采用正交多址接入技术㊂传统正交多址技术就其本身而言在实际非理想状态下基本接近频谱资源利用效率和系统容量的上限㊂非正交多址技术是一个全新的物理层设计,可以使无线通信突破正交资源限制,进一步提升系统的传输性能㊁增加系统容量㊁减少时延和降低功耗㊂非正交多址的价值已得到产业界的重视,近十年来世界开展了大量的研究,并将其作为一项5G重要的物理层备选技术,在3GPP内进行了大量的讨论㊂关键词:5G;非正交多址接入;功率复用;串行干扰消除中图分类号:TN929.531㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标志码:A引用格式:张宏莉,韩玲,王星妍.5G非正交多址关键技术研究和性能评估[J].信息通信技术与政策,2022,48(6):85-90.DOI:10.12267/j.issn.2096-5931.2022.06.0150㊀引言传统的蜂窝移动通信系统主要采用多址接入技术,包括时分多址接入技术(Time Division MultipleAccess,TDMA)㊁频分多址接入技术(Frequency Division Multiple Access,FDMA)㊁码分多址接入技术(Code Division Multiple Access,CDMA)等,这些均属于正交多址接入技术(Orthogonal Multiple Access, OMA)㊂正交多址接入技术的用户数量受到其可用正交资源数量的限制,随着系统设计优化,在频谱资源日渐紧张的今天,其频谱资源利用效率和系统用户容量已接近极限㊂为进一步提升频谱效率,突破正交多址技术限制,学界和产业界提出了一种被称为非正交多址的接入技术(Non-Othogonal Multiple Access,NOMA),使频谱效率和系统容量进一步提升㊂根据文献[1-3],早在2010年日本NTT DoCoMo公司就提出了多用户信号功率相互叠加㊁接收端串行干扰消除(Successive Interference Cancellation,SIC)为基础的功率域非正交多址接入技术;2014年,3GPP在4G LTE 多用户叠加编码传输(Multi-User Superposition Transmission, MUST) 研究项目中对下行NOMA技术进行了研究;2018年,3GPP继续在5G NR框架下开展了上行非正交多址技术研究,并在R16阶段形成了NR NOMA技术的研究报告[3]㊂1㊀NOMA技术特点NOMA在发送端采用功率复用或多址接入签名码,使多用户信号能够共享同一时频资源块,接收端采用SIC等多址干扰消除技术对不同用户区分解码㊂(1)功率复用技术㊂功率复用技术的核心是在时域和频域外增加一个功率的维度,利用不同用户之间的信道增益差异进行线性叠加传输[4]㊂功率复用技术是非正交多址技术中最简单的类型㊂由于功率域的引入系统可以放松时频物理资源块的正交性限制,从而使系统容量㊁频谱效率得到提升㊂(2)多址接入签名码技术㊂多址接入签名码技术是经典的功率域非正交多址技术的演化升级版本,除了传统的功率域,还引入了码域的扩频㊁加扰㊁交织,甚至包含了空域编码的多址信道标签,有助于进一步减少非正交多址带来的多址干扰(Multiple Access Interference ,MAI ),提高接收机对多用户信号的检测性能㊂(3)串行干扰消除技术㊂串行干扰消除技术的核心是对不同功率的多用户信号进行逐次干扰消除㊂接收信号中功率最大的信号最先被接收机检测出来并被消除,然后根据功率大小依次对各用户信号进行检测,最后完成对所有叠加信号的接收和解调㊂图1㊀5G NOMA 上行信号处理流程2㊀NOMA 技术的性能优势NOMA 技术性能优势如下㊂(1)提升频谱效率和系统容量㊂NOMA 技术可以区分同一时间-频率域上的不同的用户,使得多个用户可以在相同时间域和频率域上进一步复用资源㊂NOMA 的系统过载率相对于OMA 技术更高,更加接近多用户系统的理论容量界,在保证一定的通信质量的前提下进一步增加了系统总吞吐量㊂由于资源的非正交分配,不同用户的信号可以在相同的时频资源上叠加,实际上相对于OMA 系统进一步拓展了可接入用户的数量,提升了系统的用户容量㊂(2)改善小区边缘用户性能㊂非正交多址技术为保障通信质量和用户公平性,会为小区边缘用户和信道条件较差的用户配置更高的功率㊂仿真显示,采用NOMA 技术方案时,小区边缘用户的吞吐量得到有效提升㊂(3)更小时延和低信令开销[5]㊂在目前研究的一些NOMA 技术方案中,NOMA 可以设计成免调度的接入方案,终端可以使用开环功控选择合适的功率一次性上传数据,无需与基站进行多次交互,减少了接入时延,降低了信令交互的开销㊂(4)更强的系统鲁棒性㊂基于功率域的NOMA 系统对接收端反馈的信道状态信息CSI 的准确性的敏感度降低,在传输信道状态不发生大幅㊁快速改变的情况下,不准确的信道状态信息不会对系统性能产生严重影响㊂同时,由于接收端采用了SIC 技术,系统具备一定的干扰消除能力,减少了干扰对通信的影响㊂3㊀NOMA 技术的备选技术方案为区分同一时频资源上的不同用户,一个行之有效的手段就是为每个用户分配多址接入签名码(MA Signature )㊂3GPP TR 38.812研究报告总结了当前主要通信企业的NOMA 上行信号处理方案和多址接入签名码的设计方案㊂图1给出了5G NOMA 上行信号处理的流程,在5G 原有正交信号处理流程的基础上通过替换或增加相应的信号处理环节实现用户上行信号的非正交化㊂目前,多址接入签名码方案包含以下几类㊂3.1㊀比特级处理技术(Bit Level Processing Based )比特级处理技术的原理是通过为不同用户配置特定的随机序列或交织图案,达到区分不同用户的目的㊂比特级处理技术目前有两种技术路线:UE 特定比特级加扰和UE 特定比特级交织㊂(1)UE 特定比特级加扰技术现有两种技术方案:低码率扩频方案(Low Code Rate Spreading ,LCRS )和非正交编码多址接入方案(Non-Orthogonal CodedMultiple Access,NCMA)㊂比特级加扰的非正交多址接入方案使用了与3GPP R15PUSCH相同的上行信号处理流程㊂(2)UE特定比特级交织技术目前也有两种技术方案:交织域多址接入方案(Interleave Division Multiple Access,IDMA)和交织网格多址接入方案(Interleave-Grid Multiple Access,IGMA)㊂UE特定的交织图案作为多址接入签名码使用㊂3.2㊀符号级处理技术(Symbol Level Processing)符号级处理技术有如下类型㊂3.2.1㊀使用NR原有调制方式的UE特定扩频使用NR原有调制方式的UE特定扩频技术一般采用低正交相关或低密度的符号级扩频序列㊂符号级扩频序列是这一类方案设计的核心㊂目前,研究的扩频序列包括韦尔奇界等式序列(Welch Bound Equality,WBE)㊁量化复值序列(Complex-Valued Sequences with Quantized Elements,CSQE)㊁ETF (Equiangular Tight Frames)/格拉斯曼序列(Grassmannian Sequence,GS)㊁广义韦尔奇等式序列(Generalized Welch-Bound Equality,GWBE)㊁稀疏扩频图案序列㊁QPSK序列以及多用户干扰参数准则序列(MUI-Qualified)㊂(1)采用韦尔奇界等式序列有两种技术方案:韦尔奇界扩频多址接入(Welch-bound Spreading Multiple Access,WSMA)和资源扩频多址接入(Resource Spread Multiple Access,RSMA)㊂这两种方案使用的韦尔奇界等式序列在设计上要遵从签名码矢量集的相关函数平方之和的边界要求㊂(2)采用量化复值函数序列的方案只有多用户共享接入技术(Multi-User Shared Access,MUSA)㊂MUSA码序列是一种低相关性的复数域星座式短序列多元码㊂MUSA在相同时频资源用户层数上要优于功率域NOMA技术㊂(3)等角紧框架ETF/格拉斯曼序列使用了一种更严格的韦尔奇界等式序列以缩小两条序列相关性的最大值㊂NCMA方案使用了ETF/格拉斯曼序列㊂格雷斯曼序列设计问题可理解为最大化序列对间的最小弦距㊂格雷斯曼序列还可以通过M-QAM星座产生M-QAM量化格雷斯曼序列㊂(4)广义韦尔奇等式序列是韦尔奇等式序列的扩展,考虑了功率域差异对序列相关性的影响[6]㊂用户特定广义韦尔奇界多址接入方案(User-specific Generalized Welch Bound Multiple Access,UGMA)采用了该序列㊂(5)稀疏扩频图案序列在扩频码序列中包含了零元素,根据稀疏扩频图案中的零元素的个数是否相等,具体可分为等权重序列㊁非等权重序列㊂等权重序列即为稀疏码多址接入技术(Sparse Code Multiple Access,SCMA),非等权重序列为图样分割多址接入技术(Pattern Division Multiple Access,PDMA)㊂SCMA 在多址技术上采用了低密度扩频和滤波OFDM (Filtered-OFDM)两项关键技术㊂扩频用码本的码字稀疏,不同用户信号之间不易产生干扰,而滤波OFDM 指结合子载波滤波技术使资源单元RE的子载波间隔和OFDM符号时长可调,以满足5G空口业务多样性和灵活性要求[7-8]㊂PDMA主要基于多用户不等分集的PDMA图样矩阵实现时频 功率 空间多维非正交信号叠加传输,以获取更高的多用户复用㊁分集增益[9]㊂(6)QPSK序列的产生方法与NR DMRS序列产生的方法相同,通过对某个序列进行循环移位可以得到其他的序列㊂相同根值但不同循环移位量的2个QPSK序列的相关性为0,不同根值的序列的QPSK序列的相关性则很低㊂非正交编码接入方案(Non-Orthogonal Coded Access,NOCA)采用了该序列㊂3.2.2㊀使用非NR原有调制方式的UE特定扩频现有的方案中稀疏码多址接入方案SCMA采用了非NR原有调制方式的UE特定扩频技术㊂SCMA 采用了与传统QAM星座调制不同的一种高维调制, SCMA可以增大星座点之间的欧几里得距离,进而降低用户间干扰,最终提高多用户叠加信号中解调出用户信号的成功率㊂3.2.3㊀符号级加扰现有方案中资源扩频多址接入RSMA使用了短码扩频和长码加扰的符号级MA签名码方案㊂扰码序列可以是UE组级的也可以是小区级的;也可以是Gold序列或ZC序列,或者二者的组合㊂3.2.4㊀填零的UE特定交织现有方案中交织网格多址接入IGMA使用了符号级交织方案㊂UE根据网络配置要求获取数据矩阵的稀疏密度信息和填零位置序号,然后将符号序列映射到资源元素RE上,并对映射的符号进行符号级交织㊂3.3㊀UE特定稀疏RE映射(UE-Specific Sparse REMapping)㊀㊀非正交多址接入技术方案SCMA㊁PDMA㊁IGMA 采用了稀疏RE映射作为MA签名码方案㊂根据相同共享资源的用户数量,可以确定用户签名码稀疏度参数和填零RE的数量,并尽可能使相同资源上同时出现不同用户的概率降到最低㊂3.4㊀OFDM符号交错传输图案(OFDM SymbolStaggered Transmission Pattern)㊀㊀目前,只有异步编码多址接入技术(Asynchronous Coded Multiple Access,ACMA)采用OFDM符号交错传输图案作为MA签名码㊂每个用户特定的起始发射时间为该用户的关键特征㊂根据该方案设计[10],每个NOMA用户的起始时间分布与前N-1个时隙上某个OFDM符号,并在第N个时隙结束时结束所有用户的传输㊂表1梳理了当前3GPP的5G NOMA备选技术方案的提出公司和每种方案支持的技术类型[3]㊂4㊀非正交多址的接收技术方案针对目前5G的各类非正交多址备选技术方案,接收机的信号检测算法主要包含最小均方差MMSE㊁匹配滤波器MF㊁基本信号估计ESE㊁最大后验概率估计MAP㊁消息传递算法MPA㊁期望传递算法EPA等,干扰消除技术存在硬消除㊁软消除㊁混合消除以及串行㊁并行㊁串并混合等多种手段㊂3GPP TR38.812中研究的接收机技术方案包括MMSE-IRC㊁MMSE-硬消除㊁MMSE-软消除㊁ESE+SISO㊁EPA+混合消除等㊂根据3GPP的仿真分析,MMSE-IRC 和MMSE-硬消除接收机的实现复杂度相对较低㊂5㊀非正交多址的仿真性能评估3GPP在NR非正交多址接入研究项目中,针对mMTC㊁eMBB㊁URLLC等部署场景,对各NOMA技术方案的性能进行了链路级和系统级的仿真评估㊂5.1㊀链路级评估结果3GPP对mMTC㊁eMBB㊁URLLC等5G部署场景的共35种具体信道场景进行BLER和SNR仿真评估㊂3GPP采用的链路级仿真参数参见表2㊂通过比较各公司提交的链路级仿真结果,大致形成如下结论㊂(1)对于低传输块大小,单UE频谱利用率<0.15 bit/s/Hz,总频谱利用率<1.8bit/s/Hz,只要仿真参数配置合理,各个NOMA/MA签名码方案的性能差距较小㊂(2)对于中㊁高传输块大小,单UE频谱利用率在0.3~0.55bit/s/Hz,总频谱利用率<3.6bit/s/Hz,仿真参数配置合理,不同NOMA/MA签名码方案的性能差距也较小㊂LDPC低编码速率(<0.5)的仿真结果要由于高编码速率(>0.5)㊂(3)各技术方案均显示UE数量越多,性能恶化越明显㊂5.2㊀系统级评估结果系统级仿真中,3GPP设置了基准的仿真参数(见表3),各公司的实际开展的仿真时在时频资源配置㊁表1㊀5G非正交多址备选技术方案NOMA方案提出方比特级处理符号级处理加扰交织扩频加扰交织特殊调制稀疏RE映射交错传输SCMA华为是是是PDMA大唐是是MUSA中兴是IDMA InterDigital是IGMA三星是是是LCRS Intel是NCMA LG是是NOCA诺基亚是RSMA高通是是UGMA NTT DoCoMoWSMA爱立信是ACMA Hughes是表2㊀3GPP非正交多址链路级仿真参数部署场景mMTC URLLC eMBB载波频率/Hz700M700M㊁4G4G接收天线数/根2或444 SNR分布相同或不同相同相同或不同波形CP-ofdm或DFT-s CP-ofdm CP-ofdm签名码分配固定或随机固定固定或随机信道编码LDPC LDPC LDPC 信道模型Tdl-A或Tdl-C Tdl-A或Tdl-C Tdl-A或Tdl-C TBS大小10㊁20㊁40㊁60㊁7510㊁6020㊁40㊁80㊁150 UE数量4㊁6㊁8㊁10㊁12㊁244㊁6㊁124㊁8㊁12㊁16㊁24表3㊀3GPP非正交多址系统级仿真参数部署场景mMTC URLLC eMBB组网层级单层-宏蜂窝:HEX-Grid基站间距/m17324GHz频段:200700MHz频段:500200载波频率/Hz700M700M㊁4G4G 仿真带宽起始点6个PRB12个PRB12个PRB 信道模型UMaUE发射功率/dBm23基站天线配置700MHz频段:2Rx和4Rx 4GHz频段:4Rx和16Rx基站高度/m25基站天线增益+连接器损耗/dBi8基站接收机噪声系数/dB5UE天线配置1TxUE天线增益/dB0UE功控开环自定义自定义UE分布20%室外,3km/h80%室内,3km/h20%室外,3km/h80%室内,3km/h20%室外,3km/h80%室内,3km/h信道估计真实信道估计接收机类型㊁链路-系统映射关系可能与基准参数配置不尽相同㊂系统级仿真重点评估给定负载时的高层包到达率PDR(mMTC场景和eMBB场景)㊁满足可靠性和时延用户比例(URLLC场景),并鼓励各公司提供资源利用率曲线㊂根据各公司提交的仿真结果,评估结果如下㊂(1)mMTC场景,丢包率PDR为1%Packet/s/cell 时,共有6家企业提交了仿真结果,部分企业的仿真结果相对于基准方案有40%~100%的增益,但个别企业仿真结果认为未显示出增益㊂(2)URLLC场景,丢包率PDR为1%Packet/s/cell 时,共有3家企业提交了仿真结果,其中2家显示相对于基准方案增益最高可到300%,1家无增益㊂(3)eMBB场景,丢包率PDR为1%Packet/s/cell 时,共有6家企业提交了仿真结果,2家企业的结果相对于基站方案有2~4倍的增益,2家显示有20%~ 40%的增益,另外2家无增益或少许增益㊂6㊀结束语从目前的NOMA技术在3GPP研究进展来看,仅完成技术前期研究阶段的工作,尚未进入标准化的实操,离真正实现标准化仍有距离㊂NOMA技术未来可以考虑在NOMA-MIMO结合技术㊁最优低密度扩频码本设计㊁优化消息传递算法㊁性能和复杂度折中的最优接收机设计等方面开展更深入的研究,以提高该技术的实用性,更好地满足5G后续演进乃至6G的系统可靠性和性能要求㊂参考文献[1]OTAO N,KISHIYAMA Y,HIGUCHI K.Perfomace ofnon-orthogonal access with SIC in celluar downlink using proportional fair-based resource allocation[C]//2012 International Symposium on Wireless Communication Systems(ISWCS).Paris:IEEE Press,2012:476-480.[2]3GPP.Study on downlink multiuser superposition transmission(MUST)for LTE(release13)[R],2015.[3]3GPP.Study on non-orthogonal multple access(NOMA) for NR(release16)[R],2018.[4]TIAN F,CHEN X.Multiple-antenna techniques innonorthogonalmultiple access:a review[C]//Frontiers of Information Technology&Electronic Engineerin,2019.[5]杨一夫,武刚,李欣然,等.面向后5G的非正交多址技术综述[J].无线电通信技术,2020,46(1):26-34.[6]NTT DoCoMo.Transmitter design for uplink NOMA [R],2017.[7]张长青.面向5G的非正交多址接入技术的比较[J].电信网技术,2015(11):42-49.[8]Huawei,HiSilicon.Discussion on the design of SCMA [R],2017.[9]CATT.NOMA transmitter side signal processing [R],2017.[10]Hughes.NR-NOMA:partially asynchronous and multi-layered transmission of ACMA[R],2017.作者简介:张宏莉㊀中国信息通信研究院泰尔终端实验室工程师,主要从事科研管理与研究工作韩玲㊀㊀中国信息通信研究院泰尔终端实验室高级工程师,主要从事通信相关的研究工作以及通信相关新媒体运营工作王星妍㊀中国信息通信研究院泰尔终端实验室工程师,主要从事协议一致性检测的研究工作Study on5G Non-Orthogonal multiple access technology&performance evaluationZHANG Hongli,HAN Ling,WANG Xingyan(CTTL Terminal Labs,China Academy of Information and Communications Technology,Beijing100191,China)Abstract:The cellular communication technology has undergone five generations of evolution,yet its multiple access technologies as one of the key physical layer technologies still belongs among the orthognal multiple access technology. The legacy orthognal multiple access technology might have approached the ceiling of spectrum effeciency and system capacity in realistic senario.Non-orthogonal multiple access is an emerging design of physical layer,which can break the limitaion of finite orthogonal resource,fortifying transmission performance,increasing the system capacity,reducing latency and lower power comsuption.Non-orthogonal multiple access has become a highlighted research subject in the last decade,which leads to a large number of research finds.Non-orthogonal multiple access technology now is one of candidate technologies of5G physical layer,which is under intensive discussion in the3GPP organization. Keywords:5G;NOMA;power domain multiplexing;SIC(收稿日期:2022-03-10)。
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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。
则SIC接收机解调3个用户过程如下图2所示：
图2
在第一级检测之前，先要将接收信号按照信号功率大小进行排序，这里由于x(3)信号功率最强，先要对x(3)进行判决，输出x(3)。
然后恢复出对x(3)的信号估计值，从接收信号中减去x(3)的估计值，得到x(1)+x(2)，然后将h(2)(x(1)+x(2))+w(2)作为下一级输入。
按照功率顺序依次执行相同的操作，最后先后输出x(2)和x(1)，完成对所有的用户信号检测。
在SIC信号检测过程中，很重要的一点是用户检测检测顺序。
这里进行排序是根据用户的信号功率来进行的。
在NOMA中，发送端会采用功率复用技术对不同的用户进行功率分配。
通常，信道增益高的用户会少分配一些功率资源，而信道增益低的用户会多分配一些功率资源。
到达接收端后，每个用户的信号功率会不一样，SIC接收机根据用户的信号功率进行排序，依次对不同的进行解调，同时达到区分用户的目的。
虽然，SIC技术有很好的信号检测性能，但要在NOMA中采用，有3个问题。
首先，相对于传统的SIC接收机，NOMA中采用的SIC接收机要更复杂，要求具备更强的信号处理能力；其次，从上述过程可知，根据信号功率排的用户顺序决定了最佳的接收效果，而在实际过程中，用户的功率是不断变化的，这就要求SIC接收机不断地对用户功率进行排序；再次，从SIC结构图中可以看出，每一级处理都会产生一定的时延，在现实多级处理过程中，产生的时延很大。
前一个问题的解决有赖于未来芯片处理能力的提升，而后两个问题则需要对相关的处理算法进行进一步的研究。