淺析非正交多址接入技術

王波　梅曉莉

摘 要：網絡正以超乎我們想象的速度向前發展著，當人們剛剛享受4G網絡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。雖然現在5G的很多關鍵技術還沒有定論，但普遍認為非正交多址接入（NOMA）將是未來5G理想的多址接入復用技術。

關鍵詞：5G；非正交多址接入（NOMA）

1 非正交多址接入（NOMA）技術產生背景

IMT-2020（5G） 推進組《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、容量更大的無線網絡，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關鍵技術，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，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）來解決手機和小區之間的遠-近問題。

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

NOMA希望實現的是，重拾3G時代的非正交多用戶復用原理，并將之融合于現在的4G OFDM技術之中。

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

NOMA的基本思想是在發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）實現正確解調。雖然采用SIC接收機會提高設計接收機的復雜度，但是可以很好地提高頻譜效率，NOMA的本質即為通過提高接收機的復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）的關鍵技術

（1）、串行干擾刪除（SIC）

在發送端，類似于CDMA系統，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，SIC早在第三代移動通信技術（CDMA）中被采用。SIC在性能上與傳統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。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行數據判決，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行操作，功率較大信號先進行操作。這樣一直進行循環操作，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其功率值排列進行的，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據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。多級結構將上一級的輸出信號作為下一級的輸入信號，重復“檢測、估計、檢測……”的循環操作，逐步消除接收信號中的多址干擾。

（2）、功率復用

SIC在接收端消除多址干擾（MAI），需要在接收信號中對用戶進行判決來排出消除干擾的用戶的先后順序，而判決的依據就是用戶信號功率大小。基站在發送端會對不同的用戶分配不同的信號功率，來獲取系統最大的性能增益，同時達到區分用戶的目的，這就是功率復用技術。功率復用技術在其他幾種傳統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的算法來進行功率分配。

4 總結

NOMA技術的實現依然面臨一些難題。首先是非正交傳輸的接收機通過串行干擾刪除（SIC）實現正確解調，實現起來相當復雜，要設計出符合要求的SIC接收機還要取決于未來芯片處理能力的提升；其次，功率復用技術還不是很成熟，仍然需要合適的算法進行支撐。

雖然關于5G的技術標準還沒有制定，NOMA在5G中能否被采用依然是未知數。但是，現如今頻譜資源已經很緊張，NOMA在提高頻譜效率的上所展現出來的特質，將來也不愁沒有用武之地。

參考文獻

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[4] http：//bbs.c114.net/.通信人家