5G非正交多址技術專利布局分析

李孟 薛敬偉 廖佳佳 中國電子科技集團公司信息科學研究院 北京 100086

多址技術是現代通信系統中的一種基礎技術，其目標是將通信資源進行合理劃分以分配給用戶使用。為了進一步增加系統容量，第五代（5G）移動通信系統引入了非正交多址技術。這類技術在時頻資源內主動引入多用戶間干擾，實現碼域、空域或功率域的非正交復用，然后在接收端通過干擾消除技術，實現正確解調。本文首先對多種非正交多址方案進行梳理，然后圍繞它們的專利布局進行分析，旨在充分展現該領域的宏觀態勢。

1 各種新型多址技術

通過在不同資源域中實施多種復用算法，非正交多址技術又進一步衍生出繁多的分支技術。3GPP RAN1工作組的#84bis會議上，多篇提案對目前的非正交多址方案進行了總結歸納，下面針對部分主流方案進行概述。

1.1 非正交多址接入NOMA

非正交多址接入（non-orthogonal multiple access，NOMA）技術的基本思想是：在發送端，采用功率復用技術，使同一子信道上的不同用戶信號功率按照相關算法分配，使得到達接收端的每個用戶的信號功率不同。在接收端，NOMA采用SIC技術，根據不同用戶信號功率大小按照一定順序進行干擾消除，達到區分不同用戶的目的。

1.2 稀疏碼分多址接入SCMA

稀疏碼分多址接入（Sparse Code Multiple Access，SCMA）技術是一種基于碼域的非正交多址技術，其基本思想是：在發送端，通過將低密度碼（Low Density Signature，LDS）和OFDM技術相結合，通過聯合優化LDS中的QAM調制器和線性稀疏擴頻，直接將二進制比特數據映射成多維復碼字 在接收端，利用消息傳遞算法進行多用戶檢測，即使在系統嚴重過載的情況下也能獲得較好的性能，能夠顯著提高系統容量。相較于NOMA等非正交多址接入技術，SCMA的碼本具有一定的靈活性，應用場景廣泛。

1.3 圖樣分割多址接入PDMA

圖樣分割多址接入（Pattern Division Multiple Access，PDMA）技術是基于多個信號域非正交圖樣特征來區分多個用戶，本質上也是基于稀疏擴頻的非正交多址方案。在發送端，多個用戶的信息在功率域、空域和碼域等特征域單獨或者聯合編碼在接收端，采用低復雜度的SIC算法實現多用戶聯合解調。由于PDMA可以同時利用信號的功率域、空域和碼域等特征來區分不同用戶，因此PDMA的頻譜利用率較高。

1.4多用戶共享接入MUSA

多用戶共享接入（Multi-user Shared Access，MUSA）技術是一種碼域非正交多址技術。其原理是發送端對每個用戶調制后的數據符號通過一個專門設計的序列進行擴頻處理，然后擴頻后的序列疊加在相同的時頻資源傳輸，在接收端采用SIC解調各個用戶的數據。

1.5資源擴展多址接入RSMA

資源擴展多址接入（Resource spread multiple access，RSMA）技術是一種非同步、非正交、基于競爭的多址接入協議。該技術通過結合低碼率的信道編碼、低相關性的擾碼和不同的交織器來區分不同用戶的信號。根據不同應用場景，又可以分為單載波RSMA和多載波RSMA。其中單載波RSMA具有較低峰均比，且支持異步傳輸場景 多載波RSMA則能夠實現低延遲接入。

2 非正交多址技術全球專利布局特點

由于2012年國際電信聯盟ITU提出了IMT-2020（5G）概念，拉開了研究適應于5G通信的新型多址技術的序幕。全球范圍內對非正交多址技術的研發從2012年開始加速，在2012年之前只有零星的相關申請，2012年之后，該技術在專利申請量上體現為一段陡峭上升的走勢，并在2016年達到申請量的峰值。2016年5G標準化進程開啟，3GPP R15（5G Phase 1）的制定工作提上日程，為了寫入通信標準，各項技術逐步進入仿真驗證階段，新的技術研發放緩，專利申請量開始下降。

在非正交多址領域，全球專利申請量排名前五位的申請人依次是：華為、LG電子、NTT、高通公司和大唐移動通信。他們均通過參加3GPP RAN1會議提出了各自不同的非正交多址技術方案。

從申請時間上來看，華為公司從2013年開始進行該領域的專利布局，并在其后的4-5年時間內持續推進相關研究。NTT公司最早在2012年提出相關專利申請，但該公司專利布局總量較少，且在2017年以后停止了該領域的專利申請。高通公司和LG電子則分別在2015-2017年和2016-2017年間開展了集中大量的專利布局。

華為公司在該技術領域布局最多的地區是美國，其次在中國、韓國、歐洲、日本和印度等地均有布局。高通公司在該領域的全球專利布局與華為公司較為類似。NTT公司的專利布局主要集中在美國、歐洲和日本。LG電子的專利布局主要集中在美國、中國、韓國和歐洲。與LG電子相比，大唐移動通信增加了對印度的專利布局。

3 總結

綜上分析，非正交多址技術作為5G空口領域的新興技術，提高了5G系統的頻譜利用率和系統容量。目前該領域存在的多個技術分支，其專利布局主要來自各國通信業巨頭。通過本文的詳盡分析，有利于研發人員和相關企業掌握該技術領域的宏觀發展脈絡和專利布局現狀。