什么是NOMA？與OFDMA有何不同

什么是NOMA？與OFDMA有何不同？\o"5G"#5G\o"NOMA"#NOMA\o"OFDMA"#OFDMA一、NOMA(非正交多址接入)無線通信在1G、2G和3G時代分別引入了頻分多址(FDMA)、時分多址和碼分多址。在LTE和LTE-Advanced中采用了正交頻分多址(OFDMA)和單載波(SC)-FDMA作為正交多址(OMA)方法。這種正交設(shè)計的好處是用戶之間沒有相互干擾，因此即使使用簡化的接收器也可以實現(xiàn)良好的系統(tǒng)級性能。然而這些技術(shù)都無法滿足未來無線接入系統(tǒng)(5G)的高要求。NOMA(Non-orthogonalmultipleaccess)也稱為非正交多址接入，被認(rèn)為一種很有前途的多址技術(shù)，其可以顯著提高5G移動通信網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率。二、NOMA基本原理如圖1所示，在一個BS(基站)和兩個(或多個)用戶設(shè)備(UE)的場景中經(jīng)常會出現(xiàn)來自BS發(fā)射信號和UE收發(fā)器的信號在下行和上行方向信號疊加的問題。圖1.無線場景中NOMA功率分離示意圖所以在用戶(UE)側(cè)需要進(jìn)行多用戶信號分離，以便每個UE可以檢索其信號并解碼自己的數(shù)據(jù)。這可通過非線性接收器的最大似然檢測(maximumlikelihooddetection)或SIC((SuccessiveInterferenceCancellation-連續(xù)干擾消除)技術(shù)解決。而SIC解碼的最佳順序是按噪聲和ICI功率歸一化的信道增益遞減順序。基于這個順序我們實際上可以假設(shè)任何用戶都可以正確獲得解碼順序在其之前的其他用戶信號。在兩個UE的情況下，假設(shè)UE-2不執(zhí)行干擾消除，因為它在解碼順序中排在第一位。UE-1首先對UE-2信號進(jìn)行解碼，并從總接收信號中減去其分量，從而得到自己的信號分量并對其進(jìn)行解碼，不受UE-2信號的干擾。NOMA使用電源域?qū)⑿盘栂嗷シ蛛x。NOMA提供了一個新的維度，可以在其中分離信號并允許接入基站。這種技術(shù)以前在2G、3G或4G內(nèi)都沒有使用過。三、NOMA與OFDMA在OFDMA中不同的UE信號在不同的頻率資源上發(fā)射，但在NOMA的情況下不同的UE信號以相同的頻率，但在不同的功率電平上發(fā)射；具體取決于UE在小區(qū)中的位置。當(dāng)UE之間的信道增益和路徑損耗的差異較大時，NOMA與OFDMA相比的性能增益會增加。根據(jù)這個簡單的兩個UE情況，NOMA提供了比OFDMA更高的總和速率。事實上小區(qū)中心UE在速率方面有所提高，因為該UE是帶寬受限的，因此可以從使用雙帶寬中獲益更多，即使這是以低得多的發(fā)射功率為代價的。同時小區(qū)邊緣的UE由于功率受限，在速率方面也有所提升；在NOMA下它的發(fā)射功率只是略微降低，但它的發(fā)射帶寬可以翻倍。

圖2.NOAM與OFDMA對比圖四、NOMA在5G場景應(yīng)用作為一種有前途的5G技術(shù)，NOMA已被證明與5G通信的其他關(guān)鍵使能技術(shù)兼容。例如異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將在5G網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮重要作用，宏基站和小基站協(xié)作實現(xiàn)頻譜共享。NOMA有利于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，因為通過利用NOMA原理，可以在一個小小區(qū)中為更多用戶提供服務(wù)。同時，NOMA在M2M(機(jī)器對機(jī)器)通信、UDN(超密集網(wǎng)絡(luò))和mMTC(海量機(jī)器類型通信)中的應(yīng)用正在研究中，NOMA的使用可以有效支持5G的大規(guī)模連接和物聯(lián)網(wǎng)功能。五、NOMA面臨的挑戰(zhàn)憑借其鮮明的特點NOMA一直是5G網(wǎng)絡(luò)的最強(qiáng)候選者。然而成功實施NOMA仍然存在以下挑戰(zhàn)：首先，它需要高計算能力來運行SIC算法，特別是對于大量用戶以高數(shù)據(jù)速率運行。其次，功率分配優(yōu)化仍然是一個具有挑戰(zhàn)性的問題，尤其是當(dāng)UE在網(wǎng)絡(luò)中快速移動時。最后，SIC接收器對在衰落信道中很容易發(fā)生的