非正交多址技術(NOMA)的基本思想是在發送端采用非正交發送,主動引入干擾資訊,在接收端通過串行干擾洗掉(SIC)接識訓實作正確解調,雖然,采用SIC技術的接識訓復雜度有一定的提高,但是可以很好地提高頻譜效率,用提高接識訓的復雜度來換取頻譜效率,這就是NOMA技術的本質,
NOMA的子信道傳輸依然采用正交頻分復用(OFDM)技術,子信道之間是正交的,互不干擾,但是一個子信道上不再只分配給一個用戶,而是多個用戶共享,同一子信道上不同用戶之間是非正交傳輸,這樣就會產生用戶間干擾問題,這也就是在接收端要采用SIC技術進行多用戶檢測的目的,在發送端,對同一子信道上的不同用戶采用功率復用技術進行發送,不同的用戶的信號功率按照相關的演算法進行分配,這樣到達接收端每個用戶的信號功率都不一樣,SIC接識訓再根據不同戶用信號功率大小按照一定的順序進行干擾消除,實作正確解調,同時也達到了區分用戶的目的,如圖1所示,
圖1:下行鏈路中的NOMA技術原理
總的來說,NOMA主要有3個技術特點:
1、接收端采用串行干擾洗掉(SIC)技術,
NOMA在接收端采用SIC技術來消除干擾,可以很好地提高接識訓的性能,串行干擾消除技術的基本思想是采用逐級消除干擾策略,在接收信號中對用戶逐個進行判決,進行幅度恢復后,將該用戶信號產生的多址干擾從接收信號中減去,并對剩下的用戶再次進行判決,如此回圈操作,直至消除所有的多址干擾,與正交傳輸相比,采用SIC技術的NOMA的接識訓比較復雜,而NOMA技術的關鍵就是能否設計出復雜的SIC接識訓,隨著未來幾年芯片處理能力的提升,相信這一問題將會得到解決,
2、發送端采用功率復用技術,
不同于其他的多址方案,NOMA首次采用了功率域復用技術,
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演算法來進行功率分配,在發送端中,對不同的用戶分配不同的發射功率,從而提高系統的吞吐率,另一方面,NOMA在功率域疊加多個用戶,在接收端,SIC接識訓可以根據不同的功率區分不同的用戶,
3、不依賴用戶反饋CSI,
在現實的蜂窩網中,因為流動性、反饋處理延遲等一些原因,通常用戶并不能根據網路環境的變化反饋出實時有效的網路狀態資訊,雖然在目前,有很多技術已經不再那么依賴用戶反饋資訊就可以獲得穩定的性能增益,但是采用了SIC技術的NOMA方案可以更好地適應這種情況,從而NOMA技術可以在高速移動場景下獲得更好的性能,并能組建更好的移動節點回程鏈路,
從上面的描述中我們也可以看出,NOMA雖然是一種新的技術,但是也融合了一些3G和4G的技術和思想,例如,OFDM是在4G中用到的,而SIC最初是在3G中用到的,
那么與傳統的CDMA(3G)和OFDM(4G)相比,NOMA的性能又有哪些優勢呢?
3G的多址技術采用的是直序擴頻碼分多址(CDMA)技術,采用非正交發送,所有用戶共享一個信道,在接收端采用RAKE接識訓,非正交傳輸有一個很嚴重的問題,就是遠近效應,在3G中,人們采用功率控制技術在發送端對距離小區中心比較近的用戶進行功率限制,保證在到達接收端每個用戶的功率相當,
4G的多址技術采用的是基于OFDM的正交頻分多址(OFDMA)技術,不同用戶之間采用正交傳輸,所以遠近效應不是那么明顯,功率控制也不再是必需的了,在鏈路自適應技術上,4G采用了自適應編碼(AMC)技術,可以根據鏈路狀態資訊自動調整調制編碼方式,從而給用戶提供最佳的傳輸速度,但是在一定程度上要依賴用戶反饋的鏈路狀態資訊,如圖2所示,
圖2:各種多址方式的技術方案
跟CDMA和OFDMA相比,NOMA子信道之間采用正交傳輸,不會存在跟3G一樣明顯的遠近效應問題,多址干擾(MAI)問題也沒那么嚴重;由于可以不依賴用戶反饋的CSI資訊,在采用AMC和功率復用技術后,應對各種多變的鏈路狀態更加自如,即使在高速移動的環境下,依然可以提供很好地速率表現;同一子信道上可以由多個用戶共享,跟4G相比,在保證傳輸速度的同時,可以提高頻譜效率,這也是最重要的一點,
雖然5G的具體技術標準目前還沒有制定,但是從國際的一些主要研究組織發布的研究狀況來看,頻譜效率將是5G重點關注的一個方向,從這一點來看,既能滿足移動業務速率需求又能提高頻譜效率的非正交多址技術(NOMA)很可能將被5G采用為新的多址技術,
國內設備廠商華為、中興和大唐都提出了自己的多址技術,分別叫SCMA、MUSA和PDMA,雖然技術細節有所不同,基本上都屬于NOMA,三家都聲稱頻譜效率比LTE提升了3倍,是否真能達到,還有待驗證,高通則認為5G的多址將繼續采用OFDM技術
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