浅析非正交多址接入技术

王波　梅晓莉

摘 要：网络正以超乎我们想象的速度向前发展着，当人们刚刚享受4G网络带给我们便利的时候，5G正在实验室里孕育，相信不久的将来，5G会为我们带来更大的冲击。虽然现在5G的很多关键技术还没有定论，但普遍认为非正交多址接入（NOMA）将是未来5G理想的多址接入复用技术。

关键词：5G；非正交多址接入（NOMA）

1 非正交多址接入（NOMA）技术产生背景

IMT-2020（5G） 推进组《5G愿景与需求白皮书》中提出，5G定位于频谱效率更高、速率更快、容量更大的无线网络，其中频谱效率相比4G需要提升5～15倍。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。

2 非正交多址接入（NOMA）基本思想

我们知道3G采用直接序列码分多址（Direct Sequence CDMA ，DS-CDMA）技术，手机接收端使用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）来解决手机和小区之间的远-近问题。

而4G网络则采用正交频分多址（OFDM）技术，OFDM不但可以克服多径干扰问题，而且和MIMO技术配合，极大的提高了数据速率。由于多用户正交，手机和小区之间就不存在远-近问题，快速功率控制就被舍弃，而采用AMC（自适应编码）的方法来实现链路自适应。

NOMA希望实现的是，重拾3G时代的非正交多用户复用原理，并将之融合于现在的4G OFDM技术之中。

从2G，3G到4G，多用户复用技术无非就是在时域、频域、码域上做文章，而NOMA在OFDM的基础上增加了一个维度——功率域。

新增这个功率域的目的是，利用每个用户不同的路径损耗来实现多用户复用。

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。接收端利用SIC的原理如图1所示。

3 非正交多址接入（NOMA）的关键技术

（1）、串行干扰删除（SIC）

在发送端，类似于CDMA系统，引入干扰信息可以获得更高的频谱效率，但是同样也会遇到多址干扰（MAI）的问题。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。

（2）、功率复用

SIC在接收端消除多址干扰（MAI），需要在接收信号中对用户进行判决来排出消除干扰的用户的先后顺序，而判决的依据就是用户信号功率大小。基站在发送端会对不同的用户分配不同的信号功率，来获取系统最大的性能增益，同时达到区分用户的目的，这就是功率复用技术。功率复用技术在其他几种传统的多址方案没有被充分利用，其不同于简单的功率控制，而是由基站遵循相关的算法来进行功率分配。

4 总结

NOMA技术的实现依然面临一些难题。首先是非正交传输的接收机通过串行干扰删除（SIC）实现正确解调，实现起来相当复杂，要设计出符合要求的SIC接收机还要取决于未来芯片处理能力的提升；其次，功率复用技术还不是很成熟，仍然需要合适的算法进行支撑。

虽然关于5G的技术标准还没有制定，NOMA在5G中能否被采用依然是未知数。但是，现如今频谱资源已经很紧张，NOMA在提高频谱效率的上所展现出来的特质，将来也不愁没有用武之地。

参考文献

[1] 彭景乐.5G移动通信发展趋势与相关关键技术的探讨.中国新通信.2014年第20期

[2] 夏威 刘冰华. 5G概述及关键技术简介.电脑与电信.2014年第8期

[3] 大唐电信. 5G白皮书.

[4] http：//bbs.c114.net/.通信人家