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 5G：非正交多址技術(shù)（NOMA）的性能優(yōu)勢
雪靜胡天
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發(fā)表于 2014-12-06 21:58:54  只看樓主 
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雪靜胡天




移動通信技術(shù)發(fā)展到今天，頻譜資源也變得越來越緊張了。同時，為了滿足飛速增長的移動業(yè)務(wù)需求，人們已經(jīng)開始在尋找既能滿足用戶體驗需求又能提高頻譜效率的新的移動通信技術(shù)。在這種背景下，人們提出了非正交多址技術(shù)（NOMA）。
 非正交多址技術(shù)（NOMA）的基本思想是在發(fā)送端采用非正交發(fā)送，主動引入干擾信息，在接收端通過串行干擾刪除（SIC）接收機實現(xiàn)正確解調(diào)。雖然，采用SIC技術(shù)的接收機復(fù)雜度有一定的提高，但是可以很好地提高頻譜效率。用提高接收機的復(fù)雜度來換取頻譜效率，這就是NOMA技術(shù)的本質(zhì)。

 NOMA的子信道傳輸依然采用正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)，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(chǎn)生用戶間干擾問題，這也就是在接收端要采用SIC技術(shù)進行多用戶檢測的目的。在發(fā)送端，對同一子信道上的不同用戶采用功率復(fù)用技術(shù)進行發(fā)送，不同的用戶的信號功率按照相關(guān)的算法進行分配，這樣到達接收端每個用戶的信號功率都不一樣。SIC接收機再根據(jù)不同戶用信號功率大小按照一定的順序進行干擾消除，實現(xiàn)正確解調(diào)，同時也達到了區(qū)分用戶的目的，如圖1所示。

[attach]315985[/attach]


圖1：下行鏈路中的NOMA技術(shù)原理


總的來說，NOMA主要有3個技術(shù)特點。

1、接收端采用串行干擾刪除（SIC）技術(shù)。NOMA在接收端采用SIC技術(shù)來消除干擾，可以很好地提高接收機的性能。串行干擾消除技術(shù)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(fù)后，將該用戶信號產(chǎn)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，如此循環(huán)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(shù)的NOMA的接收機比較復(fù)雜，而NOMA技術(shù)的關(guān)鍵就是能否設(shè)計出復(fù)雜的SIC接收機。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(fā)送端采用功率復(fù)用技術(shù)。不同于其他的多址方案，NOMA首次采用了功率域復(fù)用技術(shù)。
功率復(fù)用技術(shù)在其他幾種傳統(tǒng)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(guān)的算法來進行功率分配。在發(fā)送端中，對不同的用戶分配不同的發(fā)射功率，從而提高系統(tǒng)的吞吐率。另一方面，NOMA在功率域疊加多個用戶，在接收端，SIC接收機可以根據(jù)不同的功率區(qū)分不同的用戶。

3、不依賴用戶反饋CSI。在現(xiàn)實的蜂窩網(wǎng)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(jù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的變化反饋出實時有效的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息。雖然在目前，有很多技術(shù)已經(jīng)不再那么依賴用戶反饋信息就可以獲得穩(wěn)定的性能增益，但是采用了SIC技術(shù)的NOMA方案可以更好地適應(yīng)這種情況，從而NOMA技術(shù)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(jié)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(shù)，但是也融合了一些3G和4G的技術(shù)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(tǒng)的CDMA（3G）和OFDM（4G）相比，NOMA的性能又有哪些優(yōu)勢呢？

 3G的多址技術(shù)采用的是直序擴頻碼分多址（CDMA）技術(shù)，采用非正交發(fā)送，所有用戶共享一個信道，在接收端采用RAKE接收機。非正交傳輸有一個很嚴(yán)重的問題，就是遠(yuǎn)近效應(yīng)，在3G中，人們采用功率控制技術(shù)在發(fā)送端對距離小區(qū)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(dāng)。

4G的多址技術(shù)采用的是基于OFDM的正交頻分多址（OFDMA）技術(shù)，不同用戶之間采用正交傳輸，所以遠(yuǎn)近效應(yīng)不是那么明顯，功率控制也不再是必需的了。在鏈路自適應(yīng)技術(shù)上，4G采用了自適應(yīng)編碼（AMC）技術(shù)，可以根據(jù)鏈路狀態(tài)信息自動調(diào)整調(diào)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(tài)信息，如圖2所示。

[attach]315984[/attach]


圖2：各種多址方式的技術(shù)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(yuǎn)近效應(yīng)問題，多址干擾（MAI）問題也沒那么嚴(yán)重；由于可以不依賴用戶反饋的CSI信息，在采用AMC和功率復(fù)用技術(shù)后，應(yīng)對各種多變的鏈路狀態(tài)更加自如，即使在高速移動的環(huán)境下，依然可以提供很好地速率表現(xiàn)；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(shù)標(biāo)準(zhǔn)目前還沒有制定，但是從國際的一些主要研究組織發(fā)布的研究狀況來看，頻譜效率將是5G重點關(guān)注的一個方向。從這一點來看，既能滿足移動業(yè)務(wù)速率需求又能提高頻譜效率的非正交多址技術(shù)（NOMA）很可能將被5G采用為新的多址技術(shù)。
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    發(fā)表于 2014-12-06 22:25:12 
    4G才學(xué)那邊一點5G就來啦網(wǎng)優(yōu)人。。。。

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    發(fā)表于 2014-12-06 23:51:01  QQ
    4G才學(xué)那邊一點5G就來啦

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    發(fā)表于 2014-12-07 14:03:10 
    4G都沒搞懂 又來5G

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    發(fā)表于 2014-12-08 11:26:23 


    QUOTE:
    原帖由 雪靜胡天 于 2014-12-6 21:58:54 發(fā)表
    雪靜胡天


    移動通信技術(shù)發(fā)展到今天，頻譜資源也變得越來越緊張了。同時，為了滿足飛速增長的移動業(yè)務(wù)需求，人們已經(jīng)開始在尋找既能滿足用戶體驗需求又能提高頻譜效率的新的移動通信技術(shù)。在這種背景下， ...

    感謝分享，看看到底是否被5G采用。

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    發(fā)表于 2014-12-08 11:38:28 
    網(wǎng)優(yōu)真悲催啊。。。悲催的5G。。。

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    發(fā)表于 2014-12-09 00:04:03  QQ
    到底是否被5G采用

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    發(fā)表于 2014-12-09 00:43:12 
    用提高接收機的復(fù)雜度來換取頻譜效率，這就是NOMA技術(shù)的本質(zhì)。
    這個只是停留在理論方面，實際接收終端的處理能力和電池也是一個很大的考驗，目前電池沒有解決容量問題，將來是否能夠支撐SIC，還是一個很大的問題。

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    發(fā)表于 2014-12-09 15:43:11 
    沒天理啊沒人性啊

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    發(fā)表于 2014-12-09 16:54:23  QQ
    算啦，終極版的通信就是心靈感應(yīng)，人一出生就在身安裝一個設(shè)備，讓人可以進行心靈傳送，一切都可以省掉了。

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    發(fā)表于 2014-12-09 17:42:04 
    4G都沒搞明白、又來5G技術(shù)更新也太快了

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    過了這個店  沒有這個G
     
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    發(fā)表于 2014-12-09 19:18:01 
    網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展很快啊。

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    發(fā)表于 2014-12-10 09:49:45 
    太快了這節(jié)奏！

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    發(fā)表于 2014-12-11 07:56:23 
    新的技術(shù)不斷涌現(xiàn)呀！

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    發(fā)表于 2014-12-11 09:38:34  QQ
    1G-分頻復(fù)用 2G-分時分頻 3G 分頻分碼 4G分時分頻分碼5G 分時分頻分碼分功率。就是提高維度增加頻譜利用率呀！
    看星際穿越有感！

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