⾮正交多址接⼊（NOMA）背景、优势、技术⽅案、未来研究 ⽅向
技术引⼊背景：在传统的蜂窝通信系统中，主要⽤的是正交多址接⼊技术OMA，使⽤OMA可以在低复杂度的情况下轻松分离出不同⽤户信号所携带的信息。但是,OMA的⼀个缺陷是⽀持的⽤户数量受到可⽤正交资源数量的限制。 此外，尽管使⽤了正交的时频码资源，信号经历信道时，由于时延、频偏和多普勒频移，其正交性总是不可避免地被破坏。 因此，如果仍然局限于OMA技术,⽆法在有限的资源内接⼊更多的⽤户，就⽆法达到5G的频谱效率和⼤规模连接要求。 sceNOMA的作⽤：该技术可以实现有限频谱资源的复⽤，在接收端通过先进的接收机技术来分离每个⽤户的数据。与OMA技术相⽐，使⽤NOMA技术可以显著提⾼传输速率和系统容量，在遍历总和率⽅⾯,NOMA 具有良好的性能，分析中断概率和分级顺序等等
NOMA的优势：相⽐于 OMA 技术,NOMA 技术可以提供更⾼的传输速率。具体来说,NOMA的优势体现在以下⼏个⽅⾯:
(1) 信道容量
通过加标签的⽅法,NOMA 技术可以区分不同的⽤户，使得不同的⽤户可以在时间域和频率域上复⽤资源。
山水比德 相对于OMA技术,NOMA 技术可以更接近多⽤户系统的容量界。 此外，在⽤户之间的公平性、调度的灵活性以及传输速率总和上,NOMA技术都具有更明显的优势。
(2) 提升频谱效率和⼩区边缘吞吐量
在 NOMA 中,⽤户分享⾮正交的时频资源。在 AWGN 信道中，虽然 OMA 和 NOMA 都可以达到容量界，但是 NOMA 可以保证更⼤的⽤户公平性。
(3) ⼤连接
在 NOMA 中,⽀持的⽤户数量不受正交时频资源的严格限制。 因此，在资源不⾜的情况下,NOMA 能够显著增加同时连接的⽤户数量，所以可以⽀持⼤规模连接。
(4) 更低的延迟和更少的信令开销
在传统的依赖于访问授权请求的 OMA 中,⽤户发起连接必须先向发送调度请求，在收到请求之后，通过下⾏链路发送信号来调度响应⽤户的接⼊请求。 因此这将极⼤增加传输延迟和信令开销，在 5G 的⼤规模连接情况下这是不可接受的。 LET的访问授权过程⼤约需要15.5ms，这⽆法满⾜ 5G 中⽤户延时保持在1ms以下的要求。 ⽽在⼀些NOMA的上⾏链路中, 不需要动态调度。 例如，在 SCMA 的上⾏链路中，可以为与时域和频域中定义的预配置资源(例如码本) 相关联的⽤户实现⽆授权
的多址访问。 此外，在接收机处, 使⽤盲检测和压缩感知(Compressive Sensing,CS)可以⽤于数据检测，实现了⽆授权的上⾏链路传输，显著减少了传输的延迟和信令开销。
(5) 不需要准确的信道状态信息
在功率域NOMA中，对信道状态信息的准确性要求降低，因为信道状态信息仅仅⽤于功率分配。 只要信道不快速改变，不准确的信道状态信息将不会严重影响系统性能。
⾮正交多址技术⽅案：
签名⽅案的设计是区分不同⽤户的重要⼿段。通过在链路上进⾏替换或增加模块，是现有 NOMA 技术签名设计的⽅法。各通信公司都提出了基于不同签名设计⽅案的 NOMA ⽅案, 常⽤的签名⽅案包括⽐特级加扰器、⽐特级交织器、符号级加扰序列、符号级扩频序列、调制⽅式、映射⽅式以及功率分配等。
未来的研究⽅向：
(1) 扩频序列或码本设计运动知觉
在低密度扩展(Low-Density Spreading,LDS)多址系统中，由于资源分配的⾮正交性,⽤户之间存在相互⼲扰。 在每个正交资源处叠加符号的最⼤数⽬是不确定的,⽤户的特定扩频序列或码字对接收机 的⼲扰抵消能⼒有直接影响。 因此，应该优化消息传递算法，以便在接收机复杂度和⽀持的⽤户负载 之间达成折衷。
少年天地(2) 与 MIMO 相结合
将 NOMA 与 MIMO 结合可以利⽤ MIMO 系统 的空间分集增益或复⽤增益来进⼀步提⾼频谱效 率。 但是，这也存在技术难题，以功率域NOMA 为例，其关键思想是根据不同⽤户的信道增益分配不 同的发送功率。 对于单天线系统来说，因为信道增益是标量，所以可以⽐较不同⽤户的信道增益。 但 是，在 MIMO的场景中，信道增益由矩阵表⽰，因此, 很难确定哪个⽤户的信道状态更好，这种情况导致 了NOMA实现的困难。
(3) 接收机设计
对于 5G 中的 mMTC 场景，基于最⼤后验概率 (Maximum A posteriori Probability,MAP)的接收器的 复
杂性可能会变得过⾼。 因
此,MPA 的⼀些近似解决⽅案可⽤于降低接收机的复杂性。 例如⼲扰的⾼斯近似，它将⼲扰加噪声建模为⾼斯分布。 当连接数量变多时，这种近似变得更加精确。 对于基于串⾏⼲扰抵消( Successive Interference Cancellation, SIC)的接收机，传播错误会造成系统性能的下降, 因此，良好的接收机设计是有必要的。
(4) 与认知⽆线电相结合
通过认知⽆线电⽹络的概念，可以体现出 NOMA 技术的优势，将 NOMA 系统中信道条件较差的⽤户 视为认知⽆线电⽹络中的主要⽤户。 如果使⽤传统的OMA，则分配给该主要⽤户的带宽资源仅由该⽤户独占，即使该⽤户与的连接较差，也没有其他⽤户可以使⽤这些带宽资源。使⽤ NOMA 的好处在于认知⽆线电⽹络中，可以允许其他⽤户使⽤主要⽤户占⽤的频带资源。 尽管这些⽤户可能会对主要⽤户造成⼲扰，但可以显著提⾼总体系统吞吐量。
(5) 信道估计
在⼤多数研究 NOMA 的论⽂中，都假定使⽤完美的信道状态信息(Channel State Information,CSI) 进⾏资源分配或多⽤户检测。 然⽽，在真实系统中获得完美的CSI是不切实际的，因此在NOMA中存 在
信道估计误差。 随着未来 5G 系统中⽤户数量的增加，将导致更⼤的⽤户间⼲扰，进⽽可能导致严重的信道估计误差。 因此，需要更⾼级的信道估计算法以在 NOMA 系统中实现准确的信道估计。
(6) 全双⼯ NOMA
十六大报告全双⼯NOMA在上下⾏同时使⽤NOMA传输，有效地确保了上⾏和下⾏链路⽤户之间的频谱共享，并避免了信道条件差的下⾏链路(或上⾏链路)⽤户占⽤稀缺带宽的情况，相⽐于半双⼯ NOMA ( Half - Duplex NOMA,HD-NOMA)，能够增加系统的容量。 然⽽, FD-NOMA 可能会在上⾏链路和下⾏链路传输中引起强烈的同频道⼲扰。 例如，对于上⾏链路传输，由 FD-NOMA 引起的残留⾃⼲扰会降低的接收可靠性,⽽对于下⾏链路传输，来⾃上⾏⽤户的信号会对下⾏⽤户造成强烈⼲扰。 因此，如何有效地抑制同频⼲扰是使⽤FD-NOMA的⼀个难点。
阴离子表面活性剂⽂章引⽤⾃：杨⼀夫，武刚，李欣然，等. ⾯向后 5G 的⾮正交多址技术综述[J]. ⽆线电通信技术,2020,46(1):26-34.
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