5G非正交多址技术链路级仿真研究文献综述

 2022-10-28 14:38:37
  1. 文献综述(或调研报告):

1.NOMA技术的背景及现状

在移动通信无线接入技术方面,1G使用FDMA,2G使用TDMA,3G使用CDMA,4G使用OFDMA,这些技术都是正交多址接入技术(Orthogonal Multiple Access ,OMA),用户在时域、频域或码域分配得相互正交的资源,来减小相互干扰。在接收端设计较为简单的分组域服务中,要想获得好的系统级吞吐量性能,正交复用接入是一个不错的选择,然而,考虑到近些年指数级增长的移动通信用户数量,以及一些延时敏感性、计算量大的服务(如视频流和云计算等)的要求,对于第四代以后的系统,在系统吞吐量、用户公平性、接入用户数量、延时等方面我们将面临更多的挑战[1]。

非正交多址接入技术(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)渐渐进入人们的视野,NOMA能同时给多于正交资源数的用户提供服务,在给定资源内能有效提高系统容量,在一定的条件下,也能达到更快的数据传输速率、更高的用户公平性、更短的延迟、更丰富的服务等等。相对于正交多址OMA,NOMA有很多突出的优点,这使得NOMA成为第五代移动通信技术一个十分具有竞争力的候选技术。

2.NOMA的基本概念

在NOMA方案中,多用户(目前的研究主要都是两个用户一组)在功率域复用,发射端通过重叠码,同时向同组的几个用户发送信息,接收端基于串行干扰抵消技术(Serial Interference Cancellation,SIC)来实现多用户信号分离。从信息论的角度来看,发射端用重叠码、接收端用SIC 的非正交用户复用不仅仅比正交复用性能好,从实现下行链路广播信道的容量区域的意义上说,它甚至是最优的,这是众所周知的[2]。

重叠码编码技术将调制后的各用户信号乘上功率分配因子后相加,可以让一个信源同时向几个接收端传输信息[3]。发射端发送的信号​同时包含了同组的所有用户所需的信号,分配功率较大的用户对其他用户的影响大于分配功率较小的用户对其他用户的影响。相应地,在接收端,为了对重叠码做出正确解码,需使用SIC技术。由于功率较大的用户信号对其他用户信号的影响较大,因此先解调功率较大的用户信号,再从总的接收信号中减去其重构出的分量,从剩余信号解调出功率较小的用户信号。

3.NOMA的关键技术——SIC的发展

SIC技术过去曾用于CDMA系统中,由于上行链路中各用户端在不同时间、从不同地点向基站发出信号,因此上行链路是异步的,基站不可能用正交码来消除多址干扰。故考虑多用户检测技术(Multi-User Detection,MUD)中的SIC。而在NOMA系统下行链路中,同组的几个用户使用同一频段,接收端很难用OFDM系统中的方法来解调,故又考虑SIC技术。

SIC技术是多用户检测技术的一种。多用户检测技术的主要思想是不把多用户干扰作为噪声,而是把它作为有效信息,加以充分利用来联合检测出单个用户的信息[4]。其中性能最优的是1986年Verdu提出的最大似然序列检测(Maximum Likelihood Sequence Detection,MLSD),但它的算法复杂度随用户数量的增加呈指数倍增长,在工程上难以实现。后来人们又陆续提出各种次优多用户检测算法,用次优的性能换取复杂度的降低。包括线性多用户检测(如解相关检测、最小均方误差检测)和非线性多用户检测(如串行干扰抵消和并行干扰抵消)。

由于串行干扰抵消的算法程序和硬件实现都相对简单,因此在NOMA系统中主要考虑SIC接收机。其实现的主要思想和基本原理如前一部分的描述,十分简单,易于实现。

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