非正交多址技術(shù)NOMA的原理 NOMA與OFDM比較

非正交多址技術(shù)NOMA是一種功分多址的方案，與正交多址技術(shù)通過頻域或碼域上的調(diào)度實(shí)現(xiàn)分集增益不同，非正交多址技術(shù)NOMA則通過將不同信道增益情況下多個(gè)用戶在功率域上的疊加獲得復(fù)用增益。非正交多址技術(shù)NOMA的基本原理如下圖所示。在發(fā)送端，不同發(fā)送功率的信號(hào)在頻率完全復(fù)用，僅通過功率來區(qū)分;在接收端，基于不同的信道增益，通過串行干擾抵消算法依次解出所有用戶的信號(hào)。

NOMA系統(tǒng)原理
在NOMA系統(tǒng)中，發(fā)送信號(hào)可以疊加為
在用戶端，通過串行干擾抵消算法依次解岀所有用戶的發(fā)送信號(hào)。最優(yōu)的解碼順序應(yīng)該為用戶接收信號(hào)的信干噪比的降序。在沒有差錯(cuò)傳播的理想情況下，每個(gè)用戶都可以準(zhǔn)確地解出已經(jīng)發(fā)送的信號(hào)，則此時(shí)兩個(gè)用戶的速率分別為

可以看出，每個(gè)用戶的功率分配會(huì)對(duì)其他用戶的吞吐量產(chǎn)生很大影響，系統(tǒng)整體的平均吞吐量和用戶之間的公平性也很大程度上依賴于用戶的功率分配方案。
以接收信噪比相差較大的兩個(gè)用戶為例，用戶1的接收信噪比為20dB，而用戶2經(jīng)歷了較差的信道情況，信道衰落明顯，接收信噪比僅為0dB，比較采用等帶寬分布的OFDM系統(tǒng)和進(jìn)行非等功率分配的NOMA系統(tǒng)來看，NOMA與OFDM比較如下圖所示，對(duì)于前者，兩個(gè)用戶的頻譜效率分別為R1=3.33bit/s/Hz，R2=0.5bit/s/Hz;對(duì)于后者，假設(shè)對(duì)兩個(gè)用戶的功率分配比為1:4，即P1=P/5，P2=4P/5，兩個(gè)用戶的頻譜效率分別為R1=4.39bit/s/Hz，R2=0.74bit/s/Hz，兩個(gè)用戶相較于系統(tǒng)的頻譜效率分別獲得了32%和48%的顯著提升。

NOMA與OFDM比較
此外，與傳統(tǒng)正交多址技術(shù)（如OFDM）相比，NOMA的用戶復(fù)用將不再強(qiáng)依賴于衰落信道下瞬時(shí)頻選發(fā)射機(jī)的相關(guān)信息，如信道質(zhì)量指標(biāo)（ Channel Quality Indicator，CQI）或CSI，而這些信息都需要用戶端對(duì)基站進(jìn)行反饋。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，NOMA相較于OFDM，可以對(duì)用戶端進(jìn)行的信道相關(guān)信息反饋的延遲或誤差具有更低的敏感度，系統(tǒng)也因此具有更穩(wěn)健的性能。
在NOMA中，一個(gè)用戶的功率分配不僅對(duì)自身有影響，同時(shí)也影響著其他用戶的吞吐量，因此需要尋求全局最優(yōu)解。最優(yōu)的NOMA功率分配方案顯然可以通過窮搜法對(duì)用戶進(jìn)行動(dòng)態(tài)的分組和動(dòng)態(tài)的傳輸功率分配，但是窮搜法算法的復(fù)雜度過高，不具有實(shí)際應(yīng)用性。同時(shí)，動(dòng)態(tài)的功率分配方案會(huì)顯著增加串行干擾抵消過程解碼及功率分配因子的相關(guān)信令開銷。為了減小NOMA中與功率分配相關(guān)的信令開銷，更加詳細(xì)且簡(jiǎn)便地對(duì)用戶進(jìn)行配對(duì)分組及功率分配方案仍然是NOMA進(jìn)步硏究的重點(diǎn)。目前，在對(duì)NOMA的硏究中，具有較大信道增益和較小信道增益的用戶被配對(duì)分為一組的概率較高，因此可以在實(shí)際應(yīng)用中采用預(yù)分組的方法通過對(duì)信道的預(yù)知信息來對(duì)用戶進(jìn)行劃分，并提前分配一個(gè)固定的功率分配參數(shù)。