面向5G的非正交多址接入技術(shù)

畢 奇，梁 林，楊 姍，陳 鵬

（中國(guó)電信股份有限公司技術(shù)創(chuàng)新中心 北京 100031）

1 引言

在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，多址接入技術(shù)是滿足多個(gè)用戶同時(shí)進(jìn)行通信的必要手段。在過(guò)去20多年間，每一代移動(dòng)通信系統(tǒng)的出現(xiàn)，都伴隨著多址接入技術(shù)的革新。多址接入技術(shù)的設(shè)計(jì)既要考慮業(yè)務(wù)特點(diǎn)、系統(tǒng)帶寬、調(diào)制編碼和干擾管理等層面的影響，也要考慮設(shè)備基帶能力、射頻性能和成本等工程問(wèn)題的制約。

目前，全球4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方興未艾，面向2020年的5G研究已在全世界范圍內(nèi)開(kāi)啟。與4G相比，5G網(wǎng)絡(luò)需提供更高的頻譜頻率、更多的用戶連接數(shù)。縱觀歷史，1G到4G系統(tǒng)大都采用了正交的多址接入技術(shù)，如圖1所示。面向5G，非正交多址接入（non-orthogonal multiple access,NMA）技術(shù)日益受到產(chǎn)業(yè)界的重視。一方面，從單用戶信息論的角度，LTE系統(tǒng)的單鏈路性能已經(jīng)非常接近點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道容量，因而單鏈路頻譜效率的提升空間已十分有限；另一方面，從多用戶信息論的角度，非正交多址接入技術(shù)不僅能進(jìn)一步增強(qiáng)頻譜效率，也是逼近多用戶信道容量界的有效手段；此外，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度，非正交多址接入技術(shù)還可以增加有限資源下的用戶連接數(shù)。下文將對(duì)非正交多址接入的技術(shù)原理、方案設(shè)計(jì)、信號(hào)處理流程、性能增益等進(jìn)行進(jìn)一步的分析。

圖1 移動(dòng)通信系統(tǒng)中的多址接入技術(shù)革新

2 非正交多址接入系統(tǒng)模型和理論極限

由于通信系統(tǒng)的非對(duì)稱性，上下行系統(tǒng)模型存在顯著差別。上行通信系統(tǒng)是多點(diǎn)發(fā)送、單點(diǎn)接收，單用戶功率受限，同時(shí)發(fā)送的用戶數(shù)越多則總發(fā)送功率越高，發(fā)送端難以聯(lián)合處理而接收端可以聯(lián)合處理，相應(yīng)的模型稱作多接入信道（multiple access channel，MAC）；下行通信是單點(diǎn)發(fā)送、多點(diǎn)接收，總發(fā)送功率受限，同時(shí)接收的用戶數(shù)越多則分給單用戶的功率越少，發(fā)送端可以聯(lián)合處理而接收端難以聯(lián)合處理，相應(yīng)的模型稱作廣播信道（broadcast channel，BC）。由于系統(tǒng)模型和特點(diǎn)不同，上下行信道容量和最優(yōu)傳輸策略也不相同。本節(jié)將對(duì)上下行信道容量分別進(jìn)行分析[1]。

2.1 上行多接入信道

以2個(gè)用戶為例，基于式（1）可得到高斯多接入信道的容量，如圖2中的折線所示。除明確上行多接入信道的容量界之外，滿足容量的發(fā)送和接收策略也十分重要。在發(fā)送端，2個(gè)用戶在相同的資源上發(fā)送各自隨機(jī)編碼后的調(diào)制信息，并在空口進(jìn)行直接疊加。在接收端，為了達(dá)到圖2中A、B兩拐點(diǎn)的容量，可以采用串行干擾刪除（successive interference cancellation，SIC）接收機(jī)，即：先將用戶1（或用戶2）的符號(hào)當(dāng)作干擾，譯碼用戶2（或用戶1）的符號(hào)；然后刪除用戶2（或用戶1）的符號(hào)，再譯碼用戶1（或用戶2）的符號(hào)。然而基于SIC的策略不能直接達(dá)到線段AB（不包含A點(diǎn)和B點(diǎn)）上的容量。若要達(dá)到線段AB上的容量，可通過(guò)在A點(diǎn)和B點(diǎn)間進(jìn)行正交復(fù)用或者在接收端采用多用戶聯(lián)合最大似然譯碼的方式實(shí)現(xiàn)。

圖2 2個(gè)用戶的多接入信道容量界

圖2 中的U點(diǎn)和V點(diǎn)分別代表用戶1和用戶2獨(dú)占所有資源時(shí)的信道容量。對(duì)于時(shí)分多址正交系統(tǒng)，假設(shè)2個(gè)用戶在時(shí)間T內(nèi)分別占用T1、T2的時(shí)間傳輸，且在各自傳輸?shù)臅r(shí)間里滿足E(t,)≤Pi的功率約束，則信道容量為：

對(duì)于頻分多址正交系統(tǒng)，假設(shè)2個(gè)用戶占用的帶寬分別為W1、W2，且2個(gè)用戶在各自頻帶內(nèi)的信號(hào)功率譜密度與單用戶獨(dú)占帶寬W時(shí)相同，則信道容量為：

在此約束下，時(shí)分多址和頻分多址正交的容量均如圖2中的虛線所示。

進(jìn)一步考慮借功率場(chǎng)景下的正交多址系統(tǒng)，即在時(shí)分多址時(shí)將功率約束放寬為則用戶i在傳輸時(shí)間Ti內(nèi)，功率可提升至坌t∈Ti；類似地，在頻分多址中，允許用戶i在帶寬Wi內(nèi)發(fā)射全部的功率。這時(shí)時(shí)分多址和頻分多址的信道容量分別為：

可以看到，借功率場(chǎng)景下，時(shí)分正交多址和頻分正交多址的容量均如圖2中的弧線所示[1]?？山韫β实恼欢嘀废到y(tǒng)可以在C點(diǎn)達(dá)到多接入信道的和容量。然而，當(dāng)2個(gè)用戶的功率不對(duì)等（即存在遠(yuǎn)近效應(yīng)）時(shí)，如圖3所示，雖然可借功率正交接入的C點(diǎn)和容量與多接入信道的A點(diǎn)和容量相等，但是C點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的R1<

圖3 功率不對(duì)等時(shí)的2個(gè)用戶多接入信道容量界

LTE采用正交多址接入技術(shù)，而且還要考慮實(shí)際系統(tǒng)和小區(qū)間干擾等因素，上行信道不采用借功率方案[2]，因而僅能達(dá)到圖2中虛線所表示的信道容量。若在5G系統(tǒng)中引入非正交多址接入技術(shù)，理論上頻譜效率將有顯著的提升空間。另一方面，雖然從上行多接入信道的角度，最優(yōu)的發(fā)送策略是所有用戶同時(shí)滿功率發(fā)送，然而，實(shí)際的蜂窩通信系統(tǒng)是個(gè)復(fù)雜的干擾信道，且干擾不能完全消除，更多用戶的同時(shí)發(fā)送將給相鄰小區(qū)帶來(lái)無(wú)法完全消除的干擾。因此，對(duì)于較多用戶同時(shí)發(fā)送時(shí)的實(shí)際性能，還需考慮系統(tǒng)設(shè)計(jì)和工程約束，并進(jìn)行全面的評(píng)估與優(yōu)化。

2.2 下行廣播信道

下行高斯廣播信道的模型可表示為yi(t)=x(t)+ni(t)（i=1,…,M）。其中，x(t)為M個(gè)信源Ui聯(lián)合編碼后的發(fā)送信號(hào)，滿足的功率約束，帶寬為W；ni(t)為第i個(gè)用戶的加性高斯白噪聲，其雙邊功率譜密度為；yi(t)為第i個(gè)用戶的接收信號(hào)。高斯廣播信道中，多用戶的信道質(zhì)量可以排序，不失一般性假設(shè)N1≤…≤Nj≤…≤Ni≤…≤NM。因此，若一個(gè)用戶i可以正確譯碼自身的信息，則信道質(zhì)量?jī)?yōu)于用戶i的其他任意用戶j也能正確譯碼用戶i的信息。因此，高斯廣播信道是一種退化廣播信道，其容量是已知的，可表示為[1]：

其中，αi是分配給用戶i的功率比例，滿足

對(duì)于一般的退化廣播信道，可以采用疊加編碼（superposition code，SC）達(dá)到信道容量。而對(duì)于高斯廣播信道，可通過(guò)發(fā)送端信號(hào)的直接疊加和接收端的串行干擾刪除接收機(jī)來(lái)達(dá)到信道容量，具體地：給任意用戶i分配一定的功率αiP；在譯碼時(shí)，將信道質(zhì)量好于用戶i的用戶j(Nj＜Ni)信息當(dāng)作干擾，同時(shí)對(duì)信道質(zhì)量差于用戶i的用戶k(Nk＞Ni)信息譯碼并刪除。

以2個(gè)用戶為例，考慮不同的功率分配因子，基于式（6）可得到高斯廣播信道的容量，如圖4中的實(shí)線所示。下行正交多址的容量與上行正交多址的容量類似，如圖4中的虛線所示。由于下行多用戶的總功率受限，因此沒(méi)有借功率的場(chǎng)景。

通過(guò)式（6）可以看到，如果沒(méi)有遠(yuǎn)近效應(yīng)，也就是所有用戶的噪聲方差相同，則下行高斯廣播信道下，非正交多址的容量與正交多址的容量相同；如果追求和容量最大的準(zhǔn)則，則最優(yōu)的策略是將所有功率分配給信道質(zhì)量最好的用戶，即圖4中的A點(diǎn)。因此，在存在遠(yuǎn)近效應(yīng)且考慮多用戶公平性的實(shí)際場(chǎng)景中，非正交多址的理論容量?jī)?yōu)于正交多址，且能達(dá)到高斯廣播容量限。

3 非正交多址接入方案設(shè)計(jì)

基于第2節(jié)的分析，非正交多址接入技術(shù)是逼近上行和下行信道容量界的潛在方法。本節(jié)將從功率域、星座域、碼域3個(gè)維度，對(duì)相應(yīng)非正交多址接入技術(shù)的設(shè)計(jì)原理、信號(hào)處理流程和性能增益進(jìn)行詳細(xì)分析。

圖4 2個(gè)用戶的廣播信道容量界

3.1 功率域非正交多址接入

功率域非正交多址接入 （power-domain non-orthogonal multiple access，PNMA）是指在發(fā)送端將多個(gè)用戶的信號(hào)在功率域進(jìn)行直接疊加，接收端通過(guò)串行干擾刪除，區(qū)分不同用戶的信號(hào)[3～5]。以下行2個(gè)用戶為例，圖5展示了PNMA方案的發(fā)送端和接收端信號(hào)處理流程。

·基站發(fā)送端：小區(qū)中心的用戶1和小區(qū)邊緣的用戶2占用相同的/時(shí)/頻空資源，二者的信號(hào)在功率域進(jìn)行疊加。其中，用戶1的信道條件較好，分得較低的功率；用戶2的信道條件較差，分得較高的功率。

·用戶1接收端：考慮到分給用戶1的功率低于用戶2，若想正確地譯碼用戶1的有用信號(hào)，必須先解調(diào)/譯碼并重構(gòu)用戶2的信號(hào)，然后進(jìn)行刪除，進(jìn)而在較好的SINR條件下譯碼用戶1的信號(hào)。

·用戶2接收端：雖然用戶2的接收信號(hào)中，存在傳輸給用戶1的信號(hào)干擾，但這部分干擾功率低于有用信號(hào)/小區(qū)間干擾，不會(huì)對(duì)用戶2帶來(lái)明顯的性能影響，因此可直接譯碼得到用戶2的有用信號(hào)。

上行PNMA的收發(fā)信號(hào)處理與下行基本對(duì)稱，疊加的多用戶信號(hào)在基站接收端通過(guò)干擾刪除進(jìn)行區(qū)分。其中，對(duì)于先譯碼的用戶信號(hào)，需要將其他共調(diào)度的用戶信號(hào)當(dāng)成干擾。此外，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，上行、下行也有一定的差別，詳見(jiàn)第4.2節(jié)。

以下通過(guò)鏈路級(jí)仿真驗(yàn)證下行兩用戶PNMA方案相對(duì)正交多址方案的性能增益，仿真參數(shù)見(jiàn)表1。正交多址方案中，2個(gè)用戶通過(guò)時(shí)分復(fù)用各占一半的資源；PNMA方案中，功率分配的策略是比例公平地提升近端和遠(yuǎn)端用戶的吞吐量，仿真結(jié)果如圖6所示。由圖6可知，近端和遠(yuǎn)端用戶間的SNR差值越大，PNMA的和吞吐量增益越大，這符合PNMA需要利用用戶間遠(yuǎn)近效應(yīng)的理論預(yù)期。當(dāng)SNR差值固定時(shí)，隨著近端用戶SNR的增加，PNMA的性能增益呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。這是因?yàn)镻NMA的增益本質(zhì)上來(lái)源于容量和功率的對(duì)數(shù)關(guān)系，因此在一個(gè)用戶功率受限、另一個(gè)用戶帶寬受限時(shí)，性能增益更為明顯。而仿真中，當(dāng)兩個(gè)用戶的SNR都較低時(shí)，二者都處于功率受限區(qū)域；當(dāng)兩個(gè)用戶的SNR都較高時(shí)，二者都處于帶寬受限區(qū)域。

3GPP TR 36.814的圖A.2.2-1中[6]，給出了站間距為500 m的典型城市宏小區(qū)（urban macro，UM）場(chǎng)景下，系統(tǒng)級(jí)多小區(qū)仿真得到的用戶SINR分布（不考慮非正交的用戶間干擾），如圖7所示?；趫D7中的多用戶SINR分布曲線，本文仿真了正交多址和功率域非正交多址的用戶吞吐量性能，如圖8所示。正交多址仿真中，采用時(shí)分輪詢調(diào)度，每個(gè)用戶占用的資源數(shù)相同；PNMA仿真中，采用分組輪詢調(diào)度，首先根據(jù)SINR將所有用戶分成2組，即低SINR組和高SINR組，2個(gè)組內(nèi)的用戶數(shù)目相等，然后通過(guò)輪詢算法，每次從2個(gè)組中各選出1個(gè)用戶進(jìn)行配對(duì)，并采用2個(gè)用戶的PNMA傳輸。初步仿真表明，相比正交多址方案，下行PNMA方案的小區(qū)平均吞吐量增益可以達(dá)到18.9%，小區(qū)邊緣吞吐量增益可以達(dá)到28.8%。

圖5 下行PNMA的收發(fā)端信號(hào)處理

表1 鏈路級(jí)仿真參數(shù)設(shè)置

圖6 2個(gè)用戶功率域非正交的鏈路級(jí)和吞吐量增益

圖7 系統(tǒng)級(jí)多小區(qū)環(huán)境下的用戶SINR分布（不考慮非正交的用戶間干擾）

圖8 系統(tǒng)級(jí)多小區(qū)環(huán)境下的用戶歸一化吞吐量分布

3.2 星座域非正交多址接入

對(duì)于非正交多址技術(shù)方案，PNMA是一種簡(jiǎn)單有效的辦法。在信道容量推導(dǎo)中，要求發(fā)送信號(hào)為高斯調(diào)制，因此不同功率分配下的多個(gè)信號(hào)直接求和仍然服從高斯分布，PNMA是實(shí)現(xiàn)容量最優(yōu)的非正交多址方案。然而，LTE等實(shí)際系統(tǒng)一般采用正交振幅調(diào)制 （quadrature amplitude modulation，QAM），在某些功率分配下，多用戶信號(hào)直接求和后的星座圖將遠(yuǎn)離高斯分布，這會(huì)帶來(lái)容量上的成形增益（shaping gain）損失。本節(jié)介紹的星座域非正交多址接入（constellation-domain non-orthogonal multiple access）是一種星座圖可控的非正交多址增強(qiáng)方案，可以降低信號(hào)疊加帶來(lái)的額外成形增益損失。

功率域非正交和星座域非正交是等效的方案。對(duì)于下行系統(tǒng)，功率域非正交是將多用戶信息調(diào)制到星座圖后進(jìn)行疊加，而星座域非正交則是基于現(xiàn)有的星座圖給不同的用戶分配不同的比特。星座域非正交方案中的發(fā)送端星座圖是固定可控的，因此除了理論上的成形增益外，發(fā)送信號(hào)的誤差向量（error vector magnitude，EVM）、峰均功率比（peak-to-average power ratio，PAPR）也與單用戶信號(hào)保持一致。此外，星座域非正交和功率域非正交的基帶處理復(fù)雜度是近似的，但對(duì)于LTE系統(tǒng)，后者具有更好的后向兼容性。

星座域非正交方案的核心算法是多用戶間的比特分配方式，如對(duì)于16QAM星座圖的4個(gè)比特，哪些分給近端的用戶，哪些分給遠(yuǎn)端的用戶。對(duì)于高階QAM調(diào)制而言，比特間有不等差錯(cuò)保護(hù)。以16QAM的I路（即4PAM）為例，如圖9所示，其兩個(gè)比特的最小歐式距離是不同的，因而其差錯(cuò)抑制能力和對(duì)應(yīng)比特所能承載信息的速率也是不同的。

圖9 4PAM星座不等差錯(cuò)保護(hù)示意

根據(jù)鏈?zhǔn)椒▌t無(wú)損信道容量，I（b1b2；Y）=I（b1；Y）+I（b2;Y|b1），其中b1b2為調(diào)制比特，Y為接收星座點(diǎn)，I(·)為互信息函數(shù)。對(duì)于QAM調(diào)制，最優(yōu)的解調(diào)是將b1b2和譯碼作為整體的最大似然估計(jì)。為了降低復(fù)雜度，通常分離解調(diào)和譯碼，而且QAM各個(gè)比特是獨(dú)立解調(diào)的，此時(shí)的可達(dá)容量為I（b1；Y）+I（b2；Y）。由于I（b2;Y|b1）>I（b2；Y），這將帶來(lái)一定的容量損失。對(duì)于LTE系統(tǒng)，b1b2在相同的編碼碼字中，基于鏈?zhǔn)椒▌t無(wú)損信道容量的譯碼是十分復(fù)雜的，但如果b1b2對(duì)應(yīng)到兩個(gè)碼字時(shí)，鏈?zhǔn)椒▌t的應(yīng)用就比較容易，即可以先解調(diào)一個(gè)比特并譯碼，然后在已知這個(gè)比特時(shí)再解調(diào)另一個(gè)比特并譯碼，也就是多級(jí)編碼（multi-level code，MLC）方案[7]。

考慮下行2個(gè)用戶的非正交方案，每個(gè)用戶有1個(gè)碼字，則可直接應(yīng)用鏈?zhǔn)椒▌t。不失一般性假設(shè)，遠(yuǎn)端用戶兩比特的容量滿足>，近端用戶兩比特的容量滿足>?？紤]到信息論中容量與功率的對(duì)數(shù)關(guān)系，可以證明/

假設(shè)正交調(diào)度下2個(gè)用戶各占一半的資源，則信息容量為：

若優(yōu)先將比特容量高的比特分給遠(yuǎn)端用戶，并保證遠(yuǎn)端用戶容量不變，2個(gè)用戶的容量分配可表示為：

3.3 碼域非正交多址接入

碼域非正交多址接入（code-domain non-orthogonal multiple access）技術(shù)是指多個(gè)數(shù)據(jù)層通過(guò)碼域擴(kuò)頻和非正交疊加后，在相同的時(shí)頻空資源里發(fā)送，這多個(gè)數(shù)據(jù)層可以來(lái)自一個(gè)或多個(gè)用戶。接收端通過(guò)線性解擴(kuò)頻碼和干擾刪除操作來(lái)分離各用戶的信息。擴(kuò)頻碼字的設(shè)計(jì)直接影響此方案的性能和接收機(jī)的復(fù)雜度，是十分重要的因素。低密碼（low density signature，LDS）是碼域擴(kuò)頻非正交技術(shù)的一種特殊實(shí)現(xiàn)方式[8]，LDS擴(kuò)頻碼字中有一部分零元素，因此碼字具有稀疏性。這種稀疏特性使接收端可以采用較低復(fù)雜度的消息傳遞算法（message passing algorithm，MPA），并通過(guò)多用戶聯(lián)合迭代，實(shí)現(xiàn)近似多用戶最大似然的譯碼性能[9]。

進(jìn)一步，若將LDS方案中的QAM調(diào)制器和線性稀疏擴(kuò)頻兩個(gè)模塊結(jié)合，進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化，即直接將數(shù)據(jù)比特映射為復(fù)數(shù)稀疏向量（即碼字），則形成了稀疏碼多址（sparse code multiple access，SCMA）方案，如圖10所示[3,10,11]。稀疏碼多址是一種基于碼本的、頻譜效率接近最優(yōu)化的非正交多址接入技術(shù)。如圖11所示，SCMA編碼器在預(yù)定義的碼本集合中為每個(gè)數(shù)據(jù)層（或用戶）選擇一個(gè)碼本；然后基于所選擇的碼本，信道編碼后的數(shù)據(jù)比特將直接映射到相應(yīng)的碼字中；最后將多個(gè)數(shù)據(jù)層（或用戶）的碼字進(jìn)行非正交疊加。

相比于正交多址方案，SCMA有以下方面的性能優(yōu)勢(shì)：擴(kuò)頻分集增益，可利用碼域擴(kuò)頻對(duì)抗信道衰落；當(dāng)復(fù)用層數(shù)大于擴(kuò)頻因子（即占用的資源數(shù)）時(shí)，SCMA能夠達(dá)到更高的傳輸速率和用戶連接數(shù)；基于碼字的稀疏性，在接收端采用低復(fù)雜度、性能近似最優(yōu)的迭代MPA檢測(cè)算法；QAM調(diào)制器和線性稀疏擴(kuò)頻的聯(lián)合優(yōu)化可帶來(lái)額外的多維調(diào)制編碼增益。

圖10 碼域非正交多址方案：LDS與SCMA

圖11 SCMA非正交疊加示例圖（碼長(zhǎng)為4，用戶數(shù)為6）

3.4 方案小結(jié)

通信原理中，數(shù)字通信系統(tǒng)的調(diào)制可以表示為Acos(ωt+φ)。廣義上可將多址看作一種特殊的調(diào)制技術(shù)，因而有幅度（功率）A、頻率（碼字）ω、相位（星座）φ3個(gè)潛在的優(yōu)化方向。功率域非正交多址是利用功率分配，即優(yōu)化A，實(shí)現(xiàn)多用戶的調(diào)制多址技術(shù)；星座域非正交多址則基于星座圖中A和φ的聯(lián)合優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)多用戶的調(diào)制多址技術(shù)；碼域非正交多址除了在星座圖上的優(yōu)化外，還引入了擴(kuò)頻碼字，即聯(lián)合A、ω、φ做進(jìn)一步的多維優(yōu)化。可見(jiàn)，3種方案能夠以遞進(jìn)的層次統(tǒng)一到一個(gè)整體中。隨著優(yōu)化維度的增加，非正交方案的理論性能會(huì)有一定的增強(qiáng)，但同時(shí)也意味著復(fù)雜度的提升。實(shí)際系統(tǒng)中，需要同時(shí)考慮不同方案的性能增益、系統(tǒng)復(fù)雜度和工程非理想約束，以尋求最優(yōu)的折中方案。

4 非正交多址的應(yīng)用場(chǎng)景與系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 應(yīng)用場(chǎng)景

如前所述，相比于正交多址技術(shù)，非正交多址技術(shù)能獲得頻譜效率的提升，且在不增加資源占用的前提下同時(shí)服務(wù)更多用戶。從網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)的角度，非正交多址具有以下3個(gè)方面的潛在優(yōu)勢(shì)。

（1）應(yīng)用場(chǎng)景較為廣泛

非正交多址技術(shù)對(duì)站址、天面資源、頻段沒(méi)有額外的要求，潛在可應(yīng)用于宏基站與微基站、接入鏈路與回傳鏈路、高頻段與低頻段。而且，終端和基站基帶處理能力的不斷增強(qiáng)將為非正交多址技術(shù)走向?qū)嶋H應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（2）性能具有頑健性

非正交多址技術(shù)在接收端進(jìn)行干擾刪除/多用戶檢測(cè)，因此僅接收端需要獲取相關(guān)信道信息，一方面減小了信道信息的反饋開(kāi)銷，另一方面增強(qiáng)了信道信息的準(zhǔn)確性，使其在實(shí)際系統(tǒng)中（特別是高速移動(dòng)場(chǎng)景中）具有更加頑健的性能。

（3）適用于海量連接場(chǎng)景

非正交多址可以顯著提升用戶連接數(shù)，因此適用于海量連接場(chǎng)景。特別地，基于上行SCMA非正交多址技術(shù)，可設(shè)計(jì)免調(diào)度的競(jìng)爭(zhēng)隨機(jī)接入機(jī)制，從而降低海量小分組業(yè)務(wù)的接入時(shí)延和信令開(kāi)銷，并支持更多且可動(dòng)態(tài)變化的用戶數(shù)目。此時(shí)，有上行傳輸需求的每個(gè)用戶代表1個(gè)SCMA數(shù)據(jù)層，在免調(diào)度的情況下，直接向基站發(fā)送數(shù)據(jù)。同時(shí)，接收端通過(guò)多用戶盲檢測(cè)，判斷哪些用戶發(fā)送了上行數(shù)據(jù)，并解調(diào)出這些用戶的數(shù)據(jù)信息[3]。

4.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，非正交多址接入技術(shù)可復(fù)用LTE系統(tǒng)的信道編譯碼、OFDM、參考信號(hào)等設(shè)計(jì)，并能夠與既有MIMO技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，具有一定的后向兼容性。

基于LTE系統(tǒng)，引入非正交多址技術(shù)將帶來(lái)多個(gè)層面的改動(dòng)，具體見(jiàn)表2。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)非正交多址接入技術(shù)進(jìn)行了分析。從信息論的角度，非正交多址接入技術(shù)可以逼近下行廣播信道和上行多接入信道的容量界。從方案設(shè)計(jì)的角度，非正交多址可通過(guò)功率域非正交、星座域非正交、碼域非正交疊加來(lái)實(shí)現(xiàn)。從網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)的角度，非正交多址能夠提升頻譜效率和用戶連接數(shù)，具有較為廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，性能具有頑健性，適用于海量連接場(chǎng)景，且對(duì)LTE系統(tǒng)具有一定的后向兼容性。

表2 非正交多址技術(shù)帶來(lái)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)影響

在實(shí)際系統(tǒng)中，非正交多址的性能還依賴于基站調(diào)度實(shí)現(xiàn)、比特分配或碼本設(shè)計(jì)以及接收機(jī)算法等。為了驗(yàn)證其在實(shí)際設(shè)備能力和信道環(huán)境下的性能，還需開(kāi)發(fā)非正交多址的試驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)，這也是后續(xù)工作重點(diǎn)。

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