基于5G的非正交多址接入技術(shù)探討

朱武

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基于5G的非正交多址接入技術(shù)探討

朱武

湖北電信工程有限公司，湖北 武漢 430000

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，5G技術(shù)也得到了迅猛發(fā)展。與傳統(tǒng)方式相比，5G技術(shù)有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和創(chuàng)新點(diǎn)，以多址接入技術(shù)作為主要特色，具有廣泛的科學(xué)適用范圍。因此，主要從5G非正交多址技術(shù)出發(fā)，深入探討5G技術(shù)中備受關(guān)注的非正交多址接入技術(shù)、稀疏碼多址接入技術(shù)和多用戶共享接入技術(shù)，從中找到各自技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，借此豐富5G非正交多址接入技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，力爭(zhēng)打造出更具優(yōu)勢(shì)的5G非正交多址接入技術(shù)，給從業(yè)人員提供建議和幫助。

非正交多址接入；多用戶共享接入；稀疏碼多址接入

引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展已進(jìn)入新臺(tái)階，移動(dòng)通信技術(shù)也得到了大力發(fā)展。在這一技術(shù)的發(fā)展過程中，出現(xiàn)了各種各樣的技術(shù)手段，而多址接入技術(shù)的發(fā)展就是一個(gè)重大突破。我國(guó)出現(xiàn)了各項(xiàng)技術(shù)革命，其中寬帶系統(tǒng)、編碼設(shè)置、干擾管理等各個(gè)領(lǐng)域都取得了巨大的發(fā)展和進(jìn)步，在多址接入技術(shù)上也取得了大幅度的革新。

1 幾種非正交多址接入技術(shù)分析

1.1 非正交多址接入技術(shù)

談到非正交多址技術(shù)（Non-Orthogonal Multiple Access，NOMA），不同的人可能會(huì)有不同的理解和定義。首先可以明確的是它區(qū)別于傳統(tǒng)的正交傳輸技術(shù)，通過接收機(jī)的設(shè)計(jì)來提高頻譜效率。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的快速發(fā)展，芯片的處理能力不斷增強(qiáng)，使得非正交傳輸技術(shù)在系統(tǒng)應(yīng)用中得到廣泛應(yīng)用。隨著這一技術(shù)被廣泛應(yīng)用，5G技術(shù)也在不斷革新。因?yàn)椴煌镜拿總€(gè)時(shí)域、頻域資源單元都有多個(gè)用戶信號(hào)群，需要我們逐次檢索各個(gè)用戶的信號(hào)，所以利用NOMA功率域復(fù)用技術(shù)，通過系統(tǒng)發(fā)射不同功率信號(hào)，能夠?qū)τ脩粜盘?hào)進(jìn)行下行發(fā)射功率復(fù)用，得到很好的技術(shù)利用。總體來看，就是通過簡(jiǎn)單直接、易于操作的方式來接收和發(fā)送信號(hào)，通過這樣的技術(shù)手段，對(duì)用戶進(jìn)行有效區(qū)分，減少系統(tǒng)被干擾的情況，使各個(gè)地方的邊緣用戶得到好的服務(wù)[1]。

1.2 多用戶共享接入技術(shù)

多用戶共享接入技術(shù)（Multi-User Shared Access，MUSA）是一種更典型的非正交多址技術(shù)，是CDMA技術(shù)的加強(qiáng)版。通過多個(gè)用戶來共享復(fù)用相同的頻域、時(shí)域及空域，通過對(duì)不同用戶進(jìn)行擴(kuò)頻編碼，充分提高系統(tǒng)的資源復(fù)用能力，將技術(shù)運(yùn)用到各個(gè)頻域時(shí)域單元上。通過對(duì)各個(gè)用戶在資源單元上設(shè)置碼序列，用MUSA對(duì)用戶碼序列和用戶調(diào)制符號(hào)進(jìn)行算法操作，向新的用戶發(fā)送信號(hào)。通過基站接收發(fā)送的信號(hào)，通過用戶自己的信道將信號(hào)碼序列解調(diào)出各自的調(diào)制符號(hào)，再利用MUSA技術(shù)給各個(gè)用戶分置不同的碼序列，形成一種有效的擴(kuò)頻技術(shù)。由于這一技術(shù)操作難度不大，且系統(tǒng)操作容易控制，能滿足5G系統(tǒng)的電池壽命需求，因此被很好地適用于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中，現(xiàn)被廣泛利用，收到了很好的實(shí)際應(yīng)用效果。

1.3 稀疏碼分多址接入技術(shù)

稀疏碼分多址接入技術(shù)（Sparse Code Multiple Access，SCMA）是一種碼域非正交多址接入技術(shù)。這是一種精湛的擴(kuò)頻碼組碼方式，是一種完全不同的多址接入技術(shù)手段，具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和適用方式。這一技術(shù)來自一個(gè)或多個(gè)用戶的多個(gè)數(shù)據(jù)層，結(jié)合多維調(diào)制技術(shù)與擴(kuò)頻技術(shù)，向用戶提供最優(yōu)的碼本集合，再通過非正交疊加和碼域擴(kuò)頻在同一時(shí)頻資源單元中發(fā)送。通過接收端對(duì)多用戶進(jìn)行聯(lián)合檢測(cè)，并通過技術(shù)手段將時(shí)頻資源單元分離出數(shù)個(gè)數(shù)據(jù)層，然后再結(jié)合信道譯碼完成對(duì)多用戶的信息恢復(fù)[2]。這一技術(shù)在電子及互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，也得到了廣泛應(yīng)用。與傳統(tǒng)的接入技術(shù)相比，稀疏碼分多址接入技術(shù)具有極高的普世價(jià)值。由于其具有靈活性和多樣性，并能夠與5G完美銜接，發(fā)揮簡(jiǎn)便和高效的作用，因此是非正式多址技術(shù)需要被大力發(fā)掘和適用的技術(shù)手段。

2 三種非正交多址接入技術(shù)的比較

非正交多址技術(shù)采用的是多個(gè)用戶信號(hào)強(qiáng)度的線性疊加，硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，技術(shù)性不高，是非正交多址接入技術(shù)中最簡(jiǎn)單的一種。多用戶共享接入是通過對(duì)同一時(shí)頻承載資源單元采用擴(kuò)頻編碼技術(shù)，它是僅有碼域應(yīng)用的非正交多址接入技術(shù)。MUSA在同時(shí)頻用戶層數(shù)方面優(yōu)于NOMA，但其是以降低系統(tǒng)性能為代價(jià)的。稀疏碼分多址接入可以靈活地調(diào)整時(shí)頻承載資源單元的大小，不僅可以適應(yīng)系統(tǒng)空口接入眾多業(yè)務(wù)中的各種需求，還能夠一定程度上提高系統(tǒng)的頻譜容量和多址接入效率[3]。

現(xiàn)如今，全球的科技革命對(duì)我國(guó)的技術(shù)有了巨大的影響，隨著全球4G網(wǎng)絡(luò)的不斷興起，我們的科技發(fā)展取得了日新月異的成就，其中就包括5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中我們需要大量的用戶連接數(shù)，需要更高頻率，非正式多址接入技術(shù)據(jù)此應(yīng)運(yùn)而生。這一技術(shù)有巨大的發(fā)展空間。多址接入技術(shù)有巨大的實(shí)用價(jià)值，尤其深遠(yuǎn)地影響著蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)，是這一系統(tǒng)中信號(hào)傳輸?shù)幕A(chǔ)。從1G到4G系統(tǒng)，通過采用各項(xiàng)多址技術(shù)，能夠很大程度上降低接收端信號(hào)檢測(cè)的復(fù)雜程度。為提高5G高連接數(shù)目的需求，可利用的方式是用多個(gè)用戶在相同的資源上重疊發(fā)送，就是我們所說的非正交多址接入方式，通過一系列檢測(cè)算法來完成對(duì)用戶的正確檢測(cè)。通過采用非正交多址接入技術(shù)，能夠大大推進(jìn)非線性檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)步。對(duì)于5G來說，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，并且具有應(yīng)用場(chǎng)景較為廣泛、性能具有頑健性、適用于海量連接場(chǎng)景等優(yōu)勢(shì)。盡管NOMA，MUSA和SCMA各有優(yōu)勢(shì)，筆者認(rèn)為，由于5G技術(shù)還面臨著巨大的發(fā)展，還需要更深入地探索和開拓，因此為了增大其適用的空間，我們需要根據(jù)5G技術(shù)不同的適用情況，根據(jù)具體的側(cè)重點(diǎn)，對(duì)這一技術(shù)適用的領(lǐng)域及適用情況進(jìn)行再研究，不斷地對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理，形成更加系統(tǒng)完備的技術(shù)手段，并掌握技術(shù)使用中的重點(diǎn)，對(duì)重點(diǎn)適用領(lǐng)域的重點(diǎn)方向進(jìn)行研究，從而給我們同行業(yè)的人員給予巨大的幫助。

3 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)多址接入技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)分析，我們不僅發(fā)現(xiàn)了其巨大的實(shí)用價(jià)值，而且也了解其作用的基本機(jī)理。通過對(duì)這一機(jī)理的掌握，我們能夠在實(shí)際工作中對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行開拓創(chuàng)新。相比于正交多址技術(shù)，針對(duì)3種非正交多址方案進(jìn)行分析，NOMA進(jìn)行了功率復(fù)用，所以接收機(jī)具有一定的復(fù)雜度。MUSA是一種典型的碼域非正交方案，采用復(fù)數(shù)域多元碼序列進(jìn)行擴(kuò)頻，雖然技術(shù)較為簡(jiǎn)單，但用戶間干擾較大且無法承載更多用戶。SCMA利用了碼本的稀疏性和低復(fù)雜度的MPA算法，具有很大的潛力。

[1]康紹莉，戴曉明，任斌. 面向5G的PDMA圖樣分割多址接入技術(shù)[J]. 電信網(wǎng)技術(shù)，2015（5）：43-47.

[2]張長(zhǎng)青. 面向5G的非正交多址技術(shù)（NOMA）淺析[J]. 郵電設(shè)計(jì)技術(shù)，2015（11）：49-53.

[3]王星宇，李勇軍，趙尚弘. 空間信息網(wǎng)絡(luò)多址接入技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2017，53（21）：8-16.

Discussion on 5G-Based Non-Orthogonal Multiple Access Technology

Zhu Wu

Hubei Telecom Engineering Co., Ltd., Hubei Wuhan 430000

With the rapid development of science and technology, 5G technology has also developed rapidly. Compared with the traditional methods, 5G technology has its unique advantages and innovations. It takes multiple access technology as the main feature and has a wide range of scientific applications. Therefore, starting from the 5G non-orthogonal multiple access technology, the 5G technology has been deeply discussed about the non-orthogonal multiple access technologies, sparse code multiple access technologies, and multi-user shared access technologies that have attracted much attention. The advantages are to enrich the advantages and disadvantages of 5G non-orthogonal multiple access technology and strive to create a more advanced 5G non-orthogonal multiple access technology to provide advice and assistance to practitioners.

non-orthogonal multiple access; multi-user shared access; sparse code multiple access

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