面向5G的非正交多址接入技術分析

黃容蘭

（梧州學院 廣西 梧州 543000）

1 引言

隨著現(xiàn)代科學信息技術的飛速發(fā)展，移動通信信息技術也得到了大力發(fā)展。5G是新時期重點發(fā)展的通信技術，也是未來一段時間無線網(wǎng)絡發(fā)展的主要方向[1]。相較于4G網(wǎng)絡，5G網(wǎng)絡能夠給人們提供更加快速的移動數(shù)據(jù)流量，且能夠實現(xiàn)眾多設備的連接和應用，對促進物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展有著極其重要的意義[2]。在這一通信技術的快速發(fā)展過程中，出現(xiàn)了各種各樣的通信技術手段，而電信多址網(wǎng)絡接入通信技術的快速發(fā)展是一個重大突破。我國已經(jīng)出現(xiàn)了各項通信技術革命，其中寬帶通信系統(tǒng)、編碼控制設置、干擾控制管理等各個領域都已經(jīng)取得了巨大的產(chǎn)業(yè)發(fā)展和技術進步，在寬帶多址網(wǎng)絡接入通信技術上也已經(jīng)取得了較大技術革新。

2 幾種非正交多址接入技術分析

2.1 非正交多址接入技術

非正交多址傳輸技術(non-orthogonalmultipleaccess，NOMA)，不同職能的人會對它有不同的理解和定義。首先，我們必須明確的一點那就是它已經(jīng)可以完全區(qū)別于其他同類傳統(tǒng)的各種正交發(fā)射信號無線傳輸技術，通過多種信號接收機的各種綜合結構設計及其應用即可大大提高正交信號傳輸頻譜和效率。隨著應用電子學和半導體技術的快速進步和發(fā)展，芯片的自動化和處理射頻信號源的能力不斷增強，使得非正交射頻信號傳輸技術在移動通信電子系統(tǒng)中開始得到廣泛應用[3]。隨著這一系列創(chuàng)新生產(chǎn)技術被廣泛應用，5G的生產(chǎn)技術也在不斷進行技術革新。因為不同功率用戶信號基站的每個不同功率資源時域、頻域或者功率資源區(qū)域管理控制單元都會盡可能包含有多個不同信號用戶發(fā)射的信號，需要我們逐次采樣進行分析檢索各個不同信號用戶的基站發(fā)射信號，所以我們利用了NOMA型的功率和頻域復用技術，通過系統(tǒng)依次發(fā)射不同用戶功率域的信號，能夠對不同用戶群的信號依次進行了上下行一次發(fā)射功率域的復用，得到很好的復用技術綜合利用。總之，就是通過簡單直接、易于用戶操作的一種方式對它來進行接收和處理發(fā)送用戶信號，通過這樣的一種技術手段，對不同用戶信號進行有效率的區(qū)分，減少系統(tǒng)被干擾的情況，使各個地方的邊緣用戶得到好的服務。

關于非正交多址傳輸技術在無線資源控制狀態(tài)下的應用，由于無線資源控制的連接，UE是上行同步的，所以按照免調(diào)度傳輸機制，UE能夠實現(xiàn)自主上行傳輸，無需再度發(fā)送調(diào)度請求，所以從環(huán)節(jié)上節(jié)省了流程和信令開銷，有效提升系統(tǒng)自身的容量。所以，在這種狀態(tài)下設置者采用預配置方式令多個UE同時進行資源傳輸，并且通過UE的參考信號、擴產(chǎn)序列避免UE簽名序列發(fā)生碰撞，以達到幫助用戶識別與檢測的目的。當UE有任務送達時，隨機選擇傳輸資源與簽名序列進行接入，接收機通過高級和復雜的盲檢測算法幫助用戶實現(xiàn)識別與檢測的目的。

2.2 多用戶共享接入技術

多用戶無線網(wǎng)絡接入和非正交多址無線網(wǎng)絡傳輸技術(multi-usersharedaccess，MUSA)也是一種典型的非正交多址無線網(wǎng)絡接入正交網(wǎng)絡傳輸技術，是基于Internet的CDMA正交多址接入技術的一個最新加強版[4]。通過多個用戶來共享復用相同的頻域、時域及擴頻空域，通過對不同頻域內(nèi)各用戶端的信號數(shù)據(jù)進行不同頻域擴頻率的信號編碼，充分發(fā)揮優(yōu)勢提高系統(tǒng)的信號數(shù)據(jù)處理資源復雜性和應用信號處理計算能力，將其在技術上的綜合運用效果擴展推廣到各個頻域內(nèi)的不同時域信號編碼應用單元上。用戶在新的模塊單元中能夠通過設置新的源和碼進行單元序列的重新分配和調(diào)制，例如以調(diào)制單元算法符號為目的進行調(diào)制序列中的符號分別值，以此達到為新的用戶發(fā)送新型調(diào)制算法信號的目的。由于這一創(chuàng)新技術系統(tǒng)操作過程難度不大，且系統(tǒng)運行操作容易進行控制，能完全滿足5G系統(tǒng)的容量電池使用壽命控制需求，因此被很好地廣泛地適用于各種互聯(lián)網(wǎng)通信技術中，現(xiàn)被廣泛研究利用，收到了很好的實際應用效果。

2.3 稀疏碼分多址接入技術

稀疏碼分多址接入技術(Sparse Code Multiple Access，SCMA)是一種碼域非正交多址接入技術。這是一種精湛的擴頻碼組碼方式，是一種完全不同的多址接入技術手段，具有獨特的優(yōu)勢和適用方式[5]。這一技術來自一個或多個用戶的多個數(shù)據(jù)層，結合多維調(diào)制技術與擴頻技術，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頻在同一時頻資源單元中發(fā)送。通過時頻接收端對一個多用戶時頻進行無線聯(lián)合時頻檢測，并通過各種技術手段將時頻數(shù)據(jù)資源處理單元進行分離并輸出數(shù)個時頻數(shù)據(jù)處理層，然后再通過結合時頻信道信號譯碼技術完成對一個多用戶的時頻信息數(shù)據(jù)恢復。這一新型信息處理技術在我國通用通信電子及其他移動互聯(lián)網(wǎng)上的信息處理系統(tǒng)中，也已經(jīng)成功得到了廣泛應用。與目前國內(nèi)傳統(tǒng)的各種網(wǎng)絡數(shù)據(jù)接入資訊通信應用技術及其應用領域相比，稀疏的數(shù)字編碼數(shù)據(jù)分析和多址式的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)接入資訊通信應用技術仍然能夠具有極高的業(yè)內(nèi)國際技術普世性和應用價值。由于其本身能夠具有強大網(wǎng)絡靈活性和網(wǎng)絡信息源的多樣性，并且它本身能夠與5G網(wǎng)絡進行完美的通信銜接，發(fā)揮簡便和高效的無線通信網(wǎng)絡作用，因此可以說它是非正式的在雙向多址無線通信網(wǎng)絡技術應用領域，需要被大力挖掘研究并被發(fā)掘和適用的一種通信技術手段。

3 非正交多址接入技術比較及建議

NOMA 是只有功率域使用的非正交多址接入技能，運用的是不一樣的用戶信號強弱的線性放在一起，硬件組成較為簡單，技術性不高[5]。SIC接收機也相對簡單，是非正交多址接入科技中最基礎的一種，與現(xiàn)有的較為成熟的多址技術相比，對移動通信的要求影響較小，能夠和4G OFDMA融合，只是此功率域的用戶層一定要少，不然系統(tǒng)會變得極其復雜，系統(tǒng)的性能也會隨之降低。由于設施構成以及技術的原因，系統(tǒng)的最大功率域強度是有限的，功率可以區(qū)分用戶的層次數(shù)也必須少，因此MOMA技術的運用率也相對較少，無法達到5G系統(tǒng)速率高、覆蓋廣、容量大、連接數(shù)較廣的基本需求。但技術相對簡單，對于5G系統(tǒng)的規(guī)劃有諸多輔助作用。

MUSA是僅有碼域應用的非正交多址接入技術，獲得能夠承載多個用戶信號的目標擴頻技術，雖然較為成熟，但擴頻碼是一種低互相關性復數(shù)域星座式短序列多元碼，同時因為擴頻經(jīng)過在用戶信號數(shù)據(jù)上實行操作，擴頻的用處會讓用戶信號碼加強到擴頻碼數(shù)的倍數(shù)。因此，頻承接資源單位的擴頻用戶數(shù)量較多。擴頻碼本身的位數(shù)也會隨之增加，經(jīng)過擴頻后的用戶信號位數(shù)也將展現(xiàn)幾何級數(shù)的增加，不光會對無線傳輸中的有效數(shù)據(jù)傳輸率造成影響，還會加強系統(tǒng)處理擴頻經(jīng)過的負擔以及難度，減少系統(tǒng)的性能。即使MUSA在同時頻用戶層數(shù)上比NOMA 占有優(yōu)勢，但是是用減少系統(tǒng)性能為交換的，技術的簡潔化也不再被5G所適用。

SCMA一樣是一種非正交多址接入技術。不一樣的是采取的擴頻碼是能夠接收復雜度不高的信息傳遞算法以及多個用戶結合迭代法的稀疏碼。而且，SCMA還用F-OFDM進行較為適當?shù)馁Y源配置，能夠靈活地調(diào)節(jié)時頻承載資源單元的大小，不光能夠適應系統(tǒng)接入較多業(yè)務時的不同需要，還可以在某種程度上加強系統(tǒng)的頻譜容量以及接入效果。但是由于都是碼域系統(tǒng)，也一樣存在部分問題特別是稀疏碼，只能用多數(shù)的量的擴頻碼倍數(shù)。但由于稀疏碼的可調(diào)控性質，可幫助系統(tǒng)根據(jù)空口場景在用戶數(shù)與系統(tǒng)性能之間平衡調(diào)整。因此，最終導致SCMA整體功能要比MUSA更強，也更加適用于5G的相關標準。

盡管其中NOMA、MUSA和SCMA各自都有自己優(yōu)勢，由于5G應用技術仍然面臨著巨大的市場發(fā)展，還需要更深入地進行探索和不斷開拓。因此，為了不斷增大其適用的發(fā)展空間，我們常常需要根據(jù)5G應用技術不同的適用發(fā)展情況，根據(jù)具體的應用側重點，對這一領域技術適用的重點領域及適用發(fā)展情況問題進行再深入研究，不斷地對這一應用技術手段進行系統(tǒng)優(yōu)化綜合處理，形成更加系統(tǒng)完備的應用技術手段，并準確掌握這一技術手段使用過程中的技術重點，對適用這一領域的技術重點應用方向問題進行深入研究，從而為其他同行業(yè)的技術人員給予技術幫助。

4 結語

通過對新型寬帶多址無線通信網(wǎng)絡接入器的主要技術性能特點問題進行比較系統(tǒng)性的研究以及分析，不僅發(fā)現(xiàn)了其巨大的實用價值，而且也充分了解了其主要發(fā)揮作用的基本原理和工作機理。