非正交接入技术

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非正交接入技术
前五代移动通信中采用的是正交多址方案（Orthogonal Multiple Access, OMA），具体包括频分多址、时分多址、码分多址和正交频分多址。6G 时代的连接数规模较5G时代将有数十倍的增加，非正交多址接入技术（Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA）在满足大连接数、低时延和高负载等要求方面的潜在优势，使其成为 6G 时代有竞争力的接入候选技术。尤其对于需要满足大范围覆盖和海量连接需求的 mMTC 场景，NOMA 能够充分发挥其优势。此外针对传统大规模 MIMO 在提升频谱效率上的瓶颈，NOMA 也可以在此基础上进一步提升性能增益。


从技术上来区分，NOMA 可以分成三大类：基于功率域的多址方案、基于扩频（码域）的多址方案以及基于交织的多址方案。
1) 基于功率域的多址方案的代表性技术是多用户重叠编码（Multi-User SuperpositionTransmission, MUST）。MUST 的研究起始于 3GPP LTE Release 13，并在Release14完成了标准制定。小区近端用户和远端用户的信号按照特定的功率比在功率域叠加传输，远端用户传输使用较大发射功率，近端用户传输使用较小发射功率。远端用户可以直接将近端用户的信息当作干扰来处理，但近端用户在解码的过程中需要先解出远端用户的信息，然后获得自己的信息；这被称作串行干扰消除算法（Successive Interference Cancelation, SIC）。
2) 基于扩频的多址方案来自于传统的 CDMA，主要有 MUSA（Multi-User Share Access）、LDS（Low Density Spreading）、PDMA（Pattern Division Multiple Access）、SCMA（Sparse Code Multiple Access）和 RSMA（Resource Share Multiple Access）。以 MUSA 为例，MUSA 的主要技术特征是不同用户采用互相关特性相对较低的复数扩频短序列来扩展用户的调制信息。复数扩频短序列元素的实部和虚部可以来自一个多元的均匀分布的实数集合，且序列之间不必正交。然后，借助于基于 MMSE 的 SIC 和解扩频操作，基站可以依次获得各个用户的信息。
3) 基于交织的典型方案主要有两种：IDMA（Interleave Division Multiple Access）和 IGMA（Interleave-Grid Multiple Access）。IDMA 和 IGMA 主要依赖于低码率的信道编码和比特级交织器的组合。不同用户具有不同的比特级交织器来对信道编码后的数据进行交织操作后调制，在数据接收的时候，利用解交织和信道编码的纠错能力来消除各个用户间的干扰。唯一的不同在于，IGMA还支持符号级交织，也称为栅格映射，即对不同用户的调制符号补零并交织映射到频域资源后再相加。


此外，NOMA 能够克服卫星通信覆盖范围广、终端接入数多、频带有限、用户数量易过载等问题，从而满足天地一体化网络中海量终端的接入需求。但由于卫星通信系统主要以视距直传链路为主，且是一个资源受限系统，星上功率和处理能力有限，接收机的复杂度不能太高。低轨卫星通信上行传输中，接收机采用 MMSE-SIC，在信道时延扩展为 300ns 时过载 150%的 OMA/NOMA 的 BLER 性能对比曲线。当BLER 为0.1 时，MUSA和 PDMA 相对于 OMA 获得 3.5dB 和 3dB 增益。低轨卫星通信下行传输中，一对用户 MUST 和 OMA 在不同频谱效率下的 BLER 性能曲线，可以看出在频谱效率分别为 1bps/Hz 和 1.5bps/Hz，BLER 为 0.1 时，MUST 相对于 OMA 获得2.5dB 和2dB增益。

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