NOMA技术原理

发布人:红松小e 发布时间:2020-08-24 14:55:27

非正交多址技术NOMA是一种功分多址的方案,与正交多址技术通过频域或码域上的调度实现分集增益不同,非正交多址技术NOMA则通过将不同信道增益情况下多个用户在功率域上的叠加获得复用增益。非正交多址技术NOMA的基本原理如下图所示。在发送端,不同发送功率的信号在频率完全复用,仅通过功率来区分;在接收端,基于不同的信道增益,通过串行干扰抵消算法依次解出所有用户的信号。

NOMA系统原理

 

NOMA系统原理

 

在NOMA系统中,发送信号可以叠加为



 

在用户端,通过串行干扰抵消算法依次解岀所有用户的发送信号。最优的解码顺序应该为用户接收信号的信干噪比的降序。在没有差错传播的理想情况下,每个用户都可以准确地解出已经发送的信号,则此时两个用户的速率分别为




 

可以看出,每个用户的功率分配会对其他用户的吞吐量产生很大影响,系统整体的平均吞吐量和用户之间的公平性也很大程度上依赖于用户的功率分配方案。
 

以接收信噪比相差较大的两个用户为例,用户1的接收信噪比为20dB,而用户2经历了较差的信道情况,信道衰落明显,接收信噪比仅为0dB,比较采用等带宽分布的OFDM系统和进行非等功率分配的NOMA系统来看,NOMA与OFDM比较如下图所示,对于前者,两个用户的频谱效率分别为R1=3.33bit/s/Hz,R2=0.5bit/s/Hz;对于后者,假设对两个用户的功率分配比为1:4,即P1=P/5,P2=4P/5,两个用户的频谱效率分别为R1=4.39bit/s/Hz,R2=0.74bit/s/Hz,两个用户相较于系统的频谱效率分别获得了32%和48%的显著提升。

NOMA与OFDM比较

 

NOMA与OFDM比较


此外,与传统正交多址技术(如OFDM)相比,NOMA的用户复用将不再强依赖于衰落信道下瞬时频选发射机的相关信息,如信道质量指标( Channel Quality Indicator,CQI)或CSI,而这些信息都需要用户端对基站进行反馈。因此,在实际应用中,NOMA相较于OFDM,可以对用户端进行的信道相关信息反馈的延迟或误差具有更低的敏感度,系统也因此具有更稳健的性能。
 

在NOMA中,一个用户的功率分配不仅对自身有影响,同时也影响着其他用户的吞吐量,因此需要寻求全局最优解。最优的NOMA功率分配方案显然可以通过穷搜法对用户进行动态的分组和动态的传输功率分配,但是穷搜法算法的复杂度过高,不具有实际应用性。同时,动态的功率分配方案会显著增加串行干扰抵消过程解码及功率分配因子的相关信令开销。为了减小NOMA中与功率分配相关的信令开销,更加详细且简便地对用户进行配对分组及功率分配方案仍然是NOMA进步硏究的重点。目前,在对NOMA的硏究中,具有较大信道增益和较小信道增益的用户被配对分为一组的概率较高,因此可以在实际应用中采用预分组的方法通过对信道的预知信息来对用户进行划分,并提前分配一个固定的功率分配参数。

NOMA技术原理