1.3 NOMA技术

在无线接入网覆盖范围内，多址接入技术能够支持多个用户信息在同一无线信道内同时传输。从1G到4G，多址接入技术衍生出了多种形式，包括频分多址、时分多址（Time Division Multiple Access,TDMA）、码分多址、正交频分多址等。由于未来移动通信需满足广域覆盖范围、海量接入设备、更低时延以及更高可靠性等需求，5G相较于前几代移动通信系统需要提供更高的系统频谱效率、更大的容量，容纳更多的接入用户数等。为了满足5G需求，5G新型多址接入技术要求更加灵活高效地利用通信资源[14]。

NOMA技术作为新型多址接入技术中的一类，能够达到多用户容量界，被视为无线通信技术演进的趋势和潜在的突破方向，以支撑5G 应用场景的超高数据速率、低时延、高可靠和大规模连接等。在这一背景下，学者们从多维角度出发展开对5G NOMA的研究与探索。

目前，业界为了提升系统的接入能力，有效支撑5G 网络千亿设备连接需求[15]，提出了多种 NOMA 技术，主要包括功率域 NOMA（Power Domain Non-Orthogonal Multiple Access,PD-NOMA）、图样分割多址接入（Pattern Division Multiple Access,PDMA）、稀疏码分多址接入（Sparse Code Multiple Access,SCMA）、多用户共享接入等。以上 NOMA 技术首先在发送端通过非正交的方式从时域、空间域、频域、码域或功率域等不同维度将多用户信号在有限的通信资源上进行叠加，实现多个用户的同时接入。该方式打破了传统OMA 的正交资源分配方式，在有限资源上复用更多的用户。然后在接收端使用先进的多用户检测（Multi-User Detection,MUD）技术将各用户的信号从叠加信号中区分出来。以下行 PD-NOMA 为例，其技术原理[16]如图1-5所示。NOMA技术在相同资源上复用了多个用户，不仅能够有效提升系统频谱效率，还可以成倍增加系统容量，并且随着系统中接入用户的增加，系统整体吞吐量得到了提高。此外，采用 NOMA 技术可以更好地实现免调度接入，通过免调度传输，能够有效简化信令流程，降低空口传输时延，实现低时延通信，并降低设备功耗。相对于OMA技术，NOMA技术能够更加逼近多用户容量界，支持系统过载传输和多服务复用，实现可靠的低时延免调度传输、开环的多用户复用和协作多点传输。可见，相比传统的OMA技术，NOMA技术能够更好地满足5G海量连接、低时延及低功耗等的业务场景。

从主要国际组织发布的研究来看，频谱效率是5G重点关注的一个方向[2]。NOMA技术既能够使系统在上行与下行方向上都趋近容量界，又能在提高频谱效率的同时满足低时延、低能耗、高可靠的通信需求[17-19]。NOMA 技术能够在同一个子载波、同一个正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM）符号对应的同一个资源单元上，承载不同信号功率的多个用户，实现在相同时域、频域或空间域资源上传输，并采用例如串行干扰消除（Successive Interference Cancellation,SIC）接收机等先进的接收机分离用户信号，从而达到接入更多用户的目的。由于系统在频域和时域上仍然保持各子载波正交和在每个OFDM符号前插入循环前缀（Cyclic Prefix，CP）的特点，NOMA技术的基础仍是成熟的OFDM技术，实现难度相对较小。很多研究[20-22]已考虑将其应用在对吞吐量和连接数需求极高的场景中，并且5G 的三大应用场景对通信时延和可靠性有着多样的需求，因此，对NOMA技术的时延和可靠性进行分析是十分必要的。