《5G移动通信技术》课件 项目四-任务七-分析非正交多址接入技术（NOMA）

《5G移动通信技术》《5G移动通信技术》项目四5G无线网的关键技术任务七分析非正交多址接入技术（NOMA）回顾知识点1上节学习5G载波聚合（CA）和双连接技术。回顾任务七引入OFDM和非正交多址接入技术（NOMA）,是5G的关键技术之一。这两个技术可以大幅度提高系统的性能容量。任务描述:本任务主要介绍学习5G无线网的六大关键技术。各类5G标准化组织及其主要职能，了解5G网络的各类性能指标等基础概念。为后面章节5G网络系统管理和相关设备的学习打下基础。任务教学目标：1、分析非正交多址接入技术（NOMA）任务概要教学内容分析非正交多址接入技术（NOMA）一分析非正交多址接入技术（NOMA）知识点一

4G和5G的空口物理层都使用了OFDM技术，但是在具体的帧结构上又有很大的不同，比如4G系统只使用15KHz一种OFMA子载波间隔，而5G则定义了从15KHz到240KHz一共5种子载波间隔。在过去20年中，随着移动通信技术飞速发展，技术标准不断演进，第四代移动通信技术以正交频分复用技术（OFDM）为基础，其数据业务传输速率达到每秒百兆甚至千兆比特，能够在较大程度上满足今后一段时期内宽带移动通信应用需求。然而，随着智能终端普及应用及移动新业务需求持续增长，无线传输速率需求呈指数增长，无线通信的传输速率将仍然难以满足未来移动通信的应用需求。

5G定位于频谱效率更高、速率更快、容量更大的无线网络，其中频谱效率相比4G需要提升5～15倍。OFDM（一）分析非正交多址接入技术（NOMA）设计一个OFDM无线通信系统时，需要考虑系统使用的无线频段的传播特征对系统性能的影响。

无线传播特征主要取决于三个参数：多径效应的平均时延差异Td、最大多普勒频偏fd(max)，和小区半径R。这三个传播特征参数决定了循环前缀CP的时长TCP和子载波间隔△f。OFDM系统（一）分析非正交多址接入技术（NOMA）

1）循环前缀CP的时长TCP必须大于或等于多径平均时延差Td，以避免OFDM符号之间的干扰（ISI）；2）子载波间隔△f必须远大于最大多普勒频偏fd(max)，确保多普勒频偏不会引起较大的载波间干扰（ICI）；3）TCP和△f的乘积远远小于1，或者说TCP远远小于OFDM符号的时长TU（因为TU=1/△f），以便提高频谱效率。TCP和△f取值原则（一）分析非正交多址接入技术（NOMA）（一）分析非正交多址接入技术（NOMA）5G帧结构（一）分析非正交多址接入技术（NOMA）5G帧结构一个无线顿长度为10ms；每个无线顿由10个长度为1ms的子帧构成；5G无线帧和子帧分布及长度和LTE保持一致，每子帧时隙的个数根据子载波宽度配置。（一）分析非正交多址接入技术（NOMA）5G帧结构与LTE相同，无线帧和子帧的长度固定，从而允许更好的保持LTE与NR间共存。不同的是，5GNR定义了灵活的子构架，时隙和字符长度可根据子载波间隔灵活定义。（一）分析非正交多址接入技术（NOMA）5GNR的numerologyOFDMnumerology是OFDM系统的基础参数集合，包含子载波间隔，循环前缀长度，TTI长度和系统带宽。5GNR将采用多个不同的载波间隔类型，也就是说在5G下的numerology是可变的。5GNR将采用u（读miu，四声）这个参数来表述载波间隔，比如u=0代表等同于LTE的15kHz。（一）分析非正交多址接入技术（NOMA）5GNR的numerologyR15协议引入了灵活Numerology，定义了不同的子载波间隔的CP（CyclicPrefix）长度。CP包括NormalCP和ExtendCP两种类型，其中ExtendCP只有子载波间隔为60kHz的时候可以支持，其余子载波间隔不支持。以NormalCP为例，不同子载波间隔的符号对应关系如下图所示：3GPPTS38.211R15协议规定，不同子载波间隔的CP长度在0.5ms内有如下特点：第一个符号的CP长度大于其它CP长度。除了第一个符号外，其它CP的长度相等。（一）分析非正交多址接入技术（NOMA）各频段范围的灵活Numerology根据协议的规定，灵活Numerology支持的子载波间隔有15kHz、30kHz、60kHz、120kHz、240kHz，其中240kHz子载波间隔只用于下行同步信号的发送。协议规定不同频段支持的子载波间隔如下表所示：面向5G频谱效率提升5~15倍的需求，业内提出采用新型多址接入复用方式，即非正交多址接入(NOMA)。在正交多址技术（OMA）中，只能为一个用户分配单一的无线资源，例如按频率分割或按时间分割，而NOMA方式可将一个资源分配给多个用户。在某些场景中，比如远近效应场景和广覆盖多节点接入的场景，特别是上行密集场景，采用功率复用的非正交接入多址方式较传统的正交接入有明显的性能优势，更适合未来系统的部署。目前已经有研究验证了在城市地区采用NOMA的效果，并已证实，采用该方法可使无线接入宏蜂窝的总吞吐量提高50%左右。非正交多址接入(NOMA)（一）分析非正交多址接入技术（NOMA）

NOMA不同于传统的正交传输，在发送端采用非正交发送，主动引入干扰信息，在接收端通过串行干扰删除技术实现正确解调。与正交传输相比，接收机复杂度有所提升，但可以获得更高的频谱效率。非正交传输的基本思想是利用复杂的接收机设计来换取更高的频谱效率，随着芯片处理能力的增强，将使非正交传输技术在实际系统中的应用成为可能。非正交多址接入(NOMA)（一）分析非正交多址接入技术（NOMA）NOMA在接收端采用SIC接收机来实现多用户检测。串行干扰消除技术的基本思想是采用逐级消除干扰策略，在接收信号中对用户逐个进行判决，进行幅度恢复后，将该用户信号产生的多址干扰从接收信号中减去，并对剩下的用户再次进行判决，如此循环操作，直至消除所有的多址干扰。功率复用

SIC在接收端消除多址干扰(MAI)，需要在接收信号中对用户进行判决来排出消除干扰的用户的先后顺序，而判决的依据就是用户信号功率大小。基站在发送端会对不同的用户分配不同的信号功率，来获取系统最大的性能增益，同时达到区分用户的目的，这就是功率复用技术。串行干扰删除（SIC）（一）分析非正交多址接入技术（NOMA）

NOMA采用的关键技术:NOMA技术的实现依然面临一些难题。首先是非正交传输的接收机相当复杂，要设计出符合要求的SIC接收机还有赖于信号处理芯片技术的提高;

其次，功率复用技术还不是很成熟，仍然有大量的工作要做。

NOMA的难题（一）分析非正交多址接入技术（NOMA）NOMA即非正交多址接入技术，是非常有希望的5G技术。其优点是可以提高频谱效率和接入量，这恰好符合了即将到来的5G时代的爆炸性的数据增长和接入需求。

NOMA的核心理念是在发送端使用叠加编码，而在接收端使用SIC,借此，在相同的时频资源块上，通过不同的功率级级在功率域实现多址接入。这个是主流的NOMA方案。NOMA理念（一）分析非正交多址接入技术（NOMA）相比于OMA，有更高的频谱效率；可以实现大量的接入；低延时与低信令花费；较强的鲁棒性，抵抗衰落与小区间干扰；高的边缘吞吐率；宽松的信道反馈，只需要接收信号的强度，不需要具体的CSI。相比于OMA在准同步传输中的灵活性。NOMA的优点（一）分析非正交多址接入技术（NOMA）不同于4G时代OFDMA一家独大，5G时代NOMA标准的竞争异常激烈，目前已有十多种方案其中就包括：

PDMA（大唐提出）：图样分割多址接入寻址能力比较强，信道容量大，频谱利用率高。系统比较复杂。

功率域、空间域、码域。NOMA标准（一）分析非正交多址接入技术（NOMA）MUSA（中兴提出）：非正交多址技术

非线性SIC（串行干扰消除）接收机S