1.2 研究现状

本节从5G以及5G中用到的NOMA技术两个方面介绍了国内外研究现状以及存在的一些问题，为5G中NOMA技术的研究提供参考。

1.2.1 5G国内外研究现状

与前几代例如2G、3G、4G等技术不同，5G主要采用NOMA技术，该技术目前受到全球各个国家的广泛关注。目前，5G的研究主要包含三个层次，第一层是国际性标准组织，然后是各个国家的研究组织，最后是运营商、设备制造商以及部分高校的研究组织。第一层的研发团队为国际标准组织，包含国际电信联盟组织（International Telecommunica-tion Union，ITU）[8]、3GPP[9]以及下一代移动网络联盟（Next Generation Mobile Networks，NGMN）[10]。其中，ITU已完成5G愿景研究和5G技术解决方案的收集，预计2020年完成5G标准的制定。3 GPP在2016年初就启动了5G标准的研究，2017年底完成非独立组网中5G新空口技术和网络架构的标准化，2018年下半年形成5G标准统一版本，以及完成独立组网中5G新空口技术和核心网的标准化，2019年底完成标准的5G版本。

第二层的研发中坚力量主要是欧盟、美国、日本和中国等各地政府和组织。欧盟委员会在2016年9月发布了于2018年启动5G规模试验的5G行动计划，当时预计到2020年，每个成员国至少确定一个主要城市实现5G商用，到2025年，各个成员国在城区和主要公铁路沿线能够提供稳定的5G服务。美国在全球移动通信技术的发展中一直扮演着领头羊的角色。美国联邦通信委员会（Federal Communications Commission，FCC）在2016年7月就同意为5G网络分配专门的频谱资源，自此美国成为全球首个为5G开放频谱资源的国家。同时，美国也宣布在洛杉矶、休斯敦等4个城市进行5G技术推广和实验。对于5G，日本希望能够保持4G时代的优势，为此，日本国内的无线工业及商贸联合会（Association of Radio Industries and Businesses，ARIB）在2013年就设立了一个5G研究小组旨在研究2020年及以后的移动通信关键技术，并在2019年举办的橄榄球 “世界杯” 等大型赛事上让人们亲身体验到5G技术的魅力。中国在5G研发和商用上更加积极，目前，已经在2016年完成了5G技术研发试验，在2017年完成了5G产品研发试验，在2018年完成系统方案验证，2019年实现预商用，希望在2020年实现5G规模商用。

第三层的研发团队是运营商、设备制造商及部分高校研究组织。2015年9月，设在英国萨里大学的5G创新中心（5G Innovation Centre，5GIC）成立，核心成员包含英国各大电信运营商、BBC等。日本的三家大型移动运营商都在积极部署5G网络，其中日本最大运营商NTT DoCoMo从2014年就开展了5G关键技术的试验，还发布了5G白皮书，详细阐释了5G无线接入的关键技术。运营商软银在2016年9月正式启动了5G项目 “5G Project”。同样，中国的运营商在5G部署上也比较超前，中国三大运营商普遍将5G商用提前并趋向一致——2019年预商用，2020年正式规模商用。中兴通讯从2009年开始投入5G关键技术和产品的研发，并在5G更高宽带的核心关键技术Massive MIMO上率先突破。华为和中国5G推进组一起广泛开展5G试验，包含VoNR（5G新空口承载语音）、终端芯片IoT（互操作性测试）等，为5G试商用和2020年的规模商用做好准备。目前，华为、中兴5G手机将实现商用，意味着国产5G手机具有 “5G商用领先” 的能力，可以满足运营商在2019年上半年实现真正商用的需求。

传统的OMA技术受限于正交资源而难以满足日益增多的用户数，为了实现5G中低时延高可靠性、移动互联网业务中的连续广域覆盖、物联网业务中大量低功率设备的连接等性能要求，多种重要技术陆续被提出，例如大规模MIMO，超密集网络（Ultra Dense Net-work，UDN）、小型蜂窝网络（Small Cell Network，SCN）和NOMA等[11]。NOMA具有能够大幅度提高频谱效率和提高用户的公平性等优点，因而受到学术界和工业界的广泛关注，被认为是5G的重要技术之一。

1.2.2 非正交多址接入技术研究现状及分析

多址接入技术是解决多个用户如何高效共享一个物理链路的技术。除此之外，多址接入技术还会影响系统的传输时延、传输速率、系统容量等指标。多址接入技术中的NOMA技术是由日本知名电信运营商DTT DoCoMo提出的[12]。其核心思想是：在发送端，多个用户的数据占用相同的时域/频域资源，直接在功率域上通过叠加编码（Superposition Coding，SC）后发送出去。在接收端，通过连续干扰消除来消除不同用户间的干扰，从而分别译码各个用户的数据信息。为了保证用户的公平性、提高系统的整体性能，给信道条件较好的用户分配相对较少的功率，给信道条件较差的用户分配更多的功率，然而这是以增大接收端的信号检测复杂度为代价实现的。NOMA作为提高系统容量和频谱效率的一种新兴技术，已经引起了广泛关注。与OMA技术相比，NOMA是在不同的功率域上进行复用的。为了进一步验证NOMA比OMA能够获得更好的增益，Saito等人研究了接收端采用SIC技术的NOMA下行协作中继系统的性能。

非正交传输方式打破了正交传输需要正交保护频带的限制，频带利用率的提高使系统的容量得到很大提升。因此，在相同的时间和带宽配置下，NOMA技术能获得比OMA技术更高的系统容量或者用户公平性。NOMA多址技术的特征及性能优势体现在以下三个重要的方面。

（1）发送端采用功率域复用技术

功率复用技术不等同于简单的功率控制，一般而言，在发送端给信道条件较差的用户分配更多的功率，从接收端来看，这样更有利于信道条件差的用户先被检测并分离出来。相较于传统的OMA，NOMA可以充分利用功率分配的自由度，合理地给用户分配不同的功率，保证用户之间的公平性，进一步提高系统的吞吐量等系统性能。

（2）接收端采用SIC技术

在NOMA协作中继系统中，NOMA技术是否可行还依赖于接收机的处理能力，接收机设计的关键是SIC算法，文献[13]首次提出SIC技术，SIC译码的本质在于接收端根据接收信号强度之间存在的差异逐步检测信号并消除干扰。SIC的译码顺序由信号的信干噪比（Signal to Interference Noise Ratio，SINR）决定，根据SINR的大小进行降序排列。即较好信道条件的用户在译码自身期望信号之前，需要依次去译码信道条件弱于该用户的信号并逐步消除这些信号造成的干扰。随着硬件技术的发展，接收机的处理能力飞速提升，有望达成NOMA的大规模商用。

（3）获得稳健的性能增益

NOMA技术通过非正交资源的分配允许更多用户同时接入，与OMA相比，NOMA支持大规模数据的连接，减小了传输时延和信令开销，提高了频谱效率，增强了用户之间的公平性。