[論文レビュー] A Survey of Downlink Non-orthogonal Multiple Access for 5G Wireless Communication Networks

Zhiqiang Wei, Jinhong Yuan+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 7, 2016

Advanced Wireless Communication Technologies参考文献 57被引用数 175

ひとこと要約

本論文は5Gの下りNOMAを概要し、単純な2ユーザーSC-NOMAと一般的なMC-NOMAを詳述するとともに、性能・リソース割り当て・MIMO-NOMAを取り上げ、主要な特徴と課題を概説します。

ABSTRACT

Non-orthogonal multiple access (NOMA) has been recognized as a promising multiple access technique for the next generation cellular communication networks. In this paper, we first discuss a simple NOMA model with two users served by a single-carrier simultaneously to illustrate its basic principles. Then, a more general model with multicarrier serving an arbitrary number of users on each subcarrier is also discussed. An overview of existing works on performance analysis, resource allocation, and multiple-input multiple-output NOMA are summarized and discussed. Furthermore, we discuss the key features of NOMA and its potential research challenges.

研究の動機と目的

• 5Gの課題である大規模接続性、高いスペクトル効率、さまざまなQoSに対応するために、非正交マルチアクセス（NOMA）の活用を動機づける。
• 基本的な2ユーザーSC-NOMAと一般的なマルチユーザーMC-NOMAをレビューして、OMAに対する原理と潜在的利得を例示する。
• 文献における既存の性能分析、リソース割り当て戦略、MIMO-NOMA設計を要約する。
• NOMAの主要な特長・利点・制約を特定し、実用展開に向けた未解決の研究課題を概説する。

提案手法

• 受信機でのSICと重ね合わせ送信を用いた、単純な2ユーザー下りSC-NOMAモデルを提示する。
• サブキャリアごとに複数ユーザーを持つマルチユーザーMC-NOMAへ、パワー領域共有を一般化する。
• NOMA技術をコードドメインとパワードメイン・マルチプレクサ方式に分類し、PDM-NOMAを強調する。
• さまざまなCSI仮定の下で、OMAよりもスペクトル効率と outage の利点を示す性能分析をレビューする。
• MC-NOMAのリソース割り当てアプローチを調査し、結合パワー/サブキャリア最適化と公平性の考慮を含む。
• プリコーディング/検出、ユーザー組み合わせ、ビームフォーミングの側面を含む、MIMO-NOMA設計を議論する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 基本的な下りNOMA方式（SC-NOMAとMC-NOMA）は何で、OMAとどう比較されるか？
• RQ2 理想的および実用的なCSI仮定の下で、NOMAはどのような性能向上（スペクトル効率、公平性、待機時間）を提供するか？
• RQ3 MC-NOMAの主なリソース割り当て戦略は何で、総和速率と公平性のバランスをどう取るか？
• RQ4 MIMO-NOMAは性能をどう向上させ、どのような設計課題（プリコーディング、ユーザーグルーピング）が生じるか？
• RQ5 5Gネットワークでの実用的なNOMA展開における主要な課題と今後の研究方向は何か？

主な発見

• NOMAはOMAと比較してより高いスペクトル効率と改善されたユーザ公平性を達成する。
• NOMAは異種のチャネル条件をよりうまく活用し、チャネル差が顕著な場合により大きな利得を提供する。
• NOMAはサブキャリアあたりのユーザー数を増やせ、巨大接続性と多様なQoSを実現する。
• CSIの正確性とSICの計算量は、性能と実用性に影響を与える重要な要因である。
• MC-NOMAのリソース割り当ては非凸であり困難であり、総和速率と公平性のトレードオフが存在する。
• MIMO-NOMAはプリコーディングとビームフォーミングを通じて追加の利得を提供するが、設計の複雑さとスケジューリング/最適化の課題をもたらす。