[論文レビュー] A Survey of NOMA: State of the Art, Key Techniques, Open Challenges, Security Issues and Future Trends

Syed Agha Hassnain Mohsan, Yanlong Li|arXiv (Cornell University)|Jun 11, 2023

Advanced Wireless Communication Technologies被引用数 5

ひとこと要約

本サーベイは、非直交多重アクセス（NOMA）システムの包括的な概要を提供し、最先端の技術、MIMO、IRS、UAV、AIといった新興技術との統合、および性能、セキュリティ、展開に関する主な課題をカバーしている。NOMAは、共有リソースブロック内でのユーザーのパワー領域またはコード領域における多重化により、6Gネットワークの実現を可能にする。スペクトル効率の向上、マスコネクティビティ、ユーザー間公平性の向上が実現される。

ABSTRACT

Non-orthogonal multiple access (NOMA) systems can serve multiple users in contrast to orthogonal multiple-access (OMA), which makes use of the limited time or frequency domain resources. It can help to address the unprecedented technological advancements of the sixth generation (6G) network, which include high spectral efficiency, high flexibility, low transmission latency, massive connectivity, higher cell-edge throughput, and user fairness. NOMA has gained widespread recognition as a viable technology for future wireless networks. The main characteristic that sets NOMA apart from the conventional orthogonal multiple access (OMA) techniques is its ability to handle more users than orthogonal resource slots. NOMA techniques can serve multiple users in the same resource block by multiplexing users in power or code domain. The purpose of this paper is to provide a thorough overview of the promising NOMA systems. Initially, we discuss the state-of-the-art and existing literature on NOMA systems. This study also examines the practical deployment of NOMA implementation and key performance indicators. An overview of the most recent NOMA advancements and applications is also given in this survey. We also briefly discuss that multiple-input multiple-output (MIMO), visible light communications, cognitive and cooperative communications, intelligent reflecting surfaces (IRS), unmanned aerial vehicles (UAV), HetNets, backscatter communication, mobile edge computing (MEC), deep learning (DL), and other emerging and existing wireless technologies can all be flexibly combined with NOMA. This study surveys a thorough analysis of the interactions between NOMA and the aforementioned technologies. Lastly, we will highlight a number of difficult open problems and security issues that need to be resolved for NOMA, along with pertinent possibilities and potential future research directions.

研究の動機と目的

• NOMAシステムの現在の最先端技術および実用的展開に関する包括的レビューを提供すること。
• NOMAアプリケーションにおける主要な性能指標と最近の進展を分析すること。
• MIMO、知能反射表面（IRS）、UAV、モバイルエッジコンピューティングといった新興無線技術とのNOMA統合を調査すること。
• NOMAシステムにおける未解決の研究課題とセキュリティ脆弱性を特定すること。
• 次世代無線ネットワークにおけるNOMAの今後の研究方向性と潜在的なトレンドを提示すること。

提案手法

• NOMAに関する既存の文献を体系的にレビューし、理論的基盤と実装フレームワークを含む。
• ユーザーをパワー領域（パワー領域NOMA）またはコード領域（ゲートフリーNOMA）で多重化するNOMA技術の分析。
• NOMAとMIMO、可視光通信、認知無線、協調通信の統合の検討。
• ハイブリッドネットワーク（HetNets）、バックスキャター通信、無人航空機（UAV）におけるNOMAの応用の探求。
• 知能反射表面（IRS）、モバイルエッジコンピューティング（MEC）、ディープラーニング（DL）といった新興技術との相乗効果の調査。
• 既存の研究を比較分析することで、性能指標、セキュリティ脅威、システムレベルの課題を同定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 6Gネットワークにおいて、従来のOMAと比較してNOMAはスペクトル効率とユーザー公平性をどのように向上させるか？
• RQ2 MIMO、IRS、UAVといった新興技術とNOMAの間で、主な技術的実現要因と統合の機会は何か？
• RQ3 ハードウェア制限や干渉管理を含む、NOMA展開における主な課題は何か？
• RQ4 NOMAシステムにおけるセキュリティ脆弱性は、ネットワークの信頼性とユーザーのプライバシーにどのように影響を与えるか？
• RQ5 実世界の6G展開に向けてNOMAを前進させるために、最も有望な今後の研究方向性は何か？

主な発見

• NOMAは、同じ時間周波数リソースブロック内で複数ユーザーの同時送信を可能にし、スペクトル効率を著しく向上させ、マスコネクティビティを支援する。
• パワー領域NOMAとコード領域NOMAが主な多重化技術であり、特にユーザー密度の高い状況ではパワー領域NOMAが優れた性能を示す。
• NOMAとMIMOおよび知能反射表面（IRS）の統合により、スペクトル効率とカバレッジが向上し、特にセルエッジユーザーの性能向上が顕著である。
• NOMAとモバイルエッジコンピューティング（MEC）およびディープラーニング（DL）の組み合わせにより、動的ネットワークにおけるインテリジェントなリソース割り当てと遅延低減が可能になる。
• ユーザー盗聴や人工ノイズ注入といったセキュリティ問題は、特にパワー領域NOMAシステムにおいて重要な課題のまま残っている。
• 未解決の課題には、ハードウェアインパルメント、不完全な逐次干渉キャンセレーション（SIC）、実装におけるロバストなビームフォーミングおよびパワー割り当てアルゴリズムの必要性がある。