[論文レビュー] A Survey on Non-Orthogonal Multiple Access for 5G Networks: Research Challenges and Future Trends

Zhiguo Ding, Xianfu Lei+4 more|arXiv (Cornell University)|Jun 16, 2017

Advanced Wireless Communication Technologies参考文献 117被引用数 70

ひとこと要約

これは5GのNOMAの包括的な調査で、単一キャリアおよびマルチキャリアNOMA、MIMO-NOMA、協調NOMA、mmWave統合を網羅し、課題と今後の方向性を論じる。

ABSTRACT

Non-orthogonal multiple access (NOMA) is an essential enabling technology for the fifth generation (5G) wireless networks to meet the heterogeneous demands on low latency, high reliability, massive connectivity, improved fairness, and high throughput. The key idea behind NOMA is to serve multiple users in the same resource block, such as a time slot, subcarrier, or spreading code. The NOMA principle is a general framework, and several recently proposed 5G multiple access schemes can be viewed as special cases. This survey provides an overview of the latest NOMA research and innovations as well as their applications. Thereby, the papers published in this special issue are put into the content of the existing literature. Future research challenges regarding NOMA in 5G and beyond are also discussed.

研究の動機と目的

• NOMAの原理を説明し、直交MAと比較してスペクトル効率と公平性の利点を正当化する。
• 既存のNOMAバリアント（パワー領域、SCMA、LDS、PDMA）とそれらの5Gへの適用可能性を調査する。
• シングルキャリアおよびマルチキャリアNOMA設計をレビューし、資源配分と複雑性の考慮事項を含む。
• クアジデグレーションを含むMIMO-NOMA設計原理と、SISO-NOMAサブチャネルへの分解を検討する。
• 協調NOMAとmmWave/NOMAの統合を検討し、実装上の課題と今後の研究方向を強調する。

提案手法

• NOMAアプローチの分類（パワー領域、マルチキャリア、LDS/SCMA/PDMA、MIMO、協調）。
• 重ね合わせ符号化、SIC、MPA、結合デコーディングの概念など、主要技術の説明。
• マルチキャリアNOMAにおける資源配分、ユーザーグルーピング、複雑性の考慮事項の議論。
• ユーザー順序付け、SISO-NOMAへの分解、GSVDベースのアプローチを含むMIMO-NOMA設計戦略の概要。
• ユーザーリレーと専用リレーを含む協調NOMAの評価、リレー選択戦略と全二重を含む考慮事項。
• 大量接続性とスペクトル効率を実現するためのmmWaveとのNOMA統合。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 5Gネットワークにおける従来のOMAに対するNOMAのスペクトル効率と公平性の利得は何か？
• RQ2 大量接続性を支えるために、マルチキャリアNOMAを効果的に設計・最適化（グルーピング、サブキャリア割り当て、電力配分）はどう行うべきか？
• RQ3 ユーザー順序付けやチャネル分解アプローチを含む、MIMO-NOMAの課題とトレードオフは何か？
• RQ4 ユーザーリレーや専用リレーを伴う協調NOMAはシステム性能とカバレッジをどのように改善できるか？
• RQ5 mmWaveがNOMA対応の5Gで果たす役割は何か、そして発生する実装課題は何か？

主な発見

• NOMAは同一リソースブロック上で複数のユーザーをサービスすることでスペクトル効率を向上させ、巨大接続性をサポートできる。
• CR-NOMAは目標データレートを満たすよう電力配分を制約することでQoSを保証する。
• SCMA、LDS、PDMAなどのマルチキャリアNOMAバリアントは、スパース多路復調と結合デコーディングを通じて複雑性を抑えつつオーバーロードを可能にする。
• MIMO-NOMA設計戦略にはクアジデグレーション、ユーザーグルーピング、ランダムビームフォーミング、SISO-NOMAチャネルへの空間分解、GSVDベースのアプローチが含まれる。
• ユーザーリレーまたは専用リレーを用いる協調NOMAはタイムスロット数を削減し、スペクトル効率を向上させる可能性があり、フルデュプレックスの利点も期待できる。
• MMWave-NOMAは高周波帯での巨大接続性を支援し、密集ネットワークでNOMAを活用してスペクトル効率を向上させる。