[논문 리뷰] A Survey of Downlink Non-orthogonal Multiple Access for 5G Wireless Communication Networks

Zhiqiang Wei, Jinhong Yuan외 3명|arXiv (Cornell University)|2016. 09. 07.

Advanced Wireless Communication Technologies참고 문헌 57인용 수 175

한 줄 요약

이 논문은 5G를 위한 다운링크 NOMA를 조사하고, 간단한 두 사용자 SC-NOMA와 일반 MC-NOMA를 자세히 다루며 성능, 자원 할당, MIMO-NOMA를 포함하고 주요 특징과 과제를 개괄한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 비대칭 연결성, 높은 스펙트럼 효율성 및 다양한 QoS와 같은 5G 도전과제를 해결하기 위해 비정성복수접근(NOMA)의 사용을 촉진한다.
• 기본적인 두 사용자 SC-NOMA와 일반 다중사용자 MC-NOMA를 검토하여 원칙과 OMA 대비 잠재적 이점을 설명한다.
• 문헌에 있는 기존 성능 분석, 자원 할당 전략, 그리고 MIMO-NOMA 설계를 요약한다.
• NOMA의 주요 특징, 이점 및 한계를 식별하고 5G의 실용적 배치를 위한 개방형 연구 과제를 개요한다.

제안 방법

• 수신기에서 SIC가 적용된 전송이 결합된 간단한 두 사용자 다운링크 SC-NOMA 모델을 제시한다.
• 하위반송파당 여러 사용자가 있는 다중사용자 MC-NOMA로 일반화하여 전력 도메인 공유를 수행한다.
• NOMA 기술을 코드 도메인과 전력 도메인 다중화 방식으로 분류하고 PDM-NOMA에 중점을 둔다.
• 다양한 CSI 가정 하에서 스펙트럼 효율성 및 OMA 대비 outage 이점을 보여주는 성능 분석을 검토한다.
• joint power/subcarrier 최적화 및 공정성 고려를 포함한 MC-NOMA 자원 할당 접근법을 조사한다.
• 프리코딩/탐지, 사용자 페어링, 빔포밍 등의 측면을 포함한 MIMO-NOMA 설계를 논의한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 근본적인 다운링크 NOMA 스킴(SC-NOMA 및 MC-NOMA)은 무엇이며 OMA와 어떻게 비교되는가?
• RQ2 이상적 및 실용적인 CSI 가정하에서 NOMA가 제공하는 성능 이점(스펙트럴 효율, 공정성, 대기시간)은 무엇인가?
• RQ3 MC-NOMA를 위한 주요 자원 할당 전략은 무엇이며 합계 속도와 공정성 사이에서 어떻게 균형을 맞추는가?
• RQ4 MIMO-NOMA가 성능을 어떻게 향상시키며 어떤 설계 이슈(프리코딩, 사용자 그룹화)가 제기되는가?
• RQ5 실용적 NOMA 배치를 위한 주요 도전 과제와 열린 연구 방향은 5G 네트워크에서 무엇인가?

주요 결과

• NOMA는 OMA에 비해 스펙트럴 효율이 더 높고 사용자 간 공정성이 향상된다.
• NOMA는 이질적인 채널 조건을 더 잘 활용하여 채널 차이가 뚜렷할 때 더 큰 이점을 제공한다.
• NOMA는 서브캐리어당 더 많은 사용자를 지원하여 대규모 연결성과 다양한 QoS를 가능하게 한다.
• CSI 정확도와 SIC 복잡성은 성능과 실용성에 중요한 요인이다.
• MC-NOMA의 자원 할당은 비볼록적이며 합계 속도와 공정성 사이의 트레이드오프가 있다.
• MIMO-NOMA는 프리코딩 및 빔포밍을 통해 추가 이점을 제공하지만 설계 복잡성과 스케줄링/최적화 이슈를 도입한다.