[논문 리뷰] 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)|2023. 06. 11.

Advanced Wireless Communication Technologies인용 수 5

한 줄 요약

이 종합 검토는 비직교 다중접근(NOMA) 시스템에 대한 포괄적인 개요를 제공하며, 최신 기술, MIMO, IRS, 무인 항공기(UAV), 인공지능(AI)과 같은 신기술과의 통합, 성능, 보안 및 구현과 관련된 핵심 과제를 다룹니다. 이는 공유 자원 블록 내에서 전력 또는 코드 도메인에 걸쳐 사용자를 멀티플렉싱함으로써 스펙트럼 효율성 향상, 대량의 연결성 및 사용자 간 공정성 향상으로 6G 네트워크를 구현하는 데 NOMA의 역할을 강조합니다.

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.

연구 동기 및 목표

• NOMA 시스템의 현재 최신 기술 및 실용적 구현에 대한 철저한 검토를 제공하기 위해.
• NOMA 응용 분야의 주요 성능 지표 및 최근 발전을 분석하기 위해.
• MIMO, 지능형 반사 표면, 무인 항공기(UAV), 이동형 에지 컴퓨팅과 같은 신기술과의 NOMA 통합을 조사하기 위해.
• NOMA 시스템의 열린 연구 과제 및 보안 취약점을 특정하기 위해.
• 차세대 무선 네트워크를 위한 향후 연구 방향 및 잠재적 트렌드를 제시하기 위해.

제안 방법

• 이론적 기초 및 구현 프레임워크를 포함한 기존 NOMA 관련 문헌에 대한 체계적 검토.
• 전력 도메인(전력 도메인 NOMA) 또는 코드 도메인(무승인 NOMA)에서 사용자를 멀티플렉싱하는 NOMA 기법 분석.
• MIMO, 가시광통신, 인지 라디오, 협동 통신과의 NOMA 통합 검토.
• 이질적 네트워크(HetNets), 백스캐터 커뮤니케이션, 무인 항공기(UAV)에서의 NOMA 응용 탐색.
• 지능형 반사 표면(IRS), 이동형 에지 컴퓨팅(MEC), 심층 학습(DL)과 같은 신기술과의 NOMA 시너지 조사.
• 기존 연구의 비교 분 析를 통해 성능 지표, 보안 위협 및 시스템 수준의 과제 식별.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 6G 네트워크에서 전통적인 OMA에 비해 NOMA는 스펙트럼 효율성과 사용자 간 공정성을 어떻게 향상시키나요?
• RQ2 MIMO, IRS, UAV와 같은 신기술과의 NOMA 간 주요 기술적 지원 요소와 통합 기회는 무엇입니까?
• RQ3 하드웨어 제약 및 간섭 관리와 같은 구현 과제를 포함해 NOMA 구현의 주요 열린 과제는 무엇입니까?
• RQ4 NOMA 시스템의 보안 취약점은 네트워크 신뢰성과 사용자 프라이버시에 어떻게 영향을 미치나요?
• RQ5 실제 6G 구현을 위한 향후 연구 방향 중 가장 유망한 것은 무엇입니까?

주요 결과

• NOMA는 동일한 시간-주파수 자원 블록에서 다수의 사용자를 동시에 전송할 수 있게 해 스펙트럼 효율성 향상과 대량의 연결성 지원에 기여합니다.
• 전력 도메인 NOMA와 코드 도메인 NOMA는 두 주요 멀티플렉싱 기법이며, 전력 도메인 NOMA는 고밀도 사용자 환경에서 더 우수한 성능를 보입니다.
• NOMA를 MIMO 및 지능형 반사 표면(IRS)과 통합하면 스펙트럼 효율성과 커버리지가 향상되며, 특히 셀 엣지 사용자 성능 향상에 기여합니다.
• NOMA와 이동형 에지 컴퓨팅(MEC) 및 심층 학습(DL)의 조합은 동적 네트워크에서 지능형 자원 할당과 지연 감소를 가능하게 합니다.
• 사용자 도청 및 인공 노이즈 주입과 같은 보안 문제들은 여전히 주요 과제이며, 특히 전력 도메인 NOMA 시스템에서 더욱 심각합니다.
• 열린 과제로는 하드웨어 손상, 완전하지 않은 순차적 인터페런스 제거(SIC), 실용적 구현에서 강력한 빔포밍 및 전력 할당 알고리즘의 필요성이 있습니다.