[논문 리뷰] A Survey on Non-Orthogonal Multiple Access for 5G Networks: Research Challenges and Future Trends

Zhiguo Ding, Xianfu Lei외 4명|arXiv (Cornell University)|2017. 06. 16.

Advanced Wireless Communication Technologies참고 문헌 117인용 수 70

한 줄 요약

이 논문은 5G용 NOMA에 대한 포괄적 고찰로, 단일 및 다중 반송파 NOMA, MIMO-NOMA, 협력 NOMA, mmWave 통합을 다루고 있으며, 도전 과제와 향후 방향에 대해 논의합니다.

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.

연구 동기 및 목표

• NOMA 원리를 설명하고 직교 MA와의 대조를 통해 스펙트럴 효율성과 공정성 이점을 정당화한다.
• 전력 도메인, SCMA, LDS, PDMA 등 기존 NOMA 변형과 5G에의 적용 가능성을 조사한다.
• 단일 반송파 및 다중 반송파 NOMA 설계(자원 할당 및 복잡도 고려 포함)를 검토한다.
• 준열화(quasi-degradation) 및 SISO-NOMA 하위채널로의 분해를 포함한 MIMO-NOMA 설계 원칙을 논의한다.
• 협력 NOMA 및 mmWave/NOMA 통합을 고찰하고 구현상의 도전과제와 향후 연구 방향을 강조한다.

제안 방법

• NOMA 접근법의 분류(전력 도메인, 다중 반송파, LDS/SCMA/PDMA, MIMO, 협력)를 수행한다.
• 중첩 부호화(superposition coding), SIC, MPA, 공동 복호화(JD) 등의 핵심 기법에 대한 설명.
• 다중 반송파 NOMA에서의 자원 할당, 사용자 그룹화 및 복잡도 고려에 대한 논의.
• 사용자 순서화, SISO-NOMA로의 분해, GSVD 기반 접근법 등을 포함한 MIMO-NOMA 설계 전략의 개요.
• 사용자 중계 및 전용 중계가 있는 협력 NOMA의 평가, 릴레이 선택 전략 및 풀-듀플렉스 고려사항 포함.
• 대량 연결성 및 스펙트럼 효율성을 위해 mmWave와 NOMA의 통합.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 5G 네트워크에서 NOMA가 전통적 OMA에 비해 얻는 스펙트럴 효율성과 공정성 이점은 무엇인가?
• RQ2 대량 연결성을 지원하기 위해 다중 반송파 NOMA를 효과적으로 설계하고 최적화할 수 있는 방법은 무엇이며(그룹화, 서브캐리어 할당, 전력 할당)?
• RQ3 사용자 순서화 및 채널 분해 접근법을 포함한 MIMO-NOMA의 도전 과제와 트레이드오프는 무엇인가?
• RQ4 사용자 중계 또는 전용 중계가 있는 협력 NOMA가 시스템 성능과 커버리지를 어떻게 향상시킬 수 있는가?
• RQ5 mmWave가 NOMA가 가능하게 하는 5G에서 어떤 역할을 하며 어떤 구현 도전과제가 생기는가?

주요 결과

• NOMA는 같은 자원 블록에서 여러 사용자를 서비스함으로써 스펙트럴 효율성을 개선하고 대량 연결성을 지원할 수 있다.
• CR-NOMA는 대상 데이터 속도 달성을 위한 파워 할당 제약으로 QoS 보장을 제공한다.
• SCMA, LDS, PDMA와 같은 다중 반송파 NOMA 변형은 희소 다중화와 공동 복호화를 통해 관리 가능한 복잡성을 유지하면서 과부하를 가능하게 한다.
• 준열화, 사용자 그룹화, 무작위 빔포밍, SISO-NOMA 채널로의 공간 분해, GSVD 기반 접근법을 포함한 MIMO-NOMA 설계 전략들.
• 사용자 중계 또는 전용 중계가 있는 협력 NOMA는 사용 시간 슬롯 수를 감소시키고 스펙트럴 효율성을 개선할 수 있으며, 잠재적으로 풀-듀플렉스 이점을 제공한다.
• MMWave-NOMA은 고주파 대역에서 대량 연결성을 지원하며, 밀집 네트워크에서 스펙트럴 효율성을 향상시키기 위해 NOMA를 활용한다.