[论文解读] A Survey of Downlink Non-orthogonal Multiple Access for 5G Wireless Communication Networks

Zhiqiang Wei, Jinhong Yuan+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 7, 2016

Advanced Wireless Communication Technologies参考文献 57被引用 175

一句话总结

本论文综述面向5G的下行NOMA，详细介绍简单的两用户SC-NOMA和通用的MC-NOMA，以及性能、资源分配和MIMO-NOMA，并概述关键特征与挑战。

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.

研究动机与目标

• 动机使用非正交多址访问（NOMA）以应对5G挑战，如大规模连接、较高频谱效率和多样化的QoS。
• 回顾基本的两用户SC-NOMA和通用多用户MC-NOMA，以说明原理和相对于OMA的潜在增益。
• 总结文献中现有的性能分析、资源分配策略和MIMO-NOMA设计。
• 识别NOMA的关键特征、优势及局限性，并概述实际部署中的开放研究挑战。

提出的方法

• 给出一个简单的两用户下行SC-NOMA模型，采用叠加传输和接收端SIC。
• 推广到具有每个子载波多用户的多用户MC-NOMA，及功率域共享。
• 将NOMA技术分为码域和功率域复用方案，并强调PDM-NOMA。
• 回顾在各种CSI假设下显示出相对于OMA的频谱效率和中断概率优势的性能分析。
• 综述 MC-NOMA 的资源分配方法，包括联合功率/子载波优化以及公平性方面的考量。
• 讨论 MIMO-NOMA 的设计，包括预编码/检测、用户配对以及波束成形等方面。

实验结果

研究问题

• RQ1 基本的下行 NOMA 方案是什么（SC-NOMA 和 MC-NOMA），它们与 OMA 相比有何差异？
• RQ2 在理想和实际 CSI 假设下，NOMA 提供哪些性能增益（频谱效率、公平性、延迟）？
• RQ3 MC-NOMA 的主要资源分配策略是什么，它们如何在总速率与公平性之间取得平衡？
• RQ4 MIMO-NOMA 如何提升性能，出现哪些设计问题（预编码、用户分组）？
• RQ5 在5G网络中实际部署NOMA 时，面临哪些关键挑战和开放研究方向？

主要发现

• NOMA 相较 OMA 实现了更高的频谱效率和改善的用户公平性。
• NOMA 能更好地利用异质信道条件，当信道差异明显时能提供更大增益。
• NOMA 支持每个子载波更多的用户，从而实现大规模连接和多样化的 QoS。
• CSI 的准确性和 SIC 的复杂性是关键因素，影响性能与实际可行性。
• MC-NOMA 的资源分配是非凸且具有挑战性的，存在总速率与公平性之间的权衡。
• MIMO-NOMA 通过预编码和波束成形提供额外增益，但引入设计复杂性和调度/优化挑战。