Abstract
The increasing demand of mobile Internet and the Internet of Things poses challenging requirements for 5G wireless communications, such as high spectral efficiency and massive connectivity. In this article, a promising technology, non-orthogonal multiple access (NOMA), is discussed, which can address some of these challenges for 5G. Different from conventional orthogonal multiple access technologies, NOMA can accommodate much more users via nonorthogonal resource allocation. We divide existing dominant NOMA schemes into two categories: power-domain multiplexing and code-domain multiplexing, and the corresponding schemes include power-domain NOMA, multiple access with low-density spreading, sparse code multiple access, multi-user shared access, pattern division multiple access, and so on. We discuss their principles, key features, and pros/cons, and then provide a comprehensive comparison of these solutions from the perspective of spectral efficiency, system performance, receiver complexity, and so on. In addition, challenges, opportunities, and future research trends for NOMA design are highlighted to provide some insight on the potential future work for researchers in this field. Finally, to leverage different multiple access schemes including both conventional OMA and new NOMA, we propose the concept of software defined multiple access (SoDeMA), which enables adaptive configuration of available multiple access schemes to support diverse services and applications in future 5G networks
چکیده
افزایش تقاضا برای اینترنت سیار و IOT نیاز چالش‌برانگیز برای ارتباطات بی‌سیم همانند بازده طیفی بالا و اتصال انبوه را مطرح کرد. در این مقاله، یک تکنولوژی نویدبخش، دسترسی چندگانه غیرمتعامد (NOMA) مورد بحث قرار گرفت که توانایی برطرف کردن برخی از چالش‌ها برای 5G را دارد. برخلاف تکنولوژی‌های مرسوم دسترسی چندگانه متعامد، NOMA توانایی آماده‌سازی بیش از یک کاربر را از طریق تخصیص غیرمتعامد منبع دارد. ما طرح‌های غالب NOMA را در دو دسته طبقه‌بندی کردیم: تسهیم حوزه-توان و تسهیم حوزه- کد و طرح‌های متناظر شامل NOMA حوزه- توان، دسترسی چندگانه با انتشار تراکم پایین، دسترسی چندگانه رمزی پراکنده، دسترسی تسهیم‌شده چندکاربری، دسترسی چندگانه تقسیم الگو و ... . ما اصول، مشخصات کلیدی و مزایا یا معایب آن‌ها را مورد بحث قرار می‌دهیم و سپس یک مقایسه جامعی از دیدگاه بازده طیفی، عملکرد سیستمی، پیچیدگی گیرنده و ... از این راه‌حل‌ها انجام می‌دهیم. بعلاوه چالش‌ها ، فرصت‌ها و گرایشات تحقیقاتی آینده برای طراحی NOMA مورد توجه قرار می‌گیرد تا بینشی برای کارهای آینده در این زمینه بوجود آید. در نهایت ما برای عملی کردن طرح‌های مختلف دسترسی چندگانه شامل هم طرح OMA معمول و هم NOMA جدید، مفهوم دسترسی چندگانه تعریف‌شده نرم‌افزاری (SoDeMA) را ارائه کردیم که باعث قابلیت پیکربندی وفقی طرح‌های دسترسی چندگانه برای حمایت سرویس‌ها و کاربردهای گوناگون در شبکه‌های 5G آینده می‌شود.
1-مقدمه
در تاریخچه ارتباطات بی‌سیم از نسل اول (1G) تا4G، طرح دسترسی چندگانه تکنولوژی کلیدی برای تمایز و تشخیص سیستم‌های بی‌سیم مختلف بوده‌است. به‌خوبی مشخص است که دسترسی چندگانه تسهیم-فرکانس (FDMA) برای 1G، دسترسی چندگانه تسهیم-زمان (TDMA) اغلب برای 2G، دسترسی چندگانه تسهیم کد(CDMA) برای 3G و دسترسی چندگانه تسهیم فرکانس متعامد (OFDMA) برای 4G اصولا طرح دسترسی چندگانه متعامد (OMA) هستند. در این طرح‌های دسترسی چندگانه مرسوم، کاربران مختلف به منابع متعامد در حوزه زمان، فرکانس یا کد به منظور کاهش و یا اجتناب از تداخل کاربر، تخصیص داده می‌شوند. از این طریق، می‌توان به سود تسهیمی با پیچیدگی منطقی دست یافت...