全面解读5G接入技术：高效

2015-09-11 15:14

　　在移动通信系统中，多址接入技术是满足多个用户同时进行通信的必要手段。在过去二十多年间，每一代移动通信系统的出现，都伴随着多址接入技术的革新。多址接入技术的设计既要考虑业务特点、系统带宽、调制编码和干扰管理等层面的影响，也要考虑设备基带能力、射频性能和成本等工程问题的制约。

　　与4G系统相比，5G网络需提供更高的频谱频率、更多的用户连接数。纵观历史，1G到4G系统大都采用了正交的多址接入技术。面向5G，非正交多址接入技术日益受到产业界的重视。一方面，从单用户信息论的角度，4GLTE系统的单链路性能已经非常接近点对点信道容量，因而单链路频谱效率的提升空间已十分有限。另一方面，从多用户信息论的角度，非正交多址技术不仅能进一步增强频谱效率，也是逼近多用户信道容量界的有效手段。

　　为此，中国电信技术创新中心在现有广泛讨论的功率域非正交多址技术的基础上，提出改进的星座域非正交多址方案。

星座域非正交多址方案

　　功率域非正交多址，是指在发送端将多个用户的信号在功率域进行直接叠加，接收端通过串行干扰删除区分不同用户的信号。如图1所示，以下行2个用户为例，功率域非正交多址方案的发送和接收端信号处理流程如下：

　　*基站发送端：小区中心的用户1和小区边缘的用户2占用相同的时频空资源，二者的信号在功率域进行叠加。其中，用户1的信道条件较好，分得较低的功率；用户2的信道条件较差，分得较高的功率；

　　*用户1接收端：考虑到分给用户1的功率低于用户2，若想正确地译码用户1的有用信号，必须先解调/译码并重构用户2的信号，然后进行删除，进而在较好的SINR条件下译码用户1的信号；

　　*用户2接收端：虽然用户2的接收信号中，存在传输给用户1的信号干扰，但这部分干扰功率低于有用信号/小区间干扰，不会对用户2带来明显的性能影响，因此可直接译码得到用户2的有用信号。

全面解读5G接入技术：高效

　　图1功率域非正交多址示意图

　　对于功率域非正交多址技术方案，由于4G LTE等实际系统一般采用正交振幅调制（QAM），在某些功率分配下，会带来容量上的成型增益损失。因而，提出改进的星座域非正交多址是一种星座图可控的非正交多址增强方案，其好处为可以降低信号叠加带来的额外成型增益损失。

　　对于下行系统，功率域非正交是将多用户信息调制到星座图后进行叠加，而星座域非正交则是基于现有的星座图、给不同的用户分配不同的比特进行同时同频传输。星座域非正交方案中的发端星座图是固定可控的，因此除了理论上的成型增益外，发送信号的误差向量、峰均功率比也与单用户信号保持一致，以获得更好的系统性能。此外，星座域非正交和功率域非正交的基带处理复杂度是近似的。

　　通信原理中，数字通信系统的调制有幅度（功率）、频率（码字）、相位（星座）三个潜在的优化方向。功率域非正交多址是利用功率分配，实现多用户的调制多址技术；而星座域非正交多址则基于星座图中幅度和相位的联合优化，实现多用户的调制多址技术。当然随着优化维度的增加，非正交方案的理论性能会有一定的增强，但同时也意味着复杂度的提升。实际系统中，需要同时考虑不同方案的性能增益、系统复杂度和工程非理想因素的约束，以寻求最优的折中方案。星座域非正交多址技术作为一种优化方案为技术的优选提供了更多的可能。