面向5G的图样分割非正交多址接入(PDMA)关键技术研究
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5G系统无线网络核心技术
5G系统无线网络核心技术了解5G 系统关键无线技术特征 熟悉5G 系统关键无线技术优势 掌握5G 系统超大规模天线技术 掌握5G 系统关键无线传输技术 掌握5G 系统密集组网 相关策略✓无线通信系统原理 ✓LTE 网络原理与技术 ✓通信工程与网络技术先修课程• 用户体验速率100Mbps• 用户体验速率1Gbps • 用户峰值速率数十Gbps • 流量密度数十Tbps/km^2• 低功耗/低成本/广覆盖• 海量连接（1e6-1e7/km^2）• 空口时延：1ms• 端到端时延：ms级• 可靠性：接近100%体技术带来✓海量设备带来的能耗增加为绿色通信的要求带来⏹技术原理–当基站侧天线数远大于用户天线数时，基站到各个用户的信道将趋于正交。
–用户间干扰将趋于消失，而巨大的阵列增益将能够有效地提升每个用户的信噪比，从而能够在相同的时频资源共同调度更多用户。
⏹功能和优势–若基站配置400根天线，在20MHz带宽的同频复用TDD系统中，每小区用MU-MIMO方式服务42个用户时，即使小区间无协作，且接收/发送只采用简单的MRC/MRT时，每个小区的平均容量也可高达1800Mbps。
⏹应用场景–城区宏覆盖、高层建筑、室内外热点、郊区、无线回传链路⏹技术方案–面向异构和密集组网的massive MIMO网络构架与组网方案–Massive MIMO物理层关键技术–大规模有源阵列天线技术–大规模天线与高频段的结合4G ：3GPP LTE-A 标准4G ：3GPP LTE 标准5G3G ：WCDMA HSPA+标准大规模天线：基站使用大规模天线阵列（几十甚至上百根天线）支持SISO ，2×2MIMO ，4×4MIMO 。
下行峰值速率100Mb/s 。
支持2×2MIMO ，下行峰值速率42Mb/s最多支持8×8MIMO ，下行峰值速率1Gb/s3G ：WCDMA HSPA 标准只能使用SISO ，下行峰值速率7.2Mb/sMIMO C-RAN 分布MIMOMIMO 技术的演进用户水平+垂直分布•大规模天线应用场景：中心式天线系统–适用于宏蜂窝小区，中心基站使用大规模天线–微小区为大部分用户提供服务，而大规模天线基站为微小区范围外的用户提供服务，同时对微小区进行控制和调度256(8*32)MRT ZF天线数频谱效率•大规模天线应用场景：分布式天线系统–多根天线分布在区域内联合处理(C-RAN)–适用于高用户密度或者室内场景室外密集小小区部署分布式大规模天线阵列理想回程理想回程室内密集小小区理想回程室外密集小小区非理想回程室内密集小小区非理想回程VS三维立体信号可扩展高层楼宇室内覆盖的深度和广度三维立体信号可针对不同用户实现垂直面空分，显著提升频谱效率三维立体信号波束更窄，降低对邻区的干扰平面信号可实现高层楼宇的室内覆盖无法实现垂直面空分平面信号无法在垂直面跟踪用户传统MIMO 3D-MIMO扇区天线3D MIMO 天线3D MIMO每个垂直的天线阵子分割成多个阵子（天线数目大幅增加），大规模天线阵列正是基于多用户波束成形的原理，在基站端布置多根天线，对几十个目标接收机调制各自的波束多天线技术的标准化现状LTE Rel-8LTE Rel-9LTE Rel-10LTE Rel-11DL MIMO EnhancementUL MIMOCoMPSU-MIMOMU-MIMO & Beamforming Dual-layer Beamforming最多 4 层最多8层最多2层 最多4层 (rank1-2/UE)SU 维度MU 维度 优先级 SU-MIMO MU-MIMO Network MU-MIMO• MIMO 技术的性能增益来自于多天线信道的空间自由度 • 维度扩展始终是MIMO 技术演进的重要方向大规模天线核心技术CSI-1CSI-2 CSI-3 CSI-4 CSI measurement &feedbackTransmission3D-GoBActive Antenna System (AAS)•更多的基带可控通道，维度扩展成为可能•2D AAS阵列中的水平/垂直基带可控通道•UE-specific 3D-MIMO•垂直扇区化•灵活的 RET•多RAT独立tilt调整•降低功率损耗，更高的最大发射功率•顺应C-RAN趋势：云计算+AAS•降低维护成本3D MIMO有利于：☐在密集的城市环境中对不同楼层的室内覆盖☐降低对邻小区干扰☐实现小区内多用户干扰协调BBUAAS峰速：4Gbps⏹技术原理–PDMA图样分割多址接入（Pattern Division Multiple Acess）是一种基于多用户通信系统整体优化的新型非正交多址接入技术，通过发送端和接收端的联合设计，在发送端采用功率/空间/编码等多种信号域的单⏹技术方案–发射端图样设计–导频设计–与MIMO结合–低复杂度检测算法⏹应用场景–宏蜂窝及宏微蜂窝异构网络图样分割多址接入1G2G3G 4G正交多址接入技术−已有通信标准都采用正交接入技术发端非正交传输，接收端串行干扰抵消检测，能够达到多用户信道容量。
面向5G的非正交多址接入技术(NOMA)浅析
Keywords：
Integrated network architecture；Cell division；Cell handover；POI；Leak cable
Hale Waihona Puke 0 前言2013 年 5 月，韩国三星电子宣布，率先开发出了首 个 5G 核心技术支撑的移动无线传输网络，在实验室实 现了 1 Gbit/s 的无线数据传输速率，是目前 LTE 最高下 行速率的 10 倍。一年后，瑞典爱立信宣布，其研发的 5G 无线技术部分在测试中，实验室理想状态下的传输 速率高达 5 Gbit/s，这意味着爱立信的 5G 无线传输速 率是目前 LTE 最高下行速率的 50 倍，标志着无线传输 速率再创新高。显然，这些研究工作仅限于 5G 系统中 无线传输的一部分，整个 5G 系统包括的技术特点和网 络架构还远非如此。也就是说，迄今为止还没有一个
本文分析了 5G 系统中 NOMA 的工作原理，尤其是 NOMA 技 术 中 的 关 键 检 测 技 术 —— 串 行 干 扰 消 除 （SIC）技术，分析了 NOMA 技术在发射端和接收端存在 的困难，指出其实现难度，为了解 5G 提供有益的帮助。
1 非正交多址技术 NOMA
NOMA 的基本思想是在发送端采用分配用户发射 功率的非正交发送，主动引入干扰信息，在接收端通过 SIC 接收机消除干扰，实现正确解调。NOMA 技术在时 域仍然可以用 OFDM 符号为最小单位，符号间插入 CP 防止符号间干扰；在频域仍然可以用子信道为最小单 位，各子信道间采用 OFDM 技术，保持子信道间互为正 交、互不干扰；每个子信道和 OFDM 符号对应的功率不 再只给一个用户，而是由多个用户共享，但这种同一子 信道和 OFDM 符号上的不同用户的信号功率是非正交 的，因而产生共享信道的多址干扰（MAI），为了克服干 扰，NOMA 在接收端采用了串行干扰消除技术进行多 用户干扰检测和删除，以保证系统的正常通信。
Integrated network architecture；Cell division；Cell handover；POI；Leak cable
Hale Waihona Puke 0 前言2013 年 5 月，韩国三星电子宣布，率先开发出了首 个 5G 核心技术支撑的移动无线传输网络，在实验室实 现了 1 Gbit/s 的无线数据传输速率，是目前 LTE 最高下 行速率的 10 倍。一年后，瑞典爱立信宣布，其研发的 5G 无线技术部分在测试中，实验室理想状态下的传输 速率高达 5 Gbit/s，这意味着爱立信的 5G 无线传输速 率是目前 LTE 最高下行速率的 50 倍，标志着无线传输 速率再创新高。显然，这些研究工作仅限于 5G 系统中 无线传输的一部分，整个 5G 系统包括的技术特点和网 络架构还远非如此。也就是说，迄今为止还没有一个
本文分析了 5G 系统中 NOMA 的工作原理，尤其是 NOMA 技 术 中 的 关 键 检 测 技 术 —— 串 行 干 扰 消 除 （SIC）技术，分析了 NOMA 技术在发射端和接收端存在 的困难，指出其实现难度，为了解 5G 提供有益的帮助。
1 非正交多址技术 NOMA
NOMA 的基本思想是在发送端采用分配用户发射 功率的非正交发送，主动引入干扰信息，在接收端通过 SIC 接收机消除干扰，实现正确解调。NOMA 技术在时 域仍然可以用 OFDM 符号为最小单位，符号间插入 CP 防止符号间干扰；在频域仍然可以用子信道为最小单 位，各子信道间采用 OFDM 技术，保持子信道间互为正 交、互不干扰；每个子信道和 OFDM 符号对应的功率不 再只给一个用户，而是由多个用户共享，但这种同一子 信道和 OFDM 符号上的不同用户的信号功率是非正交 的，因而产生共享信道的多址干扰（MAI），为了克服干 扰，NOMA 在接收端采用了串行干扰消除技术进行多 用户干扰检测和删除，以保证系统的正常通信。
5G：非正交多址技术(NOMA)的性能优势
5G：非正交多址技术（NOMA）的性能优势移动通信技术发展到今天，频谱资源也变得越来越紧张了。
同时，为了满足飞速增长的移动业务需求，人们已经开始在寻找既能满足用户体验需求又能提高频谱效率的新的移动通信技术。
在这种背景下，人们提出了非正交多址技术（NOMA）。
非正交多址技术（NOMA）的基本思想是在发送端采用非正交发送，主动引入干扰信息，在接收端通过串行干扰删除（SIC）接收机实现正确解调。
虽然，采用SIC技术的接收机复杂度有一定的提高，但是可以很好地提高频谱效率。
用提高接收机的复杂度来换取频谱效率，这就是NOMA技术的本质。
NOMA的子信道传输依然采用正交频分复用（OFDM）技术，子信道之间是正交的，互不干扰，但是一个子信道上不再只分配给一个用户，而是多个用户共享。
同一子信道上不同用户之间是非正交传输，这样就会产生用户间干扰问题，这也就是在接收端要采用SIC技术进行多用户检测的目的。
在发送端，对同一子信道上的不同用户采用功率复用技术进行发送，不同的用户的信号功率按照相关的算法进行分配，这样到达接收端每个用户的信号功率都不一样。
SIC接收机再根据不同户用信号功率大小按照一定的顺序进行干扰消除，实现正确解调，同时也达到了区分用户的目的，如图1所示。
图1：下行链路中的NOMA技术原理总的来说，NOMA主要有3个技术特点：1、接收端采用串行干扰删除（SIC）技术。
NOMA在接收端采用SIC技术来消除干扰，可以很好地提高接收机的性能。
串行干扰消除技术的基本思想是采用逐级消除干扰策略，在接收信号中对用户逐个进行判决，进行幅度恢复后，将该用户信号产生的多址干扰从接收信号中减去，并对剩下的用户再次进行判决，如此循环操作，直至消除所有的多址干扰。
与正交传输相比，采用SIC技术的NOMA的接收机比较复杂，而NOMA技术的关键就是能否设计出复杂的SIC接收机。
随着未来几年芯片处理能力的提升，相信这一问题将会得到解决。
第6章-5G关键技术
7
6.1.2 UFMC
• 由于FBMC滤波器的帧的长度要求使得FBMC不适用于短包类通信业务以及 对时延要求较高的业务，所以诞生了一种针对FBMC的改进方案—通用滤 波多载波技术UFMC。
• UFMC通过对一组连续的子载波进行滤波操作(其中子载波的个数根据实际 应用进行配置)，克服了FBMC系统中存在的不足。当每组中子载波数为1 时UFMC就成为FBMC，所以FBMC是UFMC的一种特殊情况，因此UFMC也 被称为通用滤波的OFDM。
uRRLC应用场景要求端到端时延为1ms或低于1ms，同时系统必须具有极短的时域符号和极短的 TTI(TransmissionTime Interval，传输时间间隔)，这就需要频域较宽的子载波带宽。
（2）CP-OFDM对精确同步有严苛要求。
CP-OFDM的优势主要体现在子载波间的正交性上，这就需要精确的同步，但如果在5G mMTCP场 景中，要求海量的连接都采用精确的同步，那么网络将存在大量的同步信令，造成网络阻塞。
6.1 正交波形和多址技术
课程内容： • FBMC • UFMC • GFDM • F-OFDM • 四种新波形技术特点的比较
3
5G新波形概述： • 在面对5G的丰富业务场景需求时OFDM的弱点被放大：
（1）CP-OFDM（Cyclic Prefix Orthogonal Frequency Division Multiplexing， 带循环前缀的正交频分复用）的灵活性不足以应对5G的多场景应用。
NOMA的子信道传输依然采用正交频分复用技术，子信道之间是正交的，互不干扰，但是一 个子信道不再只分配给一个用户，而是多个用户共享。同一子信道上不同用户之间是非正交 传输，这样就会产生用户间的干扰问题，这也就是在接收端要采用SIC技术进行检测的目的。 在发送端，对同一子信道上的不同用户采用功率复用技术进行发送，不同的用户的信号功率 按照相关的算法进行分配，这样到达接收端每个用户的信号功率都不一样。SIC接收机再根 据不同用户信号功率大小按照一定的顺序进行干扰消除，实现正确解调，同时也达到了区分 用户的目的。
6.1.2 UFMC
• 由于FBMC滤波器的帧的长度要求使得FBMC不适用于短包类通信业务以及 对时延要求较高的业务，所以诞生了一种针对FBMC的改进方案—通用滤 波多载波技术UFMC。
• UFMC通过对一组连续的子载波进行滤波操作(其中子载波的个数根据实际 应用进行配置)，克服了FBMC系统中存在的不足。当每组中子载波数为1 时UFMC就成为FBMC，所以FBMC是UFMC的一种特殊情况，因此UFMC也 被称为通用滤波的OFDM。
uRRLC应用场景要求端到端时延为1ms或低于1ms，同时系统必须具有极短的时域符号和极短的 TTI(TransmissionTime Interval，传输时间间隔)，这就需要频域较宽的子载波带宽。
（2）CP-OFDM对精确同步有严苛要求。
CP-OFDM的优势主要体现在子载波间的正交性上，这就需要精确的同步，但如果在5G mMTCP场 景中，要求海量的连接都采用精确的同步，那么网络将存在大量的同步信令，造成网络阻塞。
6.1 正交波形和多址技术
课程内容： • FBMC • UFMC • GFDM • F-OFDM • 四种新波形技术特点的比较
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5G新波形概述： • 在面对5G的丰富业务场景需求时OFDM的弱点被放大：
（1）CP-OFDM（Cyclic Prefix Orthogonal Frequency Division Multiplexing， 带循环前缀的正交频分复用）的灵活性不足以应对5G的多场景应用。
NOMA的子信道传输依然采用正交频分复用技术，子信道之间是正交的，互不干扰，但是一 个子信道不再只分配给一个用户，而是多个用户共享。同一子信道上不同用户之间是非正交 传输，这样就会产生用户间的干扰问题，这也就是在接收端要采用SIC技术进行检测的目的。 在发送端，对同一子信道上的不同用户采用功率复用技术进行发送，不同的用户的信号功率 按照相关的算法进行分配，这样到达接收端每个用户的信号功率都不一样。SIC接收机再根 据不同用户信号功率大小按照一定的顺序进行干扰消除，实现正确解调，同时也达到了区分 用户的目的。
面向全双工协作通信的NOMA技术研究
面向全双工协作通信的NOMA技术研究面向全双工协作通信的NOMA技术研究NOMA是一种非正交多址接入技术，近年来受到了广泛的关注和研究。
在传统的无线通信系统中，多个用户需要使用不同的频谱资源同时进行通信，这样就会导致频带资源利用率的下降。
而NOMA技术通过将不同用户的信号在相同的频率上进行叠加传输，从而实现多用户共享频谱资源的目的。
特别是在全双工协作通信中，NOMA技术具备很大的潜力，可以提高频谱效率和系统容量。
本文将重点介绍面向全双工协作通信的NOMA技术的研究进展和应用。
全双工协作通信是指在无线通信系统中，发送和接收信号可以同时进行。
与传统的半双工通信相比，全双工通信具有更高的频谱效率和更低的时延。
然而，全双工通信中存在信号的自干扰问题，即发送信号会对接收信号产生干扰。
为了解决这一问题，NOMA技术可以用于全双工通信系统中，通过同时传输多个用户的信号，并采用先进的信号处理算法进行分离和解码。
在全双工协作通信的NOMA系统中，多个用户可以同时发送和接收信号，在同时时隙中进行通信，因此可以充分利用频谱资源。
与传统的多址接入技术相比，NOMA技术通过使用功率分配和多重访问技术，将多个用户的信号在同一频率上进行叠加传输，从而显著提高频谱效率。
此外，NOMA技术还可以利用用户间的信道状态信息进行资源优化和分配，从而进一步提高系统性能。
在全双工协作通信的NOMA系统中，信号的解码和分离是一个重要的问题。
由于发送和接收信号在同一频率上同时传输，接收端需要通过解码算法来分离不同用户的信号。
MUD（multi-user detection）是一种常用的信号分离和解码算法，可以在接收端对接收到的混叠信号进行分离和解码。
通过结合MUD算法和NOMA技术，可以实现高效的信号分离和解码，进一步提高系统容量和频谱效率。
除了信号处理方面的研究，全双工协作通信的NOMA系统还需要考虑功率控制、资源分配和多路径干扰等问题。
在NOMA系统中，不同用户的功率控制对系统性能有较大影响。
5G移动通信发展现状与趋势苏州
密集站点
MIMO
C-RAN
分布MIMO
18
大规模天线技术
Beam pattern
Capacity
Energy Efficiency
Detectio n Lower Bounds
Upper Bounds
Beamforming/Precodin g
Prototype
Channel Modeling Resource Allocation
RTT(0.1ms) PL(10-6)
TTI(20us) PL(10-3)
Unicast
RN
Relay
Mu l t i c ast
T<10ms
1. 随机接入
2. 同步，资 源分配
4. 连接建立
3.鉴权
短帧
流程优化
D2D
I am
Discovery Here
智能交通 工业控制
紧急通信
D2D
Data
Communication transfer
– 是IMT-2020推进组高频段专题的核 心力量
– 牵头承担重大专项“毫米波频段移动 通信系统关键技术研究与验证”
主要功能和优势
– 高达1GHz带宽的频率资源，将有效地支持
– 在推动和企业及高校联合的高频段测 试
10Gbps峰值速率和1Gbps用户体验速率。
应用场景
– 用高频做蜂窝接入
干扰协调干扰管理
统一的多无线接入技术融合 无线资源调度与共享
控制平面
控制集中化、简单化 服务差异化、开放化
转发平面
用户面下沉分布式网关 移动边缘内容与计算
13
主要内容
1 5G系统标准概述 2 5G系统能力特征 3 5G系统核心技术 44 5G系统典型应用 45 5G的机会与挑战
IMT-2020(5G)推进组-5G概念白皮书
在全球业界的共同努力下，5G愿景与关键能力需求已基本明 确，预计2016年将启动国际标准制定工作。为使5G技术研发和标 准化形成合力，需尽快明确5G概念、技术路线与核心技术，这将 对凝聚全球业界力量，推动5G发展具有极其重要的意义。
本白皮书从5G愿景与需求出发，分析归纳了5G主要技术场 景、关键挑战和适用关键技术，提取了关键能力与核心技术特征 并形成5G概念，在此基础上，结合标准与产业趋势，提出了5G 适合的技术路线。
5
IMT-2020(5G)推进组 5G概念白皮书
的会话控制、移动性管理和服务质量保证，并构建面向业务的网 络能力开放接口，从而满足业务的差异化需求并提升业务的部署 效率。转发云基于通用的硬件平台，在控制云高效的网络控制和 资源调度下基于“三朵云”的新型5G网络架构是移动网络未来的发展方 向，但实际网络发展在满足未来新业务和新场景需求的同时，也 要充分考虑现有移动网络的演进途径。5G网络架构的发展会存在 局部变化到全网变革的中间阶段，通信技术与IT技术的融合会从 核心网向无线接入网逐步延伸，最终形成网络架构的整体演变。
低功耗大连接和低时延高可靠场景主要面向物联网业务，是 5G新拓展的场景，重点解决传统移动通信无法很好支持地物联网 及垂直行业应用。
• 低功耗大连接场景主要面向智慧城市、环境监测、智能农 业、森林防火等以传感和数据采集为目标的应用场景，具 有小数据包、低功耗、海量连接等特点。这类终端分布范 围广、数量众多，不仅要求网络具备超千亿连接的支持能 力，满足100万/km2连接数密度指标要求，而且还要保证 终端的超低功耗和超低成本。
8
IMT-2020(5G)推进组 5G概念白皮书 综合5G关键能力与核心技术，5G概念可由“标志性能力指 标”和“一组关键技术”来共同定义。其中，标志性能力指标为 “Gbps用户体验速率”，一组关键技术包括大规模天线阵列、超 密集组网、新型多址、全频谱接入和新型网络架构。
本白皮书从5G愿景与需求出发，分析归纳了5G主要技术场 景、关键挑战和适用关键技术，提取了关键能力与核心技术特征 并形成5G概念，在此基础上，结合标准与产业趋势，提出了5G 适合的技术路线。
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IMT-2020(5G)推进组 5G概念白皮书
的会话控制、移动性管理和服务质量保证，并构建面向业务的网 络能力开放接口，从而满足业务的差异化需求并提升业务的部署 效率。转发云基于通用的硬件平台，在控制云高效的网络控制和 资源调度下基于“三朵云”的新型5G网络架构是移动网络未来的发展方 向，但实际网络发展在满足未来新业务和新场景需求的同时，也 要充分考虑现有移动网络的演进途径。5G网络架构的发展会存在 局部变化到全网变革的中间阶段，通信技术与IT技术的融合会从 核心网向无线接入网逐步延伸，最终形成网络架构的整体演变。
低功耗大连接和低时延高可靠场景主要面向物联网业务，是 5G新拓展的场景，重点解决传统移动通信无法很好支持地物联网 及垂直行业应用。
• 低功耗大连接场景主要面向智慧城市、环境监测、智能农 业、森林防火等以传感和数据采集为目标的应用场景，具 有小数据包、低功耗、海量连接等特点。这类终端分布范 围广、数量众多，不仅要求网络具备超千亿连接的支持能 力，满足100万/km2连接数密度指标要求，而且还要保证 终端的超低功耗和超低成本。
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IMT-2020(5G)推进组 5G概念白皮书 综合5G关键能力与核心技术，5G概念可由“标志性能力指 标”和“一组关键技术”来共同定义。其中，标志性能力指标为 “Gbps用户体验速率”，一组关键技术包括大规模天线阵列、超 密集组网、新型多址、全频谱接入和新型网络架构。
面向5G的非正交多址接入技术(NOMA)浅析
功率域
UE 功率 子载波 1
1 资源单元=1 子载波×1 OFDM 符号 时域
OFDM 符号 3
子载波 3
OFDM 符号 1
子载波 7
频域
图 1 OFDM 技术的资源分配情况
图 2 所示是 NOMA 技术中频域、时域和功率域立 体系统中用户信息承载的资源分配简图，对应的频域、 时域平面与 OFDM 资源平面一样，不同的是它已开发 了功率域应用，即频域、时域平面上的每个资源单元可 以承载多个信号功率不同的用户。显然，NOMA 技术 是三维立体资源承载系统，无线信道的传输能力要比 LTE 强许多。当然，由于功率域的引入，系统的抗干扰 技术将更加复杂，所以频域的子载波频宽可能并非是 15 kHz，时域的 OFDM 符号时长可能并非是 1/14 ms， 但工作原理是一样的。因功率域中各用户的功率是非 正交的，具有线性叠加性，由此而引起的同频同时用户 的干扰不可避免，必须删除这些干扰才能保证系统的 正常工作。
图3所示为在ofdm基础上的noma多址技术原图1ofdm技术的资源分配情况图2noma技术的资源分配情况频域子载波7ofdm符号1ofdm符号3时域1资源单元1子载波10fdm符号功率域ue3功率ue1功率子载波3子载波1无线通信radiocommunication张长青面向5g的非正交多址接入技术noma浅析频域子载波7ofdm符号1ofdm符号3时域1资源单元1子载波1ofdm符号功率域ue功率子载波3子载波150邮电设计技术201511理简图发送端在ifft变换模块后增加了用户信号功率复用模块接收端在fft变换模块前增加了串行干扰消除sic模块
邮电设计技术/2015/11 49
无线通信 张长青
Radio Communication 面向 5G 的非正交多址接入技术（NOMA）浅析
5G无线移动通信网络的关键技术
5G无线移动通信网络的关键技术1、高级MIMO技术MIMO是应对无线数据业务爆发式增长挑战的关键技术，目前4G仅仅支持最大8端口MIMO技术，还有较大的潜力进一步地大幅提升系统容量。
MIMO的演进主要围绕着以下几个目标：更大的波束赋形/预编码增益；更多的空间复用层数（MU/SU）及更小的层间干扰；更全面的覆盖；更小的站点间干扰。
MassiveMIMO和3DMIMO是MIMO 演进的最主要的2种候选技术。
MassiveMIMO的主要特征是天线数目的大量增加，3DMIMO将波束赋型从原来的水平维度扩展到了垂直维度，对这一维度的信道信息加以有效利用，可以有效地抑制小区间同频用户的干扰，从而提升边缘用户的性能乃至整个小区的平均吞吐量。
虽然这2种研究侧重点不一样，但在实际的场景中往往会结合使用，在3GPP中称之为全维度MIMO（FD-MIMO）。
仿真结果表明，相对于4G系统中2天线的基站系统，采用32个天线端口的FD-MIMO系统可以取得2~3.6倍的小区平均速率增益和1.5~5倍的小区边缘速率增益。
2、高级多址技术移动通信从1G发展到4G，多址方式都是正交或者准正交的方式。
多址方式也是向着提高频谱效率的方向发展。
特别是非正交多址（NOMA）方式，用户的数据在同样的时频资源上并行发送，利用串行干扰消除（SIC）技术分别将用户的数据解调出来。
除了传统的基于SIC的NOMA技术之外，还有其他的改进型的NOMA技术。
如模式划分多址技术（PDMA）、稀疏码多址技术（SCMA）等。
以PDMA 多址技术为例，其允许不同用户在功率域、空域、码域的重叠以提高频谱效率。
不同用户的区分通过用户的模式进行区分。
在不同的功率域、空域、码域利用不同的用户特征模式来识别不同的用户。
3、同时同频全双工技术同时同频全双工技术就是在相同的频谱上，近端设备或远端设备同时发射、同时接收电磁波信号，利用干扰消除技术消除来自于发送天线的干扰信号，实现同时同频全双工通信。
面向5G的非正交多址接入技术的比较_张长青
NOMA 是典型的仅有功率域应用的非正交多址 接入技术，也是所有非正交多址接入技术中最简单的 一种。由于 NOMA 采用的是多个用户信号功率域的 简单线性叠加，对现有其他成熟的多址技术和移动通 信标准的影响不大，甚至可以与 4G 正交频分多址技术 （OFDMA， Orthogonal Frequency Division Multiple Access）简单地结合。在 4G LTE 系统多址接入技术中， 每个时域频域资源单元只对应一个用户信号，由于时 域和频域各自采用了正交处理方案，所以确定了资源 单元就确定了用户信号，确定了通信用户，即 4G 消除 用户信号间干扰是通过频域子载波正交和时域符号 前插入循环前缀实现的。在 NOMA 技术中，虽然时 域频域资源单元对应的时域和频域可能同样采取正 交方案，但因每个资源单元承载着非正交的多个用户 信号，要区别同一资源单元中的不同用户，只能采用 其他技术。
交多址接入技术都已达到了香农定理信道容量的极 限，这说明非正交多址接入技术在满足 5G 设计理念和 技术要求等方面，具有强大的竞争优势。
目前，以我国为主的全球多家公司正在积极研发 面向 5G 的非正交多址接入技术，虽然它们的重点各有 不同，但目标只有一个，都想占据 5G 技术的制高点，掌 控 5G 技术的专利权，在未来移动通信领域谋得一席之 地。为此，笔者在简单分析了在非正交多址接入技术 中非常重要的串行干扰消除技术后，重点分析了当前 几种引人瞩目的非正交多址技术的基本原理，比较了 它们各自的技术优劣，并根据《5G 愿景与需求白皮书》 的基本标准，从基站和终端特点出发分析了哪些技术 更适合 5G 需求，提出了一些建议，以供相关技术人员 参考。
在 SIC 接收机中，第 1 个用户信号的检测并不能 从 这 种 干 扰 消 除 算 法 中 获 益 ，但 因 为 它 是 最 强 的 信 号，所以将它放在最前面进行检测也是最精确的。弱 信号可以从这种干扰消除算法中获得最大好处。因 此，接收信号必须按功率的大小由强到弱进行排序。 SIC 技术是消除多址干扰最简单最直观的方法之一， 性能上比传统检测器有较大提高，结构简单、实现容 易，适合 5G 系统的设计要求，但因运算复杂度与用户 数呈线性关系，同一资源单元上叠加的用户数不能太 多。SIC 接收机还存在每一级干扰消除都会带入一个 比 特 的 延 迟 、用 户 功 率 发 生 变 化 时 系 统 需 要 重 新 排 序、若初始信号比特估计不可靠则会对后级检测产生 极大影响等缺点。
交多址接入技术都已达到了香农定理信道容量的极 限，这说明非正交多址接入技术在满足 5G 设计理念和 技术要求等方面，具有强大的竞争优势。
目前，以我国为主的全球多家公司正在积极研发 面向 5G 的非正交多址接入技术，虽然它们的重点各有 不同，但目标只有一个，都想占据 5G 技术的制高点，掌 控 5G 技术的专利权，在未来移动通信领域谋得一席之 地。为此，笔者在简单分析了在非正交多址接入技术 中非常重要的串行干扰消除技术后，重点分析了当前 几种引人瞩目的非正交多址技术的基本原理，比较了 它们各自的技术优劣，并根据《5G 愿景与需求白皮书》 的基本标准，从基站和终端特点出发分析了哪些技术 更适合 5G 需求，提出了一些建议，以供相关技术人员 参考。
在 SIC 接收机中，第 1 个用户信号的检测并不能 从 这 种 干 扰 消 除 算 法 中 获 益 ，但 因 为 它 是 最 强 的 信 号，所以将它放在最前面进行检测也是最精确的。弱 信号可以从这种干扰消除算法中获得最大好处。因 此，接收信号必须按功率的大小由强到弱进行排序。 SIC 技术是消除多址干扰最简单最直观的方法之一， 性能上比传统检测器有较大提高，结构简单、实现容 易，适合 5G 系统的设计要求，但因运算复杂度与用户 数呈线性关系，同一资源单元上叠加的用户数不能太 多。SIC 接收机还存在每一级干扰消除都会带入一个 比 特 的 延 迟 、用 户 功 率 发 生 变 化 时 系 统 需 要 重 新 排 序、若初始信号比特估计不可靠则会对后级检测产生 极大影响等缺点。
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面向5G的图样分割非正交多址接入（PDMA）关键技术研究为了满足第五代(5th Generation, 5G)移动通信系统提出的连接数密度、峰值速率和时延等指标,电信科学技术研究院提出了一种新型的非正交多址接入机制——图样分割多址接入(Pattern Division Multiple Access,PDMA)。
PDMA技术的基本思想是基于发送端和接收端的联合设计,发送端将多个用户的信号通过图样映射到相同的时域、频域和空域资源进行复用传输;接收端采用广义串行干扰删除(General Successive Interference Cancellation,GSIC)算法进行多用户检测,逼近多用户信道的容量边界。
目前,PDMA技术正在第三代合作伙伴计划(3rd Generation Partnership Project,3GPP)中积极讨论,并且已被国际电信联盟写入未来技术趋势的研究报告中,被认为是5G系统的关键技术之一。
然而,在从理论研究向5G系统实用化的重要转折时期,PDMA技术仍然面临诸多挑战。
在理论研究方面,PDMA图样矩阵的理论性能分析尚不完善,缺乏发送端和接收端联合优化的准最优PDMA图样矩阵设计方法;在面向5G系统的实际应用过程中,缺乏工程可实现的高性能低复杂度检测算法和链路性能估计算法,缺乏支持海量用户连接的5G空口传输方案。
本文着眼于PDMA面向5G应用的关键技术,特别是针对上述提到的问题展开以下四个方面的研究。
一、研究发送端的PDMA图样矩阵设计方案。
具体研究内容包括三个方面:第一,针对5G大连接场景,提出了相关系数模值平方和(Sum Squared Correlation,SSC)最小化准则的图样矩阵设计方案;第二,针对5G增强移动宽带场景,提出了星座受限容量(Constellation
Constrained-Capacity,CC-Capacity)最大化准则的图样矩阵设计方案;第三,通
过针对PDMA图样矩阵的性能分析和数值仿真结果,验证了所设计的图样矩阵在复杂度受限条件下取得良好的性能。
二、研究接收端的PDMA高性能低复杂度的检测算法。
具体研究内容包括两个方面:第一,针对退化的PDMA上行结合大规模天线系统,提出了一种基于特征值分解的最小均方误差-干扰抑制合并(Minimum Mean-Square
Error-Interference Rejection Combining,MMSE-IRC)检测算法,在与传统MMSE-IRC检测算法取得相同性能条件下有效地降低复杂度;第二,针对常规PDMA 上行系统,研究了能够获取编码增益和分集增益的置信传播-迭代检测和译码(Belief Propagation-Iterative Detection and Decoding, BP-IDD)算法。
数值分析和仿真结果验证了本文所设计的检测算法能够取得检测性能和复杂度的良好折中。
三、研究PDMA链路性能估计算法。
针对采用BP-IDD接收机的PDMA系统,提出了一种采用理想干扰删除(Genie-aided Interference Cancellation,GIC)接收机和单一拟合参数βo来估计链路信干噪比性能的算法。
数值分析和仿真结果说明,新算法取得了高于传统链路性能估计算法的估计精度,并且对不同的配置参数具有鲁棒性。
四、设计面向5G的PDMA空口传输方案。
具体研究内容包括两部分:第一,针对5G上行大连接场景,提出了 PDMA上行免调度的总体解决方案;第二,针对5G 下行增强移动宽带场景,提出了全带宽调度和子带调度的总体解决方案。
系统仿真结果表明,相对于正交多址接入技术,本文设计的方案能够在支持的用户数和频谱效率等方面取得良好的性能增益。