论文总字数：30201字

摘 要

当下人们越来越依赖于移动通信所带来的方便便捷，随之而来的是移动业务量的飞速增长以及需要更高移动通信速率的视频直播、云计算等服务，这要求下一代移动通信技术在容量以及可达速率能够有着显著提高的同时，也需有更高的频谱效率以面对现在频谱资源愈加紧缺的情况。在这样的状况下，非正交多址（NOMA）方案被提出，NOMA技术在发送端采用了非正交的功率复用发送，主动引入干扰信息，在接收端通过串行干扰消除（SIC）实现正确解调。尽管使用SIC技术的接收机设计复杂度有所提高，但NOMA系统的频谱效率以及可达速率得以提升，同时抗干扰能力也得到增强。

本论文介绍了NOMA系统的当今研究现状，对其基本模型进行研究，并与正交频分多址（OFDMA）系统进行性能比较，以体现NOMA的性能优势。然后将讨论范围扩展到NOMA与多输入多输出（MIMO）相结合的MIMO-NOMA技术，对其基本模型进行分析后，与MIMO-OFDMA系统进行用户可达速率的比较。为了降低大规模MIMO-NOMA在实际部署中由于大量天线所耗的硬件和算法成本，讨论MIMO-NOMA在低比特量化下的性能表现，并与无限精度量化时的可达速率进行比较，发现MIMO-NOMA在合适的低量化级下其能够保持大部分的性能增益。

关键词：非正交多址接入，功率复用，串行干扰消除，多输入多输出，低比特量化

Abstract

Nowadays, people rely on convenience brought by mobile communications. The rapid growth of video streaming and cloud computing requires higher volume of next generation mobile communication. It requires next generation mobile communication technologies for not only significant improvements in capacity and achievable rates but also higher spectrum efficiency in order to response to the increasingly spectrum resources shortage. In this situation, non-orthogonal multiple access (NOMA) solution was proposed. NOMA technology uses non-orthogonal power multiplexing transmission at transmitter, actively introduces interference, and realizes correct demodulation through receiver with successive interference cancellation (SIC). Although SIC technology increases the complexity of receiver design, the spectrum efficiency and the achievable rate of NOMA system have been improved, and the anti-interference ability has also been enhanced.

This paper introduces the current research of NOMA, studies its basic model, and compares its performance with orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) to reflect the performance advantages of NOMA. Then discusses the basic model of MIMO-NOMA and compares its achievable rate with MIMO-OFDMA. In order to reduce the hardware and algorithm cost of massive MIMO-NOMA due to a large number of antennas in practical deployment, show the performance of massive MIMO-NOMA in low-resolution, and compare its achievable rates with MIMO-NOMA with full-resolution to explore advantages and disadvantages low-resolution brings.

KEY WORDS: NOMA, non-orthogonal, interference cancellation, multiple access, low resolution

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状分析 1

1.2.1 脏纸编码（DPC） 1

1.2.2 串行干扰消除（SIC） 2

1.2.3 功率复用技术 2

1.2.4 NOMA系统的鲁棒性 3

1.2.5 MIMO-NOMA 3

第二章 SISO-NOMA系统 4

2.1 SISO-NOMA系统基本模型 4

2.2 NOMA系统性能与OFDMA系统对比 6

第三章 MIMO-NOMA系统 9

3.1 MIMO-NOMA系统的介绍 9

3.1.1 大规模MIMO技术 9

3.1.2 MIMO-NOMA方案 9

3.2 系统模型 9

3.2.1 MIMO-NOMA 9

3.2.2 MIMO-OFDMA 10

3.2.3 MIMO-NOMA和MIMO-OFDMA的比较 11

第四章 MIMO-NOMA的低比特量化 19

4.1 大规模MIMO-NOMA存在的问题 19

4.2 量化 19

4.3 系统模型 19

4.4 低比特量化速率曲线 24

第五章 总结 26

致谢 27

参考文献 28

绪论

研究背景及意义

在第四代移动通信系统中，使用了正交频分多址（Orthogonal Frequency Division Multiple Access, OFDMA）作为其寻址方案。对于简单的单用户检测来说，OFDMA是在分组域服务中能够获得良好系统吞吐性能的合理选择。然而如今移动业务量呈指数增长，视频流、云计算等对延迟敏感的服务需求容量的增高，需要下一代移动通信技术的容量和系统吞吐量性能有显著提高，同时能有着更高的频谱效率以应对越来越紧缺的频谱资源。为了适应这种需求，需要多种方法的组合，即能够提高频谱效率、有效使用较高频带的频谱扩展以及部署小蜂窝的网络致密化技术。基于这样的背景，一种使用干扰消除（Successive Interference Cancellation, SIC）的非正交多址（Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA）方案被提出。

NOMA技术的主要核心是在发射机侧采用了非正交的功率复用技术进行传输，直接引入用户间干扰，在接收机侧通过干扰消除检测，最终实现正确的解码。采用SIC技术的接收机，使得NOMA系统的频谱效率以及可达速率等方面获得较大的提升。NOMA在子信道上的资源已经不再是用户独享，而是多个用户一起使用时域和频域等资源，以此提高了频谱效率及用户接入量。NOMA在信道传输中，其各个子频带是相互正交的。

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