邱剛 田力 王沙 袁志鋒

摘要：主要探討5G非正交多址（NOMA）及相應(yīng)的接收機(jī)設(shè)計(jì)。NOMA在與免調(diào)度傳輸結(jié)合時(shí)，其收發(fā)機(jī)的設(shè)計(jì)除了需要考慮多用戶干擾抑制及分集增益的最大化以外，還需要考慮實(shí)際的用戶檢測(cè)和識(shí)別以及存在碰撞情況下的非理想信道估計(jì)。在經(jīng)典的最小均方誤差估計(jì)結(jié)合串行干擾消除（MMSE-SIC）接收機(jī)算法基礎(chǔ)上，針對(duì)幾種不同的免調(diào)度實(shí)現(xiàn)方案給予相應(yīng)的解決方案。仿真結(jié)果表明：所提方案在誤差傳播抑制和復(fù)雜度降低等方面均有較好的性能增益，在實(shí)際系統(tǒng)中可以同時(shí)滿足免調(diào)度及高過載的業(yè)務(wù)需求。

關(guān)鍵詞： NOMA；免調(diào)度傳輸；海量機(jī)器類通信（mMTC）

Abstract： 5G Non-Orthogonal Multiple Access （NOMA） and the associated receiver design are discussed in this paper. When NOMA is combined with non-scheduled transmission， the suppression of multi-user interference and the maximization of diversity gain should be considered for the design of transceiver. It is also necessary to consider the realistic user detection， identification and the non-ideal channel estimation under contention-based transmission. Based on the classical minimum mean square error - successive interference cancellation （MMSE-SIC） receiver algorithm， the corresponding solutions are given for several different implementation schemes. Simulation results demonstrate that the system performance in terms of error propagation minimization and complexity reduction can be enhanced， and the true grant-free transmission and high overloading capability can be achieved.

Key words： NOMA； grant-free transmission； massive machine-type-communications （mMTC）

與長(zhǎng)期演進(jìn)（LTE）類似，第5代通信系統(tǒng)（5G）仍然首選正交多址作為基本的多址方式，但與此同時(shí)非正交多址（NOMA）也受到廣泛的關(guān)注和研究，在第3代合作伙伴項(xiàng)目（3GPP）Rel.15中成功立項(xiàng)并有望在1～2 Y內(nèi)完成標(biāo)準(zhǔn)化[1]。與正交多址相比，非正交多址可以在上下行系統(tǒng)容量、接入能力等方面提供性能增益[2-4]。此外，上行NOMA技術(shù)天然容易與免調(diào)度接入相結(jié)合，進(jìn)一步降低系統(tǒng)接入時(shí)延、信令開銷以及終端功耗等[5-6]。

在基于免調(diào)度的接入假設(shè)下，用戶終端（UE）可以自發(fā)地進(jìn)行上行傳輸，而不需要發(fā)起調(diào)度請(qǐng)求等待調(diào)度，因此可以節(jié)省信令開銷并降低時(shí)延和功耗。由于UE自發(fā)地進(jìn)行上行傳輸，多個(gè)用戶之間不可避免會(huì)形成競(jìng)爭(zhēng)接入。雖然可以通過預(yù)配置或預(yù)留資源的方式避免競(jìng)爭(zhēng)，但在一般情況下由于基站對(duì)UE何時(shí)會(huì)發(fā)起免調(diào)度傳輸并不知情，資源利用率會(huì)相對(duì)較低，因此采用競(jìng)爭(zhēng)接入的方式更為合適。NOMA技術(shù)的優(yōu)勢(shì)就在于：即使多個(gè)用戶共享同一份資源并在相同的資源上進(jìn)行，采用先進(jìn)接收機(jī)仍可以實(shí)現(xiàn)多用戶分離及成功解調(diào)。免調(diào)度和非正交多址的結(jié)合作為一種通用技術(shù)適用于多種場(chǎng)景，例如：針對(duì)海量機(jī)器類通信（mMTC）可以增加用戶連接數(shù)及系統(tǒng)容量；對(duì)于高可靠低時(shí)延（uRLLC）業(yè)務(wù)可以降低時(shí)延及頻譜效率，并能使移動(dòng)寬帶中的小包業(yè)務(wù)降低功耗，使初始接入由傳統(tǒng)的4步簡(jiǎn)化為2步（2-step RACH）等[7-8]。

一個(gè)典型的NOMA系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括發(fā)射端處理和高級(jí)接收機(jī)設(shè)計(jì)。如圖1所示，通常發(fā)射端是采用低碼率編碼、比特級(jí)交織或加擾，或符號(hào)級(jí)擴(kuò)展等方式降低用戶譜效，從而在復(fù)用更多用戶的同時(shí)減輕用戶間的干擾，進(jìn)而使得接收端可以利用先進(jìn)接收機(jī)進(jìn)行多用戶分離。典型的接收機(jī)包括基于最小均方誤差和串行干擾消除（MMSE-SIC）的接收機(jī)、基于匹配濾波和串行干擾消除（MF-SIC）的接收機(jī)、基于最大似然（ML）的接收機(jī)，以及基于消息傳遞算法（MPA）的接收機(jī)等[9-10]。接收機(jī)的選擇與發(fā)射端的處理密切相關(guān)。

接收機(jī)的設(shè)計(jì)對(duì)NOMA系統(tǒng)尤其是其硬件實(shí)現(xiàn)的可行性和復(fù)雜度至關(guān)重要，在真實(shí)的免調(diào)度系統(tǒng)中接收機(jī)設(shè)計(jì)除了多用戶檢測(cè)算法的理論推導(dǎo)以外，還需要考慮很多實(shí)際因素，例如：非理想的用戶識(shí)別、非理想信道估計(jì)、時(shí)頻和頻偏估計(jì)、復(fù)雜度降低等。

1 免調(diào)度NOMA接入技術(shù) 的不同實(shí)現(xiàn)方案

1.1 基于SPS的免調(diào)度方案

基于半靜態(tài)調(diào)度（SPS）的免調(diào)度傳輸主要應(yīng)用于無線資源控制（RRC）連接態(tài)下的數(shù)據(jù)傳輸，典型的應(yīng)用有網(wǎng)絡(luò)電話（VoIP）業(yè)務(wù)以及uRLLC業(yè)務(wù)，其主要特點(diǎn)為UE的時(shí)頻資源是周期性預(yù)配置好的，如圖2所示，因此對(duì)于每一次的上行傳輸不需要發(fā)起調(diào)度請(qǐng)求，可以節(jié)省信令開銷和傳輸時(shí)延?；赟PS的免調(diào)度傳輸與NOMA技術(shù)的結(jié)合可以進(jìn)一步提高資源利用率和頻譜效率，尤其是針對(duì)非周期業(yè)務(wù)而言。當(dāng)多個(gè)UE共享相同的物理資源時(shí)，一般可以通過預(yù)配置的參考信號(hào)（RS）資源進(jìn)行用戶識(shí)別。由于VoIP或是uRLLC業(yè)務(wù)的用戶負(fù)載一般相對(duì)較小，因此復(fù)用在相同時(shí)頻資源的UE可以配置正交的RS序列。由于每個(gè)UE資源配置的周期可以很小，所以其等待傳輸機(jī)會(huì)的時(shí)延也是相對(duì)可以接受的。對(duì)于節(jié)點(diǎn)（gNB）而言，每個(gè)時(shí)頻資源上的潛在復(fù)用用戶數(shù)是配置好的，但是每個(gè)發(fā)送時(shí)刻真實(shí)發(fā)起上行傳輸?shù)挠脩魯?shù)取決于用戶自己是否有緩存數(shù)據(jù)，因此接收端需要對(duì)活躍的UE進(jìn)行盲檢測(cè)。

當(dāng)業(yè)務(wù)對(duì)接入連接數(shù)或用戶負(fù)載非常高時(shí)，例如：在mMTC場(chǎng)景下，基于SPS的免調(diào)度傳輸方式則不太適用，因?yàn)椋河捎趍MTC場(chǎng)景單小區(qū)需要支持的UE數(shù)目巨大（百萬級(jí)），且RS序列數(shù)量有限（通常只有幾個(gè)到幾十個(gè)），所以很難通過周期性預(yù)配置的方式來避免所有用戶的RS碰撞。另外，當(dāng)潛在接入用戶數(shù)目太大時(shí)，為了最小化RS碰撞的影響，SPS資源分配的周期會(huì)非常長(zhǎng)，由此導(dǎo)致資源利用率過低，尤其是對(duì)于mMTC中大部分用戶都是偶發(fā)小包的非周期性業(yè)務(wù)和大規(guī)模連接的情況下，會(huì)存在如下問題：

很難滿足mMTC業(yè)務(wù)延遲需求；

很難進(jìn)行混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求（HARQ）重傳；

很難支持mMTC業(yè)務(wù)的各種數(shù)據(jù)包大??；

精準(zhǔn)的定時(shí)需求或在接收下行同步信號(hào)預(yù)分配之前的很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)UE必須處于喚醒狀態(tài)，較難符合低能耗需求。

另外，對(duì)于移動(dòng)用戶存在小區(qū)切換狀態(tài)下，相鄰的多個(gè)小區(qū)需要同時(shí)給該用戶預(yù)留周期性的資源，這進(jìn)一步提高了每個(gè)小區(qū)潛在的接入用戶數(shù)，增加了預(yù)配置的難度。

1.2 基于前導(dǎo)或RS的免調(diào)度方案

由上節(jié)分析可以推斷出：當(dāng)業(yè)務(wù)負(fù)載過高時(shí)UE資源間的碰撞幾乎是不可避免的，此時(shí)可以采用UE隨機(jī)選擇資源的方式減少不必要的信令開銷和等待時(shí)延，這里的資源包括時(shí)頻資源和RS序列。

為了便于UE識(shí)別和信道估計(jì)，可以考慮如圖2所示的前導(dǎo)序列加數(shù)據(jù)信道結(jié)構(gòu)。前導(dǎo)序列可以認(rèn)為是一種特殊的RS，用于識(shí)別不同的用戶，例如：基于Zadoff-Chu（ZC）序列可以作為前導(dǎo)序列設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)，其已廣泛應(yīng)用于物理隨機(jī)接入信道（PRACH）、SRS和多用戶多入多出（MU-MIMO）的解調(diào)參考信號(hào)（DMRS）中。為了克服mMTC用戶同步不精準(zhǔn)的問題，前導(dǎo)可以采用與數(shù)據(jù)部分不同的子載波間隔，用以增加時(shí)偏估計(jì)的范圍，提升同步性能。

當(dāng)用戶負(fù)載較高時(shí)，為了減少碰撞概率，即避免相同時(shí)頻資源上共享的多個(gè)UE選擇同樣前導(dǎo)序列，前導(dǎo)序列的資源池應(yīng)該設(shè)計(jì)得足夠大。值得注意的是：ZC序列池的大小又受限于前導(dǎo)序列的長(zhǎng)度。另一方面，為了保證信令開銷在可接受的范圍內(nèi)，前導(dǎo)序列不能過長(zhǎng)，因此ZC序列池大小是有限的。此外，多用戶盲檢測(cè)的復(fù)雜度與序列池大小成正相關(guān)的關(guān)系，即隨著序列池大小的增長(zhǎng)，多用戶盲檢測(cè)復(fù)雜度也線性增加。總之，在前導(dǎo)加數(shù)據(jù)的解決方案中，前導(dǎo)的設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的，應(yīng)該折衷考慮帶寬、子載波間隔、根序列長(zhǎng)度、循環(huán)移位等參數(shù)間的權(quán)衡。

1.3 基于純數(shù)據(jù)的免調(diào)度方案

上述兩種方案都依賴于基于前導(dǎo)或參RS的用戶識(shí)別，由于RS的資源數(shù)往往是有限的，因此對(duì)于用戶隨機(jī)選擇資源的免調(diào)度系統(tǒng)來說其性能會(huì)不可避免地受到碰撞的影響。另一種可以嘗試的方案是：不依賴RS而進(jìn)行盲的用戶識(shí)別，其思想主要是盡可能利用數(shù)據(jù)本身和調(diào)制符號(hào)星座圖統(tǒng)計(jì)特征來支持免調(diào)度和多用戶盲檢測(cè)。多用戶盲檢測(cè)是指當(dāng)兩個(gè)UE選擇相同的物理資源時(shí)，仍可以對(duì)具有較高信號(hào)與干擾加噪聲比（SINR）的強(qiáng)用戶進(jìn)行解碼，主要是利用擴(kuò)展碼和星座圖的先驗(yàn)信息和接收信號(hào)統(tǒng)計(jì)特征對(duì)強(qiáng)用戶數(shù)據(jù)符號(hào)星座圖的變化進(jìn)行盲估計(jì)和盲均衡，從干擾信號(hào)中恢復(fù)強(qiáng)用戶信號(hào)從而成功解碼。此時(shí)數(shù)據(jù)中最好明確含有UE ID，一旦數(shù)據(jù)解碼成功，便可以實(shí)現(xiàn)UE識(shí)別。由于沒有RS，其初始盲信道估計(jì)的準(zhǔn)確性也較為受限，但成功解碼后的數(shù)據(jù)還可進(jìn)一步用于優(yōu)化信道估計(jì)，通過碼字級(jí)干擾消除最小化誤差傳播，同時(shí)也可以用于解碼具有較低SINR的UE。基于純數(shù)據(jù)的免調(diào)度解決方案的優(yōu)勢(shì)有：可以省去前導(dǎo)或DMRS的開銷，提升系統(tǒng)頻譜效率；由于系統(tǒng)性能不受前導(dǎo)或參考信號(hào)資源數(shù)的限制，可以實(shí)現(xiàn)更高的過載能力。

2 接收機(jī)設(shè)計(jì)

2.1 傳統(tǒng)的MMSE-SIC

傳統(tǒng)的碼字級(jí)MMSE-SIC 接收機(jī)主要應(yīng)用于基于理想U(xiǎn)E識(shí)別，即當(dāng)多用戶的資源（時(shí)頻資源、擴(kuò)頻序列、RS序列）均由基站預(yù)配置時(shí)的NOMA方案中。接收機(jī)處理過程如下。

在該用戶信號(hào)經(jīng)過信道譯碼和循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）校驗(yàn)并譯碼成功后，會(huì)進(jìn)行串行干擾消除（SIC）的流程，即對(duì)該用戶信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)，再?gòu)慕邮盏降目傂盘?hào)中消除重構(gòu)的信號(hào)，然后嘗試對(duì)SINR次高的用戶進(jìn)行均衡和譯碼，以此類推直到所有用戶都成功譯碼，或所有的剩余用戶都無法譯碼正確。

2.2 傳統(tǒng)MMSE-SIC的改進(jìn)

（1）串并聯(lián)合干擾消除（HIC）

HIC是一種結(jié)合SIC和并行干擾消除的改進(jìn)方案，其接收機(jī)流程如圖3所示。與單純的SIC流程相比，HIC會(huì)根據(jù)公式（5）中統(tǒng)計(jì)的SINR的大小，嘗試對(duì)具有較高SINR的多個(gè)用戶并行進(jìn)行解碼，而不是逐一解碼用戶。在大多數(shù)情況下，HIC可縮短處理延遲。與傳統(tǒng)的SIC相比，由于每個(gè)用戶有多個(gè)解碼機(jī)會(huì)，所以綜合譯碼性能可以得到提升。

（2）數(shù)據(jù)輔助的信道估計(jì)改進(jìn)

由于非理想的信道估計(jì)會(huì)導(dǎo)致干擾消除存在殘余誤差，即譯碼正確的信號(hào)無法完美重構(gòu)及消除，尤其是較高功率UE的殘留信號(hào)將對(duì)弱功率UE造成干擾，因此誤差傳播對(duì)于SIC接收機(jī)是至關(guān)重要的。本小節(jié)介紹一種利用譯碼正確的用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行信道估計(jì)增強(qiáng)的方案。

（3）復(fù)雜度降低

一般來講，MMSE-SIC接收機(jī)的復(fù)雜度相對(duì)于最大似然估計(jì)類接收機(jī)是比較低的，它的復(fù)雜度隨著UE數(shù)量呈線性增長(zhǎng)。由上述公式可以看出：MMSE-SIC的復(fù)雜度主要源于矩陣求逆。矩陣求逆在某些情況下，如擴(kuò)頻長(zhǎng)度太長(zhǎng)或者有接收天線太多時(shí)，可能會(huì)非常高。在這種情況下，我們可以利用MMSE矩陣的復(fù)對(duì)稱性，在不降低準(zhǔn)確性的前提下，通過增量矩陣求逆技巧諸如Sherman-Morrison公式[11]或其他的降維算法，降低矩陣求逆的復(fù)雜度。

此外，傳統(tǒng)碼字級(jí)MMSE-SIC需要計(jì)算每個(gè)符號(hào)的協(xié)方差矩陣并對(duì)每個(gè)符號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的矩陣逆處理。事實(shí)上，在NOMA的典型應(yīng)用場(chǎng)景如mMTC或URLLC場(chǎng)景中，用戶的移動(dòng)速率較低，而且包不會(huì)很大，因此大多數(shù)情況下數(shù)據(jù)包在時(shí)域的信道變化很小。公式（4）中的協(xié)方差矩陣可以通過在多個(gè)符號(hào)上進(jìn)行平均得到，不需要逐符號(hào)進(jìn)行求逆操作，從而可以在保證較小的損失精度下進(jìn)一步減少矩陣求逆數(shù)，降低MMSE-SIC接收機(jī)復(fù)雜度。

2.3 基于前導(dǎo)/RS方案的接收機(jī)處理

與傳統(tǒng)的基于理想用戶發(fā)現(xiàn)的MMSE-SIC相比，在基于前導(dǎo)或RS的傳輸方案中，接收機(jī)需要額外考慮基于前導(dǎo)/RS的實(shí)際用戶檢測(cè)和識(shí)別。

對(duì)于前導(dǎo)和數(shù)據(jù)一次性傳輸?shù)姆桨?，其接收機(jī)流程如圖4所示。首先需要完成前導(dǎo)序列的盲檢測(cè)，其中前導(dǎo)序列資源池是預(yù)定義的，例如：前導(dǎo)序列采用ZC序列，則可以使用諸如根索引、循環(huán)移位（CS）、正交碼（OCC）或頻分復(fù)用（FDM）的相關(guān)參數(shù)用作區(qū)分用戶的前導(dǎo)ID?？赏ㄟ^序列滑動(dòng)窗相關(guān)，將相關(guān)峰值與一定虛警率下的門限值進(jìn)行對(duì)比，檢測(cè)該用戶是否激活。一旦識(shí)別了用戶的前導(dǎo)ID，則可以根據(jù)預(yù)定義的映射規(guī)則來確定該UE所使用的擴(kuò)頻序列。檢測(cè)到的UE數(shù)、識(shí)別出的擴(kuò)頻序列，以及基于前導(dǎo)序列的信道估計(jì)將用于后續(xù)MMSE-SIC接收機(jī)的處理，該部分與圖1所示的傳統(tǒng)MMSE-SIC的數(shù)據(jù)處理過程類似。

關(guān)于免調(diào)度傳輸應(yīng)該考慮的實(shí)際問題應(yīng)包括：

（1）虛警率。由于gNB不知道UE實(shí)際選擇的前導(dǎo)序列，所以前導(dǎo)檢測(cè)到的UE數(shù)可能大于實(shí)際發(fā)送的UE數(shù)。此時(shí)，gNB便會(huì)在MMSE-SIC過程中嘗試解碼虛警用戶，這就引入了額外的復(fù)雜度。由于虛警用戶的信道估計(jì)和SINR通常很低，對(duì)協(xié)方差矩陣的計(jì)算和實(shí)際發(fā)送用戶的信道均衡影響幾乎可以忽略不計(jì)，因此總體的接收機(jī)性能不會(huì)受影響。

（2）漏檢率。漏檢率又分為2種：由低信噪比引起的漏檢。在這種情況下，前導(dǎo)檢測(cè)到的用戶數(shù)小于實(shí)際發(fā)送的UE數(shù)，基站接收端不會(huì)對(duì)漏檢用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)譯碼的嘗試，因而漏檢用戶的數(shù)據(jù)就認(rèn)為是丟包了。對(duì)于其他正確檢測(cè)出的用戶來說，由于漏檢用戶的信道未知，其干擾無法通過MMSE均衡掉，所以整體性能也會(huì)有所影響。同時(shí)漏檢用戶的信噪比（SNR）通常也是比較低的，所以漏檢對(duì)其他UE的解調(diào)性能影響不大。另一種為由碰撞引起的漏檢，即如果兩個(gè)或兩個(gè)以上的UE選擇相同的前導(dǎo)序列，則最多只有一個(gè)前導(dǎo)序列ID被檢測(cè)到，這意味著將只有一個(gè)用戶可能被檢出。同時(shí)其相應(yīng)的信道估計(jì)表現(xiàn)為多個(gè)UE信道響應(yīng)之和，從而會(huì)導(dǎo)致干擾難以消除而引起系統(tǒng)性能的顯著下降。

基于以上分析，前導(dǎo)或RS的碰撞對(duì)免調(diào)度NOMA的傳輸性能有著重要的影響。一個(gè)可行的思路是通過SIC減輕前導(dǎo)序列碰撞問題，即當(dāng)發(fā)生碰撞時(shí)（雖然gNB不知道前導(dǎo)是否碰撞，但gNB可假定檢測(cè)到的前導(dǎo)序列總是被多個(gè)用戶共享），如果其中一個(gè)強(qiáng)用戶仍能夠成功譯碼，則可通過如2.2節(jié)中所述的方法利用譯碼正確的數(shù)據(jù)對(duì)該用戶的信道估計(jì)進(jìn)行增強(qiáng)，然后重構(gòu)并消除該用戶的信號(hào)，gNB將嘗試?yán)孟嗤那皩?dǎo)序列在殘留信號(hào)中尋找之前因?yàn)榕鲎脖桓采w掉的漏檢用戶。

2.4 盲MMSE-SIC檢測(cè)

純數(shù)據(jù)解決方案的接收機(jī)過程參見圖5。由于沒有用于用戶識(shí)別的參考信號(hào)，所以需要對(duì)數(shù)據(jù)本身進(jìn)行盲信道估計(jì)、盲均衡和譯碼，其處理流程與傳統(tǒng)的MMSE-SIC有明顯區(qū)別，詳細(xì)的實(shí)現(xiàn)過程如下：

（1）假設(shè)每個(gè)UE具有K個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)，且假設(shè)在這些符號(hào)內(nèi)每個(gè)用戶的快衰落是恒定的，那么對(duì)于每個(gè)擴(kuò)頻后的發(fā)送數(shù)據(jù)符號(hào)，其對(duì)應(yīng)的接收信號(hào)可以表示為[y=i=1Nhisixi+n]，其中[hi]代表第i個(gè) UE 的包含路損、陰影衰落、快速衰落效應(yīng)的信道沖擊響應(yīng)，[si]是第i個(gè) UE隨機(jī)選取的擴(kuò)頻碼，[xi]為第i個(gè)UE的調(diào)制符號(hào)，N是UE總數(shù)，n是加性高斯白噪聲（AWGN）噪聲。

（2）聯(lián)立所有符號(hào)上的接收信號(hào)，表示為[L×K]維的矩陣[Yl]，其中L是擴(kuò)頻長(zhǎng)度，統(tǒng)計(jì)得到接收信號(hào)的協(xié)方差矩陣為[R=Y1Y1H/K]。

（3）由于不知道具體有多少個(gè)用戶存在于該時(shí)頻資源上，因此需要遍歷擴(kuò)頻序列池中的每個(gè)擴(kuò)頻序列，并進(jìn)行聯(lián)合信道均衡和解擴(kuò)[smHR-1y]。以[siH]為例，均衡后的候選信號(hào)流見公式（9）：

（4）如果該擴(kuò)頻序列對(duì)應(yīng)的用戶是有發(fā)送數(shù)據(jù)的，則接收信號(hào)中存在相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)流分量，其盲均衡后的信號(hào)星座點(diǎn)通常是原始信號(hào)星座點(diǎn)的線性失真。對(duì)于未被任何用戶使用的擴(kuò)頻序列對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)流分量，則其盲均衡后的星座點(diǎn)不會(huì)存在明顯的結(jié)構(gòu)性，更像是噪聲一般散亂的分布。這里我們只考慮前者，對(duì)盲均衡后的星座點(diǎn)補(bǔ)償縮放和相位旋轉(zhuǎn)后便可將原始星座點(diǎn)周圍的估計(jì)信號(hào)放回原位，[x∧j=hjHAsiHR-1y]，并計(jì)算每個(gè)候選信號(hào)流的誤差向量幅度（EVM）和等效SINR。

（5）對(duì)SINR進(jìn)行排序，選擇具有最高SINR的多個(gè)候選信號(hào)流（考慮復(fù)雜度和可靠性，如6個(gè)）并嘗試對(duì)其進(jìn)行譯碼。對(duì)每個(gè)候選信號(hào)流[x∧j]，還考慮到星座點(diǎn)相位模糊的可能性，因此有必要將信號(hào)的多種可能性輸入到譯碼器進(jìn)行解碼，例如：對(duì)于二進(jìn)制相移鍵控（BPSK）星座點(diǎn)，[x∧j]和[-x∧j]都應(yīng)該被送去譯碼嘗試。每個(gè)信號(hào)流是否能譯碼成功取決于CRC校驗(yàn)的結(jié)果。

盲MMSE-SIC過程的其余部分和SIC流程結(jié)束的判定都與傳統(tǒng)的MMSE-SIC相同。類似于基于前導(dǎo)的解決方案，盲MMSE-SIC檢測(cè)也應(yīng)該考慮虛警率和漏檢率，但由于盲信道估計(jì)主要依賴于數(shù)據(jù)本身，所以可以避免碰撞的問題。

3 仿真結(jié)果

我們采用多用戶共享接入（MUSA）[5]作為非正交多址方案示例進(jìn)行仿真對(duì)比。MUSA為一種基于低互相關(guān)的符號(hào)級(jí)擴(kuò)展方案，本例中采用擴(kuò)展長(zhǎng)度為4的序列，其擴(kuò)展序列的元素取值于{1，-1，j，-j}。圖6中首先對(duì)比了理想信道估計(jì)下MUSA性能隨用戶負(fù)載的變化情況，其中調(diào)制方式為QPSK，采用Turbo編碼且碼率為1/2，接收機(jī)采用理想的MMSE-SIC或MMSE-HIC。從仿真結(jié)果可以看出：在同時(shí)接入的用戶數(shù)小于或等于16時(shí)，基于MUSA的非正交多址可以逼近單用戶的性能，此時(shí)過載率（即用戶數(shù)除以擴(kuò)展序列長(zhǎng)度）為400%。當(dāng)過載率進(jìn)一步提升至500%即20個(gè)用戶時(shí)，基于MMSE-SIC的MUSA會(huì)有1.5 dB的性能損失，而采用改進(jìn)的MMSE-HIC接收機(jī)后性能略有提升。

需要注意的是：雖然理想信道估計(jì)下NOMA技術(shù)本身在支持20個(gè)用戶時(shí)并沒有明顯性能損失，但是在真實(shí)信道估計(jì)下，如果仍采用基于導(dǎo)頻的發(fā)射方案，那么由于導(dǎo)頻端口的限制，例如：LTE系統(tǒng)最多只支持8個(gè)導(dǎo)頻端口，當(dāng)用戶數(shù)多于8個(gè)時(shí)就會(huì)發(fā)生導(dǎo)頻碰撞，其信道估計(jì)準(zhǔn)確度難以保證，即同一資源上復(fù)用的用戶數(shù)會(huì)受到較大限制。圖7進(jìn)一步給出了基于純數(shù)據(jù)方案的MUSA性能。仿真假設(shè)為免調(diào)度傳輸，調(diào)制方式為BPSK，Turbo編碼碼率為1/2，接收機(jī)采用盲MMSE-SIC的檢測(cè)方案，同時(shí)考慮實(shí)際的用戶發(fā)現(xiàn)和真實(shí)信道估計(jì)。從仿真結(jié)果來看：隨著用戶數(shù)增多，系統(tǒng)的鏈路性能如誤塊率方面有所下降，但是由于純數(shù)據(jù)的免調(diào)度傳輸方案并沒有導(dǎo)頻碰撞的限制，所以該仿真結(jié)果是表明其真實(shí)能支持的用戶數(shù)。

4 結(jié)束語

本文中我們主要討論了NOMA以及其接收機(jī)設(shè)計(jì)，理論分析和評(píng)估了幾種免調(diào)度NOMA實(shí)現(xiàn)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，并針對(duì)不同的免調(diào)度傳輸信道結(jié)構(gòu)，基于MMSE-SIC接收機(jī)分別進(jìn)行了針對(duì)性的優(yōu)化和改進(jìn)，并通過鏈路級(jí)仿真評(píng)估了所提方案和接收算法在用戶接入過載能力方面的性能。

致謝

本研究得到中興通訊袁弋非博士、曹偉博士、嚴(yán)春林博士、李衛(wèi)敏工程師、戴建強(qiáng)工程師、胡宇洲工程師的大力幫助，謹(jǐn)致謝意！

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