新型多址专题组技术报告_108页_4mb

报告摘要

5G新型多址技术方案总结

核心内容

本文档由IMT-2020（5G）推进组起草，主要介绍面向5G通信的新型多址接入技术。文档重点讨论了非正交多址（NOMA）以及基于码域叠加的SCMA、PDMA、MUSA等技术方案。这些技术旨在解决传统正交多址（如OFDMA）在5G场景下的性能瓶颈，包括频谱效率不足、用户连接数受限、传输时延高以及信令开销大等问题。

主要观点

非正交多址技术的优势：
- 通过多用户信息的叠加传输，可以在相同资源上支持更多用户连接，满足海量物联网连接需求。
- 支持免调度传输，简化信令流程，降低传输时延，有助于实现1ms的空口传输时延。
- 利用多维调制和码域扩展，提高频谱效率和系统容量。
5G典型应用场景：
- 连续广域覆盖：满足用户移动性和业务连续性，需提供100Mbps以上用户体验速率。
- 热点高容量：支持高数据传输速率和流量密度，如1Gbps用户体验速率和数十Tbps/km²的流量密度。
- 低功耗大连接：适用于智慧城市、环境监测等场景，要求超低功耗、超低成本和百万/km²的连接密度。
- 低时延高可靠：适用于车联网、工业控制等场景，要求毫秒级端到端时延和接近100%的可靠性。

关键信息

3.1 稀疏编码多址接入（SCMA）

应用场景：
- 适用于广域连续覆盖、热点高容量、低功耗大连接和低时延高可靠等场景。
- 在小区边缘和高速移动场景中，SCMA可有效提升用户体验速率。
- 支持免授权（Grant-free）接入，实现“到达即发送”的零时延效果。
技术原理：
- SCMA通过码域扩展和非正交叠加，实现系统资源的高效复用。
- 发送端将比特映射为多维稀疏码字，接收端通过低复杂度的MPA算法进行多用户检测。
- SCMA的码本设计是其核心技术之一，涉及多维星座点设计、稀疏性控制和功率优化。
关键技术：
- 码本设计：采用多维星座点设计和降阶投影技术，提高系统鲁棒性并降低译码复杂度。
- 低复杂度接收机：通过MPA算法进行迭代译码，结合外迭代和盲检测技术提升性能。
- 下行用户配对：通过功率分配和信道自适应技术，优化用户配对和数据传输效率。
- 上行免授权接入：支持小包传输，降低信令开销和传输时延，提升连接密度。
仿真评估：
- 上行链路仿真显示，SCMA在不同过载系数下均能显著提升频谱效率和吞吐量。
- 在小包业务场景中，SCMA支持的用户数是LTE基线的4倍，且时延显著降低。
- 下行链路仿真表明，SCMA在Full-buffer和FTP业务场景下，分别带来24%~60%和82%~107%的性能增益。

3.2 图样分割多址接入（PDMA）

应用场景：
- PDMA适用于广域连续覆盖、热点高容量、低功耗大连接和低时延高可靠等场景。
- 通过图样分割，PDMA可支持高密度用户接入和低时延传输。
技术原理：
- PDMA基于发送端和接收端的联合设计，在时域、频域和空域资源上复用多个用户信号。
- 接收端采用串行干扰消除（SIC）算法进行多用户检测，逼近信道容量。
关键技术：
- 图样分割设计：通过图样设计实现用户信号的复用和分离。
- 联合优化：在发送端和接收端进行联合设计，提高系统性能和资源利用率。
仿真评估：
- PDMA在系统级仿真中表现出良好的性能，尤其在高密度用户接入和低时延场景下。
- 与SCMA类似，PDMA也适用于不同MIMO配置，如闭环和开环模式。