NOMA 非正交多址接入技术：让更多设备"同时说话"¶
难度：🟡 中级 | 领域：多址接入、5G mMTC | 阅读时间：约 22 分钟
日常类比¶
正交多址像点名：同时只一人发言（时分）或各用不同频道（频分）。非正交多址（Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA）像两人同时答、音量不同：老师先听清大声的，脑中减去后再听小声的——即逐次干扰消除（Successive Interference Cancellation, SIC）。
摘要¶
讲清功率域叠加与 SIC、相对正交多址（OMA）的取舍、免调度（grant-free）与稀疏码多址（SCMA）要素，以及 3GPP MUST/研究项背景。频谱效率与延迟增益多为仿真量级，实网受信道估计与错误传播约束[1][2][4]。
1. 功率域模型¶
下行两用户：基站发 x = √P1·s1 + √P2·s2（P1+P2=P），通常远端分更大功率。近端先解远端（当噪声中的强分量），SIC 减去后再解己方；远端常把近端当噪声直接解[1][2]。
| 用户 | 解码策略（理想） |
|---|---|
| 远端 | 近端干扰当噪声 |
| 近端 | 先解远端 → SIC → 解己方 |
理想 SIC 下近端 SINR 可接近无多用户干扰；实际残留与信道估计误差会吃掉增益。
2. 相对 OMA¶
| 维度 | OMA（如 OFDMA） | 功率域 NOMA |
|---|---|---|
| 资源占用 | 一块资源一用户 | 同块叠加多用户 |
| 频谱效率 | 基准 | 文献常报两用户有可观增益 |
| 接收机 | 单用户 | 多级 SIC/迭代 |
| CSI/功率 | 中等 | 分配与排序更敏感 |
| 错误传播 | 无 | 前级错影响后级 |
| mMTC 信令 | 调度 grant 重 | 可与免调度结合 |
信息论上，下行叠加编码可逼近广播容量域边界；OMA 往往只达子集——不等于商用必选 NOMA[1]。
3. 免调度与码域要点¶
传统接入：前导→授权→数据，时延与信令对小包不友好。Grant-free NOMA：预配置资源上直接发，基站做活跃检测+多用户分离[3][4]。
| 要素 | 作用 |
|---|---|
| 导频/序列 | 活跃检测、区分用户 |
| 稀疏码本（SCMA） | 过载映射，MPA 等检测 |
| 压缩感知 | 稀疏活跃用户检测 |
| SIC/MPA/EP | 分离叠加信号 |
SCMA 典型叙事：多于资源数的用户稀疏占用子载波，过载率 >100%——具体因子图与过载以方案论文为准[5]。
4. MIMO 与标准化语境¶
同波束内功率域复用、波束间空间隔离是常见组合；用户配对常看信道增益差或相关性。天线远多于用户时，纯空间分离已强，NOMA 相对增益可能缩小；过载（用户>空间自由度）时更有价值[1][6]。
3GPP 曾研究 MUST（下行多用户叠加）与 NR NOMA SI；复杂度与增益权衡下，未简单等同于“5G 已全面标配功率域 NOMA”——读 TR 结论，勿营销化[4]。
5. 局限、挑战与可改进方向¶
1. SIC 错误传播¶
局限：强用户解错则弱用户全毁。 改进：保证级间 SINR 余量；CRC 门控再消除；失败回退 OMA。
2. CSI 与功率分配¶
局限：分配依赖过时/粗糙 CSI 时公平与中断恶化。 改进：鲁棒功率比；按大尺度分组；上行利用自然功率差。
3. 接收复杂度与标准化¶
局限：基站多用户检测成本高，标准采纳谨慎。 改进：限制每资源复用数；热点动态开启；跟进 Rel 研究项而非假设已冻结。
4. 仿真增益落地难¶
局限：理想 SIC/完美 CSI 的百分比不可当 SLA。 改进：用本网路测中断与活跃检测率验收；与 grant-free 流程联调。
6. 实践要点¶
- IoT 优先想上行+基站侧检测，避免抬高终端复杂度。
- 先定最大复用阶数与失败回退，再谈过载率。
- 与调度式 OMA 混用：空闲 OMA、拥塞再叠加。
参考文献¶
[1] L. Dai et al., "A Survey of Non-Orthogonal Multiple Access for 5G," IEEE Commun. Surveys Tuts., 2018. [2] Z. Ding et al., "Application of Non-Orthogonal Multiple Access in LTE and 5G Networks," IEEE Commun. Mag., 2017. [3] M. Shirvanimoghaddam et al., "Massive Non-Orthogonal Multiple Access for Cellular IoT," IEEE Commun. Mag., 2017. [4] 3GPP TR 38.812, Study on Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA) for NR. [5] H. Nikopour, H. Baligh, "Sparse Code Multiple Access," IEEE PIMRC, 2013 (SCMA). [6] Y. Saito et al., "Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA) for Cellular Future Radio Access," IEEE VTC, 2013. [7] 3GPP MUST related study materials (LTE multiuser superposition transmission). [8] Z. Yuan et al., "Multi-User Shared Access for Internet of Things," IEEE VTC (MUSA context). [9] T. Cover, J. Thomas, Elements of Information Theory (broadcast/MAC capacity context). [10] Grant-free access surveys for mMTC (compressive sensing active user detection). [11] MIMO-NOMA clustering and beamforming survey literature. [12] Outage probability analyses of downlink power-domain NOMA under fading.