上下行链路NOMA的比较

1. 用户发送功率的分配不同。

在下行 NOMA 技术中,每个用户的发送功率是受基站的总发送功率以及其他各个用户的发送功率影响的,且对于信道质量不同的用户分配的发送功率不同(信道质量差即信道增益低的用户分配得高发送功率,反之则分配得低发送功率。

上行链路是每个用户的发送功率只是受到其设备的最大的发送功率影响。且对于信道质量有差异的用户都让其使用本身最大的发送功率(即每个用户都以自己最大的发射功率来发),信道质量差异很小的情况下则会采用在保证信道质量差的性能的同时提高信道质量好的分配方法,但是往往在这种情况下会对信道质量差的用户造成不好的影响。

2. SIC 解码顺序不同。

在下行链路中,每个接收端都收到了来自基站的叠加信号,且每个接收端都有自己的SIC接收机,对于接收到的信号,通过连续的解码,得到各自需要的信号。接收用户在收到叠加信号后运用SIC技术解码接收到的信号并实现干扰消除,其基本思想是首先对具有最大功率的用户信号进行检测,然后从叠加信号中去掉该用户的信息,接着继续检测拥有第二大功率的用户信号,以此类推。
解码顺序:会对信道质量差的(即被分配的发射功率大的,也即在接收端接收功率大的)进行优先解码;
上下行链路NOMA的比较_第1张图片
NOMA 接收用户在解调自身信号时,已经检测并去除了比自身功率高的其他 NOMA 用户的信号,并将比自身功率低的 NOMA 用户信号视为干扰信号,特别的,具有最佳信道条件的接收用户(CL)在解调自身信号时已经消除了其他所有 NOMA 用户的信号。
大白话理解:对于某一个接收端来说,叠加信号传过来的时候经历的信道是一样的,所以在算速率的时候(香农公式)大家乘的信道增益是一样的,这个时候则先解调接收功率最大的(也即发射功率最大的,因为此时信道增益一样);每个接收端都按被分配的发射功率从大到小的顺序解调,可以理解成最先解调的接收端只需要解调一次,其他的当成干扰,即R1,而最后解调的那个接收机它需要解调L次(假设有L个接收端),前面L-1次分别得出了其他L-1个用户的信号,所以在第L次也就是最后一次解调的时候就只剩下自己的那个信号了,所以RL的计算里边分母只有噪声。

上下行链路NOMA的比较_第2张图片
注意:这里香农公式里面的分母里不同的功率乘的都是同样的信道增益,而分子其实就是代表在接收端的接收功率,所以就是接收功率越大的先解调,这样的话不会被当成干扰影响后续的解调效果。

而在上行链路中的解码顺序则恰恰相反,因为发射用户可以理解成硬件的发射机性能没有差别,它们信道增益有高低之分,但是他们都会以自己的发射机的最大功率发射(假设最大功率一样),这样距离基站近的用户的信号到了基站那边其接收功率更大(接收功率=发射功率x信道增益),这个时候则先解调接收功率最大的(也即信道增益最大的,因为此时发射功率一样)
解码顺序:会对信道质量好的(即在接收端接收功率大的)进行优先解码;

总结:在NOMA系统中,不管上行还是下行,在接收端优先解调的都是在接收端的接收功率最大的。

3、用户所受干扰不同。

对簇内干扰:在下行链路中,由于信道质量差的用户分配有高的发送功率,所以信道质量差的用户更容易在簇内对其他用户产生干扰,即为信道质量好的用户更容易受到干扰;
在上行链路中,由于是用户各自给基站发送信号从而产生叠加信号由基站接收,所以信道质量较差的用户比信道质量较好的更容易受到干扰。

对簇间干扰 : 在下行 NOMA 中,是由基站发送叠加用户信号,又由于基站具有相同的发送信号,所以每个用户受到的簇间干扰与 OMA 的相同,而在上行 NOMA 中则不同。

4、实现难易度不同。

上行链路相较于下行链路更容易实现。
在 NOMA 技术中,要最终实现多用户检测和连续干扰消除,其中连续干扰消除需要通过 SIC 接收机区分不同用户信号接受功率来实现。对于下行链路来说,是由基站发送叠加信号到用户,所以需要用户终端来实现多用户检测和连续干扰消除技术;在上行链路则是由各用户将各自信号发至基站,只需在基站处实现多用户检测和连续干扰消除技术。用户终端相较于基站而言处理能力过于有限,所以很难在用户终端实现多用户检测及连续干扰消除。

参考文献:
【1】NOMA 增强的蜂窝和 D2D 异构网络的资源分配研究,宋佳静.
【2】上下行链路中非正交多址接入用户匹配及功率算法的改进,张文静 季胡娟 李媛 沙聪 刘颜颜 杨睛.

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