老杨5G茶话：NOMA只是一个误解

taojian723

@ 杨学志 老师的最新文章，都是这两天的

随着5G的日渐火热，各个厂家的解决方案纷纷出台。多址是移动通信的核心核心技术领域，第一代到第四代移动通信分别采用了FDMA、TDMA、CDMA和OFDMA技术。多址技术对于移动通信具有符号意义，因此5G的多址技术也成了各个玩家必争的战略要冲。

第一代到第四代的多址技术都采用了正交设计，频域、时域、码域，各种正交方式都已经穷尽，再要创新只能走非正交的路子。因此NOMA（Non Othogonal Multiple Access）登台亮相。

NOMA据说是NTT Docomo于2014年9月首先倡导的。其思想是发射端不同的用户分配非正交的通信资源。在正交方案当中，如果一块资源平均分配给N个用户，那么受正交性的约束，每个用户只能够分配到1／N的资源。NOMA摆脱了正交的限制，因此每个用户分配到的资源可以大于1／N。在极限情况下，每个用户都可以分配到所有的资源，实现多个用户的资源共享。非正交带来的负面作用是多用户干扰。为了解决这个问题，需要接收机侧采用比较复杂的接收机技术，典型的是SIC接收机。SIC接收机按照一定的顺序逐个解调每个用户的信号。在第一个用户的信号解调出来后，把它的信号重构出来并在接收信号当中减去，对其他用户就没有干扰了。这样逐次把所有用户的信号解调出来。

国内设备厂商华为、中兴和大唐都提出了自己的多址技术，分别叫SCMA、MUSA和PDMA。虽然技术细节有所不同，基本上都属于NOMA。三家都声称频谱效率比LTE提升了3倍。如果这是真的，那将是通信技术的又一个里程碑。然而很遗憾，NOMA只是镜花水月，因为信息论的基本原理决定了非正交不会带来任何增益。

在我的新书《通信之道－从微积分到5G》当中，我用非常简明的方法解释了信息论里面的注水原理。由香农公式，一个AWGN信道的容量为

                        C＝log（1＋S／N），

其中S和N分别是信号功率和噪声功率。 如果把信号功率分成两份，S＝S1＋S2，则有

                        C＝log（1＋（S1＋S2）／N）＝log（1＋S1／N）＋log（1＋S2／（S1＋N））。

这个公式说明了S1作为信号功率产生了一个信道容量log（1＋S1／N），同时等效成了对第二份功率S2的噪声，因为在上式的第二部分S1和N是加在一起的，这是信息论的基本原理。也正是由于这个原理的约束，使得S2要达到和S1相同的速率，必须付出更高的功率，因为S1的存在使得噪底抬高了。

这里的S1和S2，是一个信号的功率S的两个部分，是在功率域复接的两个信号，共享一个通信资源。也就是说，所谓的功率域复接，或者NOMA，在通信诞生之日起我们就在使用了，单用户通信就是如此。在接收机侧，当然是联合解调的。想想64QAM的解调过程，难道和SIC不是如出一辙吗？ 把S1和S2当成两个用户的信号，就能提高3倍的信道容量？这当然是不可能的，实际上不会有任何增益。

看到高通的观点，5G的多址将继续采用OFDM技术，我也是这个观点。