1.4 面臨挑戰

許多研究人員致力于NOMA技術的設計和實現以及與這些相關的各種技術問題的解決。研究表明：NOMA與協作中繼、MIMO技術、CoMP、可見光、鏈路自適應、無線信息與能量協同傳輸及無人機融合，能夠顯著提高系統性能增益。然而，面對5G及未來第六代移動通信（6G）的多樣化，NOMA技術在5G及6G中的應用仍然面臨一些調整和尚未解決的問題[16]。

1）動態用戶配對：在NOMA系統中，由于多個用戶共享相同的時間、頻譜和擴頻碼，存在較強的同道干擾（Co-Channel Interference，CCI）。因此，很難要求系統中的所有用戶共同執行NOMA。為了解決上述問題，將系統中的用戶劃分為多個組，每個組中應用NOMA，并使用正交的帶寬資源分配不同的組。通常考慮靜態情況，其中第m個用戶和第n個用戶配對來實現NOMA。雖然在實踐中很難實現，但是為了實現NOMA提供的最大效益，需要設計動態的用戶配對/分組方案。

2）資源分配：為了適應不同的流量需求，5G系統應該能夠以非常低的延遲和可靠的方式支持高數據速率。然而，由于資源有限，這是一項非常困難的任務。因此，資源管理必須輔以有效利用。無線資源管理是確定分配給每個用戶的相關資源的時間和數量所需的一系列過程。因此，資源分配是理論上實現NOMA系統性能最優化的關鍵技術。

3）誤差傳播：很明顯，一旦SIC發生錯誤，所有其他用戶信息都可能被錯誤譯碼。然而，當用戶數量相當小時，可以使用更強的算法（增加塊長度）來補償錯誤傳播的影響。當某些用戶的性能下降時，還可以考慮使用非線性檢測技術來抑制誤差的傳播。盡管已有研究對基本MIMO系統中的SIC誤差傳播進行了分析研究，但SIC對NOMA方案影響的研究尚未提供明確的數學理解。因此，用數學方法分析不完全SIC對NOMA性能的影響是一個有價值的研究方向。

4）衰落性能分析方面：絕大部分關于NOMA的研究工作都是基于簡單Rayleigh衰落信道，并且假設用戶信道間是獨立的，然而實際測量表明：Rayleigh能夠很好地表征非視距（Non-Line-of-Sight，NLoS傳播）環境。在某些應用場景，由于源節點遠遠高于中繼節點和/或目的節點，源節點和中繼節點及目的間的傳輸是通過視距衰落信道（Line-of-Sight，LoS），例如UAV、衛星通信、星地聯合通信等。此外，對于其他均勻散射環境下NOMA系統傳輸方案及衰落性能涉及較少，例如Rician衰落信道、Weibull衰落信道、Beckman衰落信道、K衰落信道及Generalized-K衰落信道。上述衰落信道能夠有效地表征同質傳播環境的衰落特征，對于曲面是相關的非線性傳播環境，同質衰落信道就無能為力。基于此，非同質衰落信道被提出用于表征曲面相關的衰落環境，常用的非同質衰落信道有：η-μ衰落信道、κ-μ衰落信道、α-μ衰落信道、κ-μ陰影衰落信道等。因此，基于非同質衰落信道下NOMA系統傳輸技術及衰落性能的研究是一個值得關注的方向。

5）異構網：異構網絡（HetNet）是由具有不同傳輸功率和覆蓋范圍的節點組成的無線網絡。HetNet在容量和覆蓋范圍方面具有足夠的潛力，可用于下一代無線網絡，降低能源消耗。與低功耗節點的低密度部署相比，低功耗節點的高密度部署也可以顯著提高能量效率。當前，關于HetNet的研究主要有節點協作、優化負載均衡、增強小區間干擾協調等。由于NOMA的目標與HetNet的目標是一致的，在HetNet中具體利用NOMA可以帶來更大的好處。移動用戶的空間分布不均勻也會影響NOMA的性能。因此，研究具有空間用戶分布的NOMA方案的停機性能、遍歷容量和用戶公平性是一項有價值的工作。

6）載波聚合：為了增加帶寬，從而提高用戶的數據率，LTE-Advanced利用了載波聚合（Carrier Aggregation，CA）的概念。CA的核心思想是為用戶分配由兩個或多個載波分量組成的聚合資源。每個載波分量只是一個聚合的載體。聚合的安排可以是相鄰的分配（載波分量彼此相鄰），也可以是非相鄰的分配（兩者之間有間隙）。因此，可以將CA與NOMA融合在一起，從而利用兩者提供的優勢。但是，要做到這一點，用戶配對將不同于傳統的NOMA。如果CA與傳統NOMA融合，則NOMA用戶可能會根據CA的數量同時削減多個不同的用戶。解決適合NOMA的CA類型還是一個懸而未決的問題，因此，對NOMA中不同類型CA的分析是一個有趣的研究方向。

7）硬件方面：當前針對NOMA系統的研究總是基于理想射頻（Radio Frequency，RF）前端，這在實際的通信系統中通常是不準確的。事實上，對射頻收發器的需求不斷增加，導致設計目標具有挑戰性，包括低成本、低功耗和小體積因素。在這種情況下，直接轉換收發器提供了一個有效的射頻前端解決方案，因為它們既不需要外部中頻濾波器，也不需要鏡像抑制濾波器。這樣的收發機架構得益于收發機的低成本以及它們可以直接集成到芯片上的能力。然而，RF前端也遭受各種類型的射頻損傷，例如本地振蕩相位噪聲、DC偏移、同相/正交相（In-phase/Quadrature-phase IQ）非平衡、功率放大器非線性[17]。雖然可以通過適當的校準和補償算法來減少硬件損傷對系統性能的影響，但是由于估計誤差和校準不準確，仍會存在一些殘留硬件損傷，而這些殘留損傷對系統性能會產生重要影響。因此，硬件損傷NOMA系統衰落性能及傳輸方案的研究具有重大的實際意義。