1.4 面临挑战

许多研究人员致力于NOMA技术的设计和实现以及与这些相关的各种技术问题的解决。研究表明：NOMA与协作中继、MIMO技术、CoMP、可见光、链路自适应、无线信息与能量协同传输及无人机融合，能够显著提高系统性能增益。然而，面对5G及未来第六代移动通信（6G）的多样化，NOMA技术在5G及6G中的应用仍然面临一些调整和尚未解决的问题[16]。

1）动态用户配对：在NOMA系统中，由于多个用户共享相同的时间、频谱和扩频码，存在较强的同道干扰（Co-Channel Interference，CCI）。因此，很难要求系统中的所有用户共同执行NOMA。为了解决上述问题，将系统中的用户划分为多个组，每个组中应用NOMA，并使用正交的带宽资源分配不同的组。通常考虑静态情况，其中第m个用户和第n个用户配对来实现NOMA。虽然在实践中很难实现，但是为了实现NOMA提供的最大效益，需要设计动态的用户配对/分组方案。

2）资源分配：为了适应不同的流量需求，5G系统应该能够以非常低的延迟和可靠的方式支持高数据速率。然而，由于资源有限，这是一项非常困难的任务。因此，资源管理必须辅以有效利用。无线资源管理是确定分配给每个用户的相关资源的时间和数量所需的一系列过程。因此，资源分配是理论上实现NOMA系统性能最优化的关键技术。

3）误差传播：很明显，一旦SIC发生错误，所有其他用户信息都可能被错误译码。然而，当用户数量相当小时，可以使用更强的算法（增加块长度）来补偿错误传播的影响。当某些用户的性能下降时，还可以考虑使用非线性检测技术来抑制误差的传播。尽管已有研究对基本MIMO系统中的SIC误差传播进行了分析研究，但SIC对NOMA方案影响的研究尚未提供明确的数学理解。因此，用数学方法分析不完全SIC对NOMA性能的影响是一个有价值的研究方向。

4）衰落性能分析方面：绝大部分关于NOMA的研究工作都是基于简单Rayleigh衰落信道，并且假设用户信道间是独立的，然而实际测量表明：Rayleigh能够很好地表征非视距（Non-Line-of-Sight，NLoS传播）环境。在某些应用场景，由于源节点远远高于中继节点和/或目的节点，源节点和中继节点及目的间的传输是通过视距衰落信道（Line-of-Sight，LoS），例如UAV、卫星通信、星地联合通信等。此外，对于其他均匀散射环境下NOMA系统传输方案及衰落性能涉及较少，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。上述衰落信道能够有效地表征同质传播环境的衰落特征，对于曲面是相关的非线性传播环境，同质衰落信道就无能为力。基于此，非同质衰落信道被提出用于表征曲面相关的衰落环境，常用的非同质衰落信道有：η-μ衰落信道、κ-μ衰落信道、α-μ衰落信道、κ-μ阴影衰落信道等。因此，基于非同质衰落信道下NOMA系统传输技术及衰落性能的研究是一个值得关注的方向。

5）异构网：异构网络（HetNet）是由具有不同传输功率和覆盖范围的节点组成的无线网络。HetNet在容量和覆盖范围方面具有足够的潜力，可用于下一代无线网络，降低能源消耗。与低功耗节点的低密度部署相比，低功耗节点的高密度部署也可以显著提高能量效率。当前，关于HetNet的研究主要有节点协作、优化负载均衡、增强小区间干扰协调等。由于NOMA的目标与HetNet的目标是一致的，在HetNet中具体利用NOMA可以带来更大的好处。移动用户的空间分布不均匀也会影响NOMA的性能。因此，研究具有空间用户分布的NOMA方案的停机性能、遍历容量和用户公平性是一项有价值的工作。

6）载波聚合：为了增加带宽，从而提高用户的数据率，LTE-Advanced利用了载波聚合（Carrier Aggregation，CA）的概念。CA的核心思想是为用户分配由两个或多个载波分量组成的聚合资源。每个载波分量只是一个聚合的载体。聚合的安排可以是相邻的分配（载波分量彼此相邻），也可以是非相邻的分配（两者之间有间隙）。因此，可以将CA与NOMA融合在一起，从而利用两者提供的优势。但是，要做到这一点，用户配对将不同于传统的NOMA。如果CA与传统NOMA融合，则NOMA用户可能会根据CA的数量同时削减多个不同的用户。解决适合NOMA的CA类型还是一个悬而未决的问题，因此，对NOMA中不同类型CA的分析是一个有趣的研究方向。

7）硬件方面：当前针对NOMA系统的研究总是基于理想射频（Radio Frequency，RF）前端，这在实际的通信系统中通常是不准确的。事实上，对射频收发器的需求不断增加，导致设计目标具有挑战性，包括低成本、低功耗和小体积因素。在这种情况下，直接转换收发器提供了一个有效的射频前端解决方案，因为它们既不需要外部中频滤波器，也不需要镜像抑制滤波器。这样的收发机架构得益于收发机的低成本以及它们可以直接集成到芯片上的能力。然而，RF前端也遭受各种类型的射频损伤，例如本地振荡相位噪声、DC偏移、同相/正交相（In-phase/Quadrature-phase IQ）非平衡、功率放大器非线性[17]。虽然可以通过适当的校准和补偿算法来减少硬件损伤对系统性能的影响，但是由于估计误差和校准不准确，仍会存在一些残留硬件损伤，而这些残留损伤对系统性能会产生重要影响。因此，硬件损伤NOMA系统衰落性能及传输方案的研究具有重大的实际意义。