5G非正交多址接入技术的性能对比

在5G通信技术中，非正交多址接入（NOMA）技术凭借其独特的优势，成为提升频谱效率和连接密度的关键技术。不同的NOMA技术方案在性能上各有特点，以下将对功率域NOMA、多用户共享接入（MUSA）、稀疏码多址接入（SCMA）和模式分割多址接入（PDMA）进行性能对比分析。

频谱效率

功率域NOMA通过在功率域上复用多个用户信号，在相同资源上实现多用户传输，有效提升了频谱效率。例如在城市宏蜂窝场景中，采用功率域NOMA可使总吞吐量提高50%左右。它利用不同用户的路径损耗差异，在发送端进行功率分配，接收端通过串行干扰消除（SIC）技术解调信号，能逼近多用户系统的容量界。

MUSA技术采用复数多元码扩展序列，在发送端用特殊设计的序列对用户调制符号进行扩频，接收端基于信号强度采用SIC多用户检测算法。它能在相同时频资源上支持大量用户的高可靠接入，在码域和功率域联合优化下，可进一步提升频谱效率。

SCMA技术将不同传输层的用户信号进行叠加，在相同时间/频率资源上传输。其通过多维调制和稀疏扩频方式，将二进制比特流映射成二维码字后叠加发送。接收端利用消息传递算法（MPA）进行译码，能有效提高系统过载能力，实现更高的频谱效率。

PDMA技术通过设计特征图样来区分不同用户，可将信号在码域、空域和功率域进行联合或单独编码传输。它可以根据不同场景灵活调整编码维度，在多种资源非正交复用下，实现较高的频谱效率。

接入能力

功率域NOMA支持系统过载传输，即支持的用户数量远大于目标吞吐量的正交通道数量。在上行密集场景和广覆盖多节点接入场景中优势明显，能满足大规模连接需求。

MUSA技术具有实现简单、用户接入量较大的优点，比较适用于大用户数量连接的免信令场景。它通过扩频序列区分用户，在上行链路中能有效支持大量用户同时接入。

SCMA技术通过控制码本的稀疏程度来调整系统的频谱效率，能实现系统过载，同时服务于更多用户。其码字的稀疏特性使得接收端检测算法复杂度相对较低，有利于提高接入能力。

PDMA技术的扩频图样灵活性高，每个物理资源块上叠加的用户数和用户信息传输时连接的时频资源块不受严格限制，负载度相对更高，能有效增加接入用户数量。

复杂度与成本

功率域NOMA的接收端需要采用SIC技术，随着用户数量增加，SIC的复杂度也会相应提高。不过，随着芯片处理能力的增强，其实现难度逐渐降低。

MUSA系统在发射端增加了扩频模块，接收端采用SIC接收机，整体实现相对简单，成本较低，适合大规模部署。

SCMA技术的接收端需要利用MPA等低复杂度非线性检测算法进行信号检测，虽然算法复杂度有一定挑战，但通过优化设计可有效控制成本。

PDMA系统由于多种类型资源的非正交复用，导致接收机检测算法复杂度较高，对硬件处理能力要求也相对较高，成本可能相对较高。