洞見 - 通信網路 - # 非正交多址接入(NOMA)和速率分裂多址接入(RSMA)的調制和編碼

非正交多址接入(NOMA)和速率分裂多址接入(RSMA)的調制和編碼

Q: 如何在MIMO-NOMA系統中聯合設計調制和前置編碼,以進一步提高性能?

在MIMO-NOMA系統中，聯合設計調制和前置編碼的關鍵在於充分利用多天線的空間資源，以提高系統的整體性能。首先，調制方案的選擇應考慮到用戶的信道條件，特別是對於信道增益較弱的用戶，應選擇能夠抵抗干擾的調制方式，如非均勻調制或干擾感知星座設計。這樣可以減少符號重疊所導致的比特錯誤率（BER）。 其次，前置編碼的設計應該與調制方案相結合，通過對不同用戶的信號進行適當的預編碼，來最大化信號的接收性能。具體來說，可以根據用戶的信道狀態信息（CSI）來調整前置編碼矩陣，使得強信道用戶的信號能夠有效地抵消弱信道用戶的干擾。這種聯合設計不僅能提高系統的頻譜效率，還能增強用戶的吞吐量，特別是在多用戶環境中。

Q: 在有限反饋和不完全信道狀態信息的情況下,如何設計健壯的MIMO-NOMA系統?

在有限反饋和不完全信道狀態信息的情況下，設計健壯的MIMO-NOMA系統需要採取幾個策略。首先，可以利用信道估計技術來獲取用戶的CSI，並根據這些估計值進行功率分配和資源管理。這樣可以在一定程度上減少由於不準確的CSI所引起的性能損失。 其次，應用自適應調制和編碼技術（AMC）來根據實時的信道條件調整調制方式和編碼率。這樣可以在信道狀況不佳時選擇較低的調制方式，以提高可靠性，並在信道狀況良好時選擇較高的調制方式以提升頻譜效率。 此外，採用多用戶分組技術可以有效地管理用戶之間的干擾，通過將信道條件相似的用戶分為一組來進行協同傳輸，從而提高系統的整體性能。這些策略的結合將有助於在有限反饋和不完全CSI的情況下，實現MIMO-NOMA系統的穩健性和高效性。

Q: 端到端NOMA和基於深度學習的調制技術在實際部署中會面臨哪些挑戰?

端到端NOMA和基於深度學習的調制技術在實際部署中面臨多重挑戰。首先，端到端NOMA系統需要處理多用戶之間的干擾，這要求系統具備高效的干擾管理機制。傳統的干擾消除技術如逐次干擾消除（SIC）在多用戶環境中可能會面臨計算複雜度高和延遲問題，因此需要探索更高效的解決方案。 其次，基於深度學習的調制技術需要大量的訓練數據來提高模型的準確性和可靠性。然而，在實際環境中，獲取足夠的標註數據可能會非常困難，這限制了深度學習模型的有效性。此外，深度學習模型的可解釋性也是一個挑戰，因為其“黑箱”特性使得系統的行為難以預測和調整。 最後，系統的實時性和延遲要求也是一個重要挑戰。端到端NOMA系統需要在低延遲的情況下進行高效的數據傳輸，而基於深度學習的調制技術可能需要較長的計算時間來進行推斷，這可能會影響整體系統的性能。因此，如何平衡性能和實時性是未來研究的重點。

核心概念

本文探討了非正交多址接入(NOMA)和速率分裂多址接入(RSMA)的調制和編碼技術,以解決實際實施NOMA時的挑戰,如干擾抑制和同步問題。文章提出了多種創新的調制和編碼方案,如異步NOMA、干擾感知調制、無SIC解碼和基於自編碼器的端到端NOMA,以提高頻譜效率和可靠性。

摘要

本文首先介紹了NOMA的基本原理和挑戰,包括功率域NOMA(P-NOMA)和碼域NOMA(C-NOMA)。

對於P-NOMA,文章討論了同步和異步NOMA的差異。異步NOMA可以通過減少用戶間干擾來提高整體性能,但需要設計新的解碼方法。

對於C-NOMA,文章概述了不同C-NOMA方案的發射機和接收機結構,並對其進行了分類。

接下來,文章探討了調制技術的演進,從傳統的均勻調制到非均勻調制,以及與編碼技術的結合,如交錯編碼調制,以提高NOMA的性能。

文章還介紹了基於深度學習的干擾感知調制和端到端NOMA,展示了其在提高可靠性和頻譜效率方面的潛力。

最後,文章回顧了速率分裂多址接入(RSMA),並討論了其在上行和下行場景中的應用。

總的來說,本文提供了NOMA和RSMA調制編碼方案的全面概述,並提出了多項創新技術,為實現NOMA從理論到實踐的轉變提供了重要見解。

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arxiv.org

統計資料

5G網絡和6G網絡需要的連接密度分別是4G的1000倍和5G的10倍。
異步NOMA可以通過減少用戶間干擾來提高整體性能,但需要設計新的解碼方法。
基於深度學習的干擾感知調制和端到端NOMA在提高可靠性和頻譜效率方面具有顯著潛力。

引述

"異步傳輸實際上可以減少整體干擾,因為減少的用戶間干擾超過了增加的碼間干擾的影響。"
"當缺乏完美同步時,successive interference cancellation(SIC)不再是最優的。"
"基於深度學習的端到端通信是一個創新概念,具有顯著的改善誤碼率的潛力。"

從以下內容提煉的關鍵洞見

Modulation and Coding for NOMA and RSMA

by Hamid Jafark... 於 arxiv.org 10-02-2024

https://arxiv.org/pdf/2410.00239.pdf

深入探究

如何在MIMO-NOMA系統中聯合設計調制和前置編碼,以進一步提高性能?

在MIMO-NOMA系統中，聯合設計調制和前置編碼的關鍵在於充分利用多天線的空間資源，以提高系統的整體性能。首先，調制方案的選擇應考慮到用戶的信道條件，特別是對於信道增益較弱的用戶，應選擇能夠抵抗干擾的調制方式，如非均勻調制或干擾感知星座設計。這樣可以減少符號重疊所導致的比特錯誤率（BER）。
其次，前置編碼的設計應該與調制方案相結合，通過對不同用戶的信號進行適當的預編碼，來最大化信號的接收性能。具體來說，可以根據用戶的信道狀態信息（CSI）來調整前置編碼矩陣，使得強信道用戶的信號能夠有效地抵消弱信道用戶的干擾。這種聯合設計不僅能提高系統的頻譜效率，還能增強用戶的吞吐量，特別是在多用戶環境中。

在有限反饋和不完全信道狀態信息的情況下,如何設計健壯的MIMO-NOMA系統?

在有限反饋和不完全信道狀態信息的情況下，設計健壯的MIMO-NOMA系統需要採取幾個策略。首先，可以利用信道估計技術來獲取用戶的CSI，並根據這些估計值進行功率分配和資源管理。這樣可以在一定程度上減少由於不準確的CSI所引起的性能損失。
其次，應用自適應調制和編碼技術（AMC）來根據實時的信道條件調整調制方式和編碼率。這樣可以在信道狀況不佳時選擇較低的調制方式，以提高可靠性，並在信道狀況良好時選擇較高的調制方式以提升頻譜效率。
此外，採用多用戶分組技術可以有效地管理用戶之間的干擾，通過將信道條件相似的用戶分為一組來進行協同傳輸，從而提高系統的整體性能。這些策略的結合將有助於在有限反饋和不完全CSI的情況下，實現MIMO-NOMA系統的穩健性和高效性。

端到端NOMA和基於深度學習的調制技術在實際部署中會面臨哪些挑戰?

端到端NOMA和基於深度學習的調制技術在實際部署中面臨多重挑戰。首先，端到端NOMA系統需要處理多用戶之間的干擾，這要求系統具備高效的干擾管理機制。傳統的干擾消除技術如逐次干擾消除（SIC）在多用戶環境中可能會面臨計算複雜度高和延遲問題，因此需要探索更高效的解決方案。
其次，基於深度學習的調制技術需要大量的訓練數據來提高模型的準確性和可靠性。然而，在實際環境中，獲取足夠的標註數據可能會非常困難，這限制了深度學習模型的有效性。此外，深度學習模型的可解釋性也是一個挑戰，因為其“黑箱”特性使得系統的行為難以預測和調整。
最後，系統的實時性和延遲要求也是一個重要挑戰。端到端NOMA系統需要在低延遲的情況下進行高效的數據傳輸，而基於深度學習的調制技術可能需要較長的計算時間來進行推斷，這可能會影響整體系統的性能。因此，如何平衡性能和實時性是未來研究的重點。