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多载波NOMA系统资源分配研究综述
摘要
多载波非正交多址（NOMA）系统是一种新型的无线通信技术，通过在同一载波上多用户同时传输数据而不需预分配时隙和频带，能够提高频谱效率和用户连接数量。资源分配是实现NOMA系统的关键，本文概述了多载波NOMA系统资源分配的研究现状和发展趋势，包括静态与动态资源分配、功率分配、子载波分配、用户选择等多个方面。此外，本文还介绍了NOMA系统与其他无线通信技术的比较和未来展望。
关键词：多载波NOMA、资源分配、功率分配、子载波分配、用户选择
引言
传统的无线通信系统采用频分复用或时分复用技术，将频段或时隙分配给不同的用户，因此频谱效率和用户连接数量受到限制，难以满足未来繁忙的无线通信需求。为此，多载波非正交多址（NOMA）技术被提出，该技术使用同一载波传输多个用户的通信数据，解决了传统无线通信系统的瓶颈问题。
NOMA技术通过资源分配来管理多个用户之间的通信，使得每个用户能够在相同的频段内传输数据，从而提高频谱效率。因此，资源分配是NOMA系统的核心问题。本文将概述多载波NOMA系统资源分配的研究现状和发展趋势，包括静态与动态资源分配、功率分配、子载波分配、用户选择等多个方面。此外，本文还将介绍NOMA系统与其他无线通信技术的比较和未来展望。
多载波NOMA系统资源分配研究现状
静态资源分配
静态资源分配指定用户在整个通信过程中使用相同的资源，这种资源分配方式适用于用户数量较少的场景。通常，静态资源分配通过指定用户分配独立的前向误差纠正（FEC）码或单独的子载波来实现。
在多载波NOMA系统中，静态资源分配方法可根据不同呼叫类型进行优化。例如，对于低速率呼叫类型，可以采用指定用户数量较少FEC码，从而增加其可靠性；而高速率呼叫类型则可以采用更高级别的FEC码，以确保信号的可靠性。
动态资源分配
与静态资源分配不同，动态资源分配可根据需要动态分配资源，以适应用户数量的变化。对于动态资源分配，采用“动态单元分配（DUA）”策略。在这种策略下，NOMA系统将总资源池分为多个动态单元，这些资源单元的数目可以根据实时字传输情况动态变化。
在动态单元分配策略中，当有新用户加入时，可以通过重新分配资源单元或增加资源单元数目，以提高整个系统的效率。此外，采用动态分配资源的方法可以更好地适应复杂多变的无线信道环境，特别是在移动用户数量随之变化的情况下。
功率分配
在多用户NOMA系统中，对于不同的用户，需要分派不同的功率，以便使所有用户都具有足够的接收信噪比（SNR），以实现最大化系统性能。功率分配是多载波NOMA系统资源分配的关键问题之一，通常分为静态功率分配（SPA）和动态功率分配（DPA）。
静态功率分配（SPA）指的是在整个通信过程中固定不变的功率分配策略。SPA通常适用于具有相对稳定用户数量的情况，其缺点是不适合应对信道状态的动态变化。动态功率分配（DPA）可根据实时信道状态动态调整用户的功率分配比例。DPA的优点是能够实时适应信道变化，从而提高系统性能。另外，DPA算法还包括了柔性用户配额策略，可以根据不同的用户需求分配系统资源。
子载波分配
子载波分配是多载波NOMA系统资源分配的一个重要方面，可通过分配不同的子载波实现不同用户之间的区分。在子载波分配过程中，设计了一些考虑尽量使用同一载波的技术与方法，例如：利用卷积电路器件将信源编码成尽量小的球面编码；修正算法和正交干扰消除技术将信号分离；以及一些特殊的调制技术，在对接受的信号采样率开销最小的情况下，最大化频率、时间、能量和带宽资源的利用，以达到最佳的通信质量和效率。
用户选择
在多载波NOMA系统中，通常有多个用户同时使用独立的载波进行通信，因此如何有效地选择用户和分配资源是一个重要问题。用户选择是多载波NOMA系统资源分配的一个重要方面，其基本思想是通过适当的动态用户选择和优化资源分配方案，以满足系统的性能要求。
近年来，研究人员提出了各种用户选择方法，包括基于信道状态信息（CSI）的最小倍率分离算法，注意力机制，深度强化学习等。
多载波NOMA系统与其他无线通信技术比较
与现有的无线通信技术相比，多载波NOMA具有许多优点。首先，NOMA技术通过使用同一载波传输多个用户的通信数据，提高了频谱效率和用户连接数量，从而可以更好地满足未来无线通信需求。
其次，NOMA技术可以在相同的频段内同时传输多个用户的数据，从而大大减少了无线信号的传输延迟，这对实时通信的要求非常重要。此外，多个用户在同一载波上同时传输数据，会产生干扰。但是，在NOMA系统中，干扰信号在接收端被处理并消除，实现更高的系统容量和性能。
未来展望
随着无线通信技术的不断发展，NOMA系统正在成为新型的无线通信技术。未来，NOMA系统有望成为5G及以后的新型无线通信技术的核心技术