李孟 薛敬偉 廖佳佳 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司信息科學(xué)研究院 北京 100086

多址技術(shù)是現(xiàn)代通信系統(tǒng)中的一種基礎(chǔ)技術(shù)，其目標(biāo)是將通信資源進(jìn)行合理劃分以分配給用戶使用。為了進(jìn)一步增加系統(tǒng)容量，第五代（5G）移動(dòng)通信系統(tǒng)引入了非正交多址技術(shù)。這類技術(shù)在時(shí)頻資源內(nèi)主動(dòng)引入多用戶間干擾，實(shí)現(xiàn)碼域、空域或功率域的非正交復(fù)用，然后在接收端通過(guò)干擾消除技術(shù)，實(shí)現(xiàn)正確解調(diào)。本文首先對(duì)多種非正交多址方案進(jìn)行梳理，然后圍繞它們的專利布局進(jìn)行分析，旨在充分展現(xiàn)該領(lǐng)域的宏觀態(tài)勢(shì)。

1 各種新型多址技術(shù)

通過(guò)在不同資源域中實(shí)施多種復(fù)用算法，非正交多址技術(shù)又進(jìn)一步衍生出繁多的分支技術(shù)。3GPP RAN1工作組的#84bis會(huì)議上，多篇提案對(duì)目前的非正交多址方案進(jìn)行了總結(jié)歸納，下面針對(duì)部分主流方案進(jìn)行概述。

1.1 非正交多址接入NOMA

非正交多址接入（non-orthogonal multiple access，NOMA）技術(shù)的基本思想是：在發(fā)送端，采用功率復(fù)用技術(shù)，使同一子信道上的不同用戶信號(hào)功率按照相關(guān)算法分配，使得到達(dá)接收端的每個(gè)用戶的信號(hào)功率不同。在接收端，NOMA采用SIC技術(shù)，根據(jù)不同用戶信號(hào)功率大小按照一定順序進(jìn)行干擾消除，達(dá)到區(qū)分不同用戶的目的。

1.2 稀疏碼分多址接入SCMA

稀疏碼分多址接入（Sparse Code Multiple Access，SCMA）技術(shù)是一種基于碼域的非正交多址技術(shù)，其基本思想是：在發(fā)送端，通過(guò)將低密度碼（Low Density Signature，LDS）和OFDM技術(shù)相結(jié)合，通過(guò)聯(lián)合優(yōu)化LDS中的QAM調(diào)制器和線性稀疏擴(kuò)頻，直接將二進(jìn)制比特?cái)?shù)據(jù)映射成多維復(fù)碼字 在接收端，利用消息傳遞算法進(jìn)行多用戶檢測(cè)，即使在系統(tǒng)嚴(yán)重過(guò)載的情況下也能獲得較好的性能，能夠顯著提高系統(tǒng)容量。相較于NOMA等非正交多址接入技術(shù)，SCMA的碼本具有一定的靈活性，應(yīng)用場(chǎng)景廣泛。

1.3 圖樣分割多址接入PDMA

圖樣分割多址接入（Pattern Division Multiple Access，PDMA）技術(shù)是基于多個(gè)信號(hào)域非正交圖樣特征來(lái)區(qū)分多個(gè)用戶，本質(zhì)上也是基于稀疏擴(kuò)頻的非正交多址方案。在發(fā)送端，多個(gè)用戶的信息在功率域、空域和碼域等特征域單獨(dú)或者聯(lián)合編碼在接收端，采用低復(fù)雜度的SIC算法實(shí)現(xiàn)多用戶聯(lián)合解調(diào)。由于PDMA可以同時(shí)利用信號(hào)的功率域、空域和碼域等特征來(lái)區(qū)分不同用戶，因此PDMA的頻譜利用率較高。

1.4多用戶共享接入MUSA

多用戶共享接入（Multi-user Shared Access，MUSA）技術(shù)是一種碼域非正交多址技術(shù)。其原理是發(fā)送端對(duì)每個(gè)用戶調(diào)制后的數(shù)據(jù)符號(hào)通過(guò)一個(gè)專門設(shè)計(jì)的序列進(jìn)行擴(kuò)頻處理，然后擴(kuò)頻后的序列疊加在相同的時(shí)頻資源傳輸，在接收端采用SIC解調(diào)各個(gè)用戶的數(shù)據(jù)。

1.5資源擴(kuò)展多址接入RSMA

資源擴(kuò)展多址接入（Resource spread multiple access，RSMA）技術(shù)是一種非同步、非正交、基于競(jìng)爭(zhēng)的多址接入?yún)f(xié)議。該技術(shù)通過(guò)結(jié)合低碼率的信道編碼、低相關(guān)性的擾碼和不同的交織器來(lái)區(qū)分不同用戶的信號(hào)。根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)景，又可以分為單載波RSMA和多載波RSMA。其中單載波RSMA具有較低峰均比，且支持異步傳輸場(chǎng)景 多載波RSMA則能夠?qū)崿F(xiàn)低延遲接入。

2 非正交多址技術(shù)全球?qū)＠季痔攸c(diǎn)

由于2012年國(guó)際電信聯(lián)盟ITU提出了IMT-2020（5G）概念，拉開(kāi)了研究適應(yīng)于5G通信的新型多址技術(shù)的序幕。全球范圍內(nèi)對(duì)非正交多址技術(shù)的研發(fā)從2012年開(kāi)始加速，在2012年之前只有零星的相關(guān)申請(qǐng)，2012年之后，該技術(shù)在專利申請(qǐng)量上體現(xiàn)為一段陡峭上升的走勢(shì)，并在2016年達(dá)到申請(qǐng)量的峰值。2016年5G標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程開(kāi)啟，3GPP R15（5G Phase 1）的制定工作提上日程，為了寫入通信標(biāo)準(zhǔn)，各項(xiàng)技術(shù)逐步進(jìn)入仿真驗(yàn)證階段，新的技術(shù)研發(fā)放緩，專利申請(qǐng)量開(kāi)始下降。

在非正交多址領(lǐng)域，全球?qū)＠暾?qǐng)量排名前五位的申請(qǐng)人依次是：華為、LG電子、NTT、高通公司和大唐移動(dòng)通信。他們均通過(guò)參加3GPP RAN1會(huì)議提出了各自不同的非正交多址技術(shù)方案。

從申請(qǐng)時(shí)間上來(lái)看，華為公司從2013年開(kāi)始進(jìn)行該領(lǐng)域的專利布局，并在其后的4-5年時(shí)間內(nèi)持續(xù)推進(jìn)相關(guān)研究。NTT公司最早在2012年提出相關(guān)專利申請(qǐng)，但該公司專利布局總量較少，且在2017年以后停止了該領(lǐng)域的專利申請(qǐng)。高通公司和LG電子則分別在2015-2017年和2016-2017年間開(kāi)展了集中大量的專利布局。

華為公司在該技術(shù)領(lǐng)域布局最多的地區(qū)是美國(guó)，其次在中國(guó)、韓國(guó)、歐洲、日本和印度等地均有布局。高通公司在該領(lǐng)域的全球?qū)＠季峙c華為公司較為類似。NTT公司的專利布局主要集中在美國(guó)、歐洲和日本。LG電子的專利布局主要集中在美國(guó)、中國(guó)、韓國(guó)和歐洲。與LG電子相比，大唐移動(dòng)通信增加了對(duì)印度的專利布局。

3 總結(jié)

綜上分析，非正交多址技術(shù)作為5G空口領(lǐng)域的新興技術(shù)，提高了5G系統(tǒng)的頻譜利用率和系統(tǒng)容量。目前該領(lǐng)域存在的多個(gè)技術(shù)分支，其專利布局主要來(lái)自各國(guó)通信業(yè)巨頭。通過(guò)本文的詳盡分析，有利于研發(fā)人員和相關(guān)企業(yè)掌握該技術(shù)領(lǐng)域的宏觀發(fā)展脈絡(luò)和專利布局現(xiàn)狀。