给忙碌者的5G基础知识课（十八）——OFDM+NOMA强强联手

各位同学平安夜快乐！今天继续《给忙碌者的5G基础知识课》。

给忙碌者的5G基础知识课（十七）——神奇的OFDM这篇文章中提到了，4G中使用了一种逆天的复用技术-OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用技术）。

说它逆天，是因为采用OFDM复用，使得承载不同用户数据的无线电波，在频率上可以交叠在一起传输，而互不干扰，大大提升了移动通信系统的频率利用效率。

那么5G技术是不是采用了更突破性的复用技术呢？

答案是截至目前，并没有。。。因为OFDM已经是当前商用的复用技术中最NB的了，因此，在目前5G仅仅在eMBB场景应用的情况下，依然采用了与4G相同的OFDM复用技术。

这里强调了eMBB场景，是因为在其他场景使用什么复用技术还没定论。

首先叕得带大家回顾下5G的三大应用场景。。5G相比于4G，不单单是给人用的（2C），它的变革性在于在垂直行业应用的拓展（2B）。根据ITU（国际电信联盟）的定义，5G的三大应用场景分别是eMBB、mMTC与uRLLC。

其中eMBB就是高速率应用场景，主要适用2C的VR、AR、8K、云游戏等应用，mMTC是大规模物联网应用场景，比如智慧城市、智慧工厂，uRLLC是超低时延应用场景，比如车辆网、远程手术，后两者均是主要应用于2B场景，需要网络端到端的支持，也就是承载网、核心网都得换成5G设备了，网络变成SA（独立组网）组网了，才可以实现。

但是，一是目前制定5G技术标准的组织3GPP仅仅完成了eMBB部分协议的制定，二是当前的网络还都是仅把基站替换成5G设备的NSA（非独立组网）组网，因此，目前的网络仅仅是一张支持eMBB的5G网络。

而目前eMBB应用的复用技术，就是传统的OFDM的改进版本。说它改进，是因为相比于4G的OFDM，5G使用的OFDM提升了一丢丢的频谱效率。

上篇文章中提到，移动通信中不同的系统（比如4G和5G），如果使用的频率相邻接的话，是不能紧密靠在一起的，需要留出一定的保护带，因为无线电波在频域上无法做到完全控制在某个频率范围内，而会出现泄漏现象。

无论是传统的频分复用FDM，还是4、5G中使用的OFDM，无线电波在其两端都会出现像波浪一样的泄漏，而且泄漏信号的强度都是距离中心频率越远，则越弱，因此不同信号间需要隔离一段距离（隔离带），让泄漏的影响降低到不至于干扰到别的无线系统的传输。

上面这个波形是典型的OFDM复用波形，可以看到，在分配的频率带宽内，6个波形（可以理解为复用了6个用户或者1个用户的6路数据）两侧越荡越弱的余波，这就是泄漏。

在4G网络中，这个隔离带所占用的频率带宽要达到分配给运营商使用带宽的10%，也就是说10%的频率资源都白白浪费掉了。而5G由于使用了更先进的OFDM技术：F-OFDM，信号泄漏情况大大改善，隔离带所占用的频带缩减到了2-3%，也就是说通过OFDM的改进，数据传输速率可以提升8%左右。

上面说了eMBB已经确定还是使用OFDM作为复用的方式，而对于uRLLC来说，OFDM同样可以适用，但是对于mMTC，OFDM就捉襟见肘了：因为目前OFDM的复用效率，远远没法支撑mMTC宏大的目标：每平方公里能同时接入100万个设备。

但是我们之前说过了，OFDM相比于他的哥哥们：TDM、FDM、CDM已经把复用效率提升了一个量级。那么怎么才能在相同的时间和频率资源上，复用更多的数据，使得更多的用户一起传输数据呢？

俗话说的好，只要思想不滑坡，办法总比困难多。3GPP旗下的各大会员单位们，针对mMTC的复用方式，竟然尼玛足足提出了超过15种解决方案，比如来自中国的几大厂家，华为提出了SCMA、中兴提出了MUSA 、大唐提出了PDMA。而这些方案都属于一个技术大类，那就是NOMA。

当当当，一种崭新的复用技术诞生了。

NOMA（non-orthogonal multiple-access），翻译过来就是非正交多址复用，相当于是直接把他哥OFDM正交多址复用技术从技术原理就给否了。。意思就是，谁说在频率上正交的无线电波才能复用在一起传输？不正交的也能！

由于NOMA技术原理过于复杂，我也看得不是很明白，毕竟咱也不是搞理论研究的。

我只能简单告诉大家，采用NOMA技术后，不同用户的数据，竟然可以在相同的时间和频率上传输。

咋理解呢？如果将数据传输比喻成乘高铁，假如将座位的排比喻成频率，列比喻成时间的话，OFDM技术相当于在同一排塞进去了更多的座位，比如原来一排5个座位，现在过道都不要了，再加一个座位，使得频率域复用用户的效率提升，单个车厢能塞进去的用户（复用用户数）提升。

那么NOMA呢？在OFDM已经没法再往车厢里塞进去更多的座位时（毕竟过道都没了），NOMA干脆采用了一个极端的做法：每个座位都别只坐一个人了，大家再挤挤，都坐大腿吧！

而且牛B的NOMA技术能使得一个座位上同时坐上去N个人，相当于几个人叠坐在一起。。这样使得复用效率相比OFDM又上了一个档次。通过这种“变态”的做法，使得相同的时间与频率资源上，能复用更多的用户，让超大规模连接的eMTC场景变成了可能。

当然，NOMA是不是要使用，到底用哪种NOMA并无定论，因为该技术仅仅理论成熟，商用尚待时日。

而且，既然NOMA这么牛B，为啥不干脆eMBB也用NOMA得了？相同时频资源内传输更多的数据，对于高速率场景不是更适合吗？

这是因为NOMA缺陷也很明显。。NOMA这种复用的玩法，仅适用于单用户传输少量的数据，mMTC场景下，每个接入5G网络的设备，比如水表、电表、路灯、井盖等，一小时甚至几天发几个比特的数据就够了。

如果用户需要发送大量的数据，而且是高速率传输，NOMA就玩不转了，不同用户之间的干扰，会直接抹平NOMA复用效率的提升。因此，3GPP已经明确说了，只有mMTC采用NOMA。

uRLLC呢？由于uRLLC很多应用也不需要连续传输大量数据，因此目前来看，用OFDM或者NOMA都可以，但是估计用更成熟的OFDM可能性大。

所以说，5G的复用技术，不再是单一的OFDM，为了适应更多的应用场景，大概率会采用OFDM+NOMA的强强联手。