5G非正交多址技術專利布局分析

李孟 薛敬偉 廖佳佳 中國電子科技集團公司信息科學研究院 北京 100086

多址技術是現(xiàn)代通信系統(tǒng)中的一種基礎技術，其目標是將通信資源進行合理劃分以分配給用戶使用。為了進一步增加系統(tǒng)容量，第五代（5G）移動通信系統(tǒng)引入了非正交多址技術。這類技術在時頻資源內(nèi)主動引入多用戶間干擾，實現(xiàn)碼域、空域或功率域的非正交復用，然后在接收端通過干擾消除技術，實現(xiàn)正確解調(diào)。本文首先對多種非正交多址方案進行梳理，然后圍繞它們的專利布局進行分析，旨在充分展現(xiàn)該領域的宏觀態(tài)勢。

1 各種新型多址技術

通過在不同資源域中實施多種復用算法，非正交多址技術又進一步衍生出繁多的分支技術。3GPP RAN1工作組的#84bis會議上，多篇提案對目前的非正交多址方案進行了總結歸納，下面針對部分主流方案進行概述。

1.1 非正交多址接入NOMA

非正交多址接入（non-orthogonal multiple access，NOMA）技術的基本思想是：在發(fā)送端，采用功率復用技術，使同一子信道上的不同用戶信號功率按照相關算法分配，使得到達接收端的每個用戶的信號功率不同。在接收端，NOMA采用SIC技術，根據(jù)不同用戶信號功率大小按照一定順序進行干擾消除，達到區(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）技術是一種基于碼域的非正交多址技術，其基本思想是：在發(fā)送端，通過將低密度碼（Low Density Signature，LDS）和OFDM技術相結合，通過聯(lián)合優(yōu)化LDS中的QAM調(diào)制器和線性稀疏擴頻，直接將二進制比特數(shù)據(jù)映射成多維復碼字 在接收端，利用消息傳遞算法進行多用戶檢測，即使在系統(tǒng)嚴重過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，SCMA的碼本具有一定的靈活性，應用場景廣泛。

1.3 圖樣分割多址接入PDMA

圖樣分割多址接入（Pattern Division Multiple Access，PDMA）技術是基于多個信號域非正交圖樣特征來區(qū)分多個用戶，本質上也是基于稀疏擴頻的非正交多址方案。在發(fā)送端，多個用戶的信息在功率域、空域和碼域等特征域單獨或者聯(lián)合編碼在接收端，采用低復雜度的SIC算法實現(xiàn)多用戶聯(lián)合解調(diào)。由于PDMA可以同時利用信號的功率域、空域和碼域等特征來區(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）技術是一種碼域非正交多址技術。其原理是發(fā)送端對每個用戶調(diào)制后的數(shù)據(jù)符號通過一個專門設計的序列進行擴頻處理，然后擴頻后的序列疊加在相同的時頻資源傳輸，在接收端采用SIC解調(diào)各個用戶的數(shù)據(jù)。

1.5資源擴展多址接入RSMA

資源擴展多址接入（Resource spread multiple access，RSMA）技術是一種非同步、非正交、基于競爭的多址接入?yún)f(xié)議。該技術通過結合低碼率的信道編碼、低相關性的擾碼和不同的交織器來區(qū)分不同用戶的信號。根據(jù)不同應用場景，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，且支持異步傳輸場景 多載波RSMA則能夠實現(xiàn)低延遲接入。

2 非正交多址技術全球專利布局特點

由于2012年國際電信聯(lián)盟ITU提出了IMT-2020（5G）概念，拉開了研究適應于5G通信的新型多址技術的序幕。全球范圍內(nèi)對非正交多址技術的研發(fā)從2012年開始加速，在2012年之前只有零星的相關申請，2012年之后，該技術在專利申請量上體現(xiàn)為一段陡峭上升的走勢，并在2016年達到申請量的峰值。2016年5G標準化進程開啟，3GPP R15（5G Phase 1）的制定工作提上日程，為了寫入通信標準，各項技術逐步進入仿真驗證階段，新的技術研發(fā)放緩，專利申請量開始下降。

在非正交多址領域，全球專利申請量排名前五位的申請人依次是：華為、LG電子、NTT、高通公司和大唐移動通信。他們均通過參加3GPP RAN1會議提出了各自不同的非正交多址技術方案。

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

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

3 總結

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