NOMA – 2 сотовые сети в 1
Все стандарты сотовой связи, начиная с 1G, заканчивая 5G строятся на принципе ортогональности. Это означает, что вся система радиодоступа создана так, чтобы свести к минимуму влияние разных устройств друг на друга. Иными словами, в одной точке пространства, по частоте и времени каждому смартфону выделяется персональный ресурс.
Сотовые сети 4G и 5G используют для разделения частотно-временного ресурса метод множественного доступа OFDMA, при котором каждому смартфону выделяется индивидуальный набор ресурсных блоков ограниченных по частоте и времени.
В 3G каждому абоненту выдаётся специальный ортогональный код, использование которого не создаёт помех другим. Такой метод множественного доступа называется WCDMA.
Несомненный плюс всех таких систем в том, что интерференция, то есть взаимное влияние устройств в них, жёстко регламентирована. С другой стороны, в каждой точке пространства мы всегда будем ограничены тем спектром, что выделен для этой сети. Сколь бы умные технологии не изобретались и на сколько бы сложны и дороги они ни были – скорости передачи данных и ёмкость у них будут конечны.
Это означает, что чем больше будет устройств в сотовых сетях и чем более качественные услуги им будут нужны, тем больше базовых станций нужно будет устанавливать. Это фундаментальное ограничение. Но этот вопрос может быть решён.
Учёные уже много лет присматриваются к новой концепции множественного доступа: NOMA – Non-Orthogonal Multiple Access, то есть не ортогональный множественный доступ. Это означает, что такие системы будут построены таким образом, что информация для каждого абонента может передаваться в одном и том же частотно-временном ресурсе и совсем не обязательно добиваться того, чтобы они не мешали друг другу. И главный вопрос: как этого добиться? 🙂
Нет, учёные и инженеры не пытаются изобрести философский камень. Это вполне реально, хотя окончательных решений, а главное: относительно недорогих и простых приёмо-передатчиков пока нет. Тем не менее, разработки в этом направлении идут.
Сейчас NOMA представлена двумя главными направлениями: кодовым разделением абонентов и разделением по мощности.
В первом случае абонентам присваиваются индивидуальные коды, которые не обязательно должны быть ортогональными друг другу, то есть независимыми, как в WCDMA – 3G.
Во-втором варианте каждому абоненту присваивается индивидуальная мощность передачи. Чем ближе абонент к станции – тем ниже мощность для передачи сигнала ему. Зная эту мощность дальние абоненты могут убрать этот сигнал как шум и принять свой собственный.
Пока это лишь концепции и исследования носят скорее первичный характер. Тем не менее, некоторые разработчики предполагают появление NOMA уже в стандарте 5G, например, для области интернета вещей.
В любом случае, создание первых систем с NOMA будет означать коренной перелом в области беспроводной связи, что сделает эту сферу ещё более распространённой и полезной для общества и промышленности.