ABSTRACT Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) is now becoming an impeding rather than a sustainable technology for realizing the vision of 5G due to its tight synchronization, orthogonality constraints, and significant bandwidth wastage due to Cyclic Prefix. To overcome this limitation, several non-orthogonal schemes have been introduced as candidates for upcoming 5G technology for providing flexible, reliable, fair and high-speed multiple access to users and/or devices. A combination of Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA) and Universal Filtered Multi-Carrier (UFMC) is found suitable for downlink scenario. We propose NOMA-UFMC-based Radio Access (NOMURA) scheme, which is asynchronous, bandwidth efficient and provides higher throughput. The proposed scheme is non-orthogonal in two aspects: (1) NOMA provides resources to different users via power scaling while utilizing same frequency resources, and (2) UFMC allows for a slight delay in synchronization, hence not strictly compliant with orthogonality requirements. The components of the proposed scheme, namely NOMA and UFMC, are backward compatible with OFDMA ensuring trivial application of Multiple Input Multiple Output and other performance enhancement measures already developed for OFDMA. We provide simulation results benchmarked against OFDMA and Filter Bank Multi-Carrier-Filtered Multi-Tone and show that NOMURA is more apt for flexible bandwidth allocations, active cancellation, higher throughput and provides equivalent Bit Error Rate performance under AWGN and Rayleigh fading conditions.

中文翻译：

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NOMURA：一种用于认知无线电的频谱高效的非正交 5G 多址下行链路方案

摘要 正交频分多址 (OFDMA) 现在正成为实现 5G 愿景的阻碍而非可持续的技术，因为它具有严格的同步性、正交性限制以及由于循环前缀导致的显着带宽浪费。为了克服这一限制，已经引入了几种非正交方案作为即将到来的 5G 技术的候选方案，以便为用户和/或设备提供灵活、可靠、公平和高速的多址接入。发现非正交多址 (NOMA) 和通用滤波多载波 (UFMC) 的组合适用于下行链路场景。我们提出了基于 NOMA-UFMC 的无线电接入（NOMURA）方案，该方案是异步的、带宽高效的并提供更高的吞吐量。提出的方案在两个方面是非正交的：(1) NOMA 在利用相同频率资源的同时通过功率缩放为不同用户提供资源，以及 (2) UFMC 允许同步有轻微延迟，因此不严格符合正交性要求。所提议方案的组件，即 NOMA 和 UFMC，与 OFDMA 向后兼容，确保多输入多输出和其他已为 OFDMA 开发的性能增强措施的微不足道的应用。我们提供了以 OFDMA 和滤波器组多载波滤波多音为基准的仿真结果，表明 NOMURA 更适合灵活的带宽分配、主动消除、更高的吞吐量，并在 AWGN 和瑞利衰落条件下提供等效的误码率性能。(2) UFMC 允许同步有轻微延迟，因此不严格符合正交性要求。所提议方案的组件，即 NOMA 和 UFMC，与 OFDMA 向后兼容，确保多输入多输出和其他已为 OFDMA 开发的性能增强措施的微不足道的应用。我们提供了以 OFDMA 和滤波器组多载波滤波多音为基准的仿真结果，表明 NOMURA 更适合灵活的带宽分配、主动消除、更高的吞吐量，并在 AWGN 和瑞利衰落条件下提供等效的误码率性能。(2) UFMC 允许同步有轻微延迟，因此不严格符合正交性要求。所提议方案的组件，即 NOMA 和 UFMC，与 OFDMA 向后兼容，确保多输入多输出和其他已为 OFDMA 开发的性能增强措施的微不足道的应用。我们提供了以 OFDMA 和滤波器组多载波滤波多音为基准的仿真结果，表明 NOMURA 更适合灵活的带宽分配、主动消除、更高的吞吐量，并在 AWGN 和瑞利衰落条件下提供等效的误码率性能。与 OFDMA 向后兼容，确保多输入多输出和其他已经为 OFDMA 开发的性能增强措施的简单应用。我们提供了以 OFDMA 和滤波器组多载波滤波多音为基准的仿真结果，表明 NOMURA 更适合灵活的带宽分配、主动消除、更高的吞吐量，并在 AWGN 和瑞利衰落条件下提供等效的误码率性能。与 OFDMA 向后兼容，确保多输入多输出和其他已经为 OFDMA 开发的性能增强措施的微不足道的应用。我们提供了以 OFDMA 和滤波器组多载波滤波多音为基准的仿真结果，表明 NOMURA 更适合灵活的带宽分配、主动消除、更高的吞吐量，并在 AWGN 和瑞利衰落条件下提供等效的误码率性能。