تکنیک‌های دسترسی چندگانه (Multiple access techniques) نقش بسیار مهمی در افزایش کارایی طیفی (Spectral effectiveness) و ظرفیت (capacity) یک سیستم مخابراتی ایفا می‌کنند. انواع مختلفی از این تکنیک‌ها وجود دارد که در سیستم‌های ارتباطات بیسیم برای انتقال داده مورد استفاده قرار می‌گیرند. برخی از این روش‌ها عبارت‌اند از: دسترسی چندگانه تقسیم فرکانسی (FDMA: Frequency Division Multiple Access)، دسترسی چندگانه تقسیم زمانی (TDMA: Time-DMA)، دسترسی چندگانه تقسیم کُدی (CDMA: Code-DMA)، دسترسی چندگانه تقسیم کُدی باند وسیع (W-CDMA: Wide band Code-DMA)، دسترسی چندگانه تقسیم فضایی (SDMA: Space-DMA)، دسترسی چندگانه تقسیم فرکانسی متعامد (OFDMA: Orthogonal Frequency-DMA). امروزه، NOMA به یک روش غالب در شبکه‌های مخابرات بیسیم تبدیل شده است که هدف آن بهبود اتصال شبکه و افزایش کارایی دسترسی کاربران می‌باشد [1], [2]. روش‌های دسترسی چندگانه را می‌توان به‌طور کلی به دو رویکرد متفاوت تقسیم کرد: دسترسی چندگانه متعامد (OMA) و دسترسی چندگانه غیرمتعامد (NOMA) [1], [3], [4].

الف) دسترسی چندگانه متعامد (OMA)

در چند دهه گذشته، سامانه‌های ارتباطات بیسیم شاهد یک «انقلاب» از نظر روش‌های دسترسی چندگانه بوده‌اند. به‌طور مشخص، در سامانه‌های ارتباطات بیسیم نسل اول (1G)، نسل دوم (2G)، نسل سوم (3G) و نسل چهارم (4G) به‌ترتیب از دسترسی چندگانه تقسیم فرکانسی (FDMA)، دسترسی چندگانه تقسیم زمانی (TDMA)، دسترسی چندگانه تقسیم کدی (CDMA) و دسترسی چندگانه تقسیم فرکانسی متعامد (OFDMA) به‌عنوان فناوری‌های کلیدی دسترسی چندگانه استفاده شده است [5]–[7]. به بیانی دیگر، روش‌های متعارفِ دسترسی چندگانه در سیستم‌های سلولی (Cellular communications)—مانند دسترسی چندگانه تقسیم فرکانسی (FDMA) در نسل اول (1G)، دسترسی چندگانه تقسیم زمانی (TDMA) در نسل دوم (2G)، دسترسی چندگانه تقسیم کدی (CDMA) که در هر دو نسل 2G و نسل سوم (3G) به‌کار رفته است، و دسترسی چندگانه تقسیم فرکانسیِ متعامد (OFDMA) برای 4G—همگی در رده روش‌های دسته دسترسی چندگانه متعامد (Orthogonal Multiple Access) یا به اختصار OMA قرار می‌گیرند. در این روش‌ها، کاربران مختلف بر اساس منابع متعامد مانند زمان (Time)، فرکانس (Frequency) یا حوزه کد (Code) از یکدیگر تفکیک می‌شوند تا از بروز تداخل دسترسی چندگانه جلوگیری شود [4]. چنین طراحی‌های متعامدی این مزیت را دارند که میان دستگاه‌های کاربر (user equipments (UEs)) هیچ‌گونه تداخل متقابلی رخ نمی‌دهد؛ در نتیجه، سامانه با استفاده از گیرنده‌های ساده نیز می‌تواند عملکرد بسیار بالایی داشته باشد [8]. بطور خلاصه می توان گفت، در تمام نسل‌های اول تا چهارم شبکه‌های بیسیم، تمامی تکنیک‌های دسترسی چندگانه موجود در دسته‌ی تکنیک‌های دسترسی چندگانه‌ی متعامد (Orthogonal Multiple Access – OMA) قرار می‌گیرند [1].

• در نسل اول سیستم‌های سلولی، از FDMA برای سرویس‌دهی به چندین کاربر استفاده می‌شد. در FDMA، فرستنده‌های مختلف اطلاعات را بر روی کانال‌های فرکانسی مجزا (Distinct frequency channels) ارسال می‌کنند و از این طریق از بروز برخورد (Collision) احتمالی در تخصیص کانال جلوگیری می‌شود [9].
• در نسل دوم شبکه‌های سلولی، از روش TDMA استفاده شد. در این روش، کاربران متعدد یک باند فرکانسی مشترک (Same frequency band) را به‌صورت بازه‌های زمانی مختلف با یکدیگر به اشتراک می‌گذارند. در سمت گیرنده نیز سیگنال کاربران مختلف به‌راحتی در حوزه زمان (Time domain) تشخیص داده می‌شود، زیرا به هر کاربر یک بازه زمانی منحصربه‌فرد اختصاص داده شده است [3]. این ارتباط مطابق با بازه‌های زمانی اختصاص‌یافته برای کاربران مختلف، با سرعت بالا انجام می‌شود [1].
•  در نسل سوم شبکه‌های سلولی از CDMA برای دسترسی چندگانه استفاده شد؛ در این روش، همه کاربران باندهای فرکانسی و بازه‌های زمانی یکسانی را اشغال می‌کنند، اما سیگنال‌ها پس از نگاشت بر روی دنباله‌ها یا کدهای پخش متعامد (مانند کدهای والش-هادامارد (Walsh-Hadamard codes)) از یکدیگر قابل تفکیک می‌شوند. به‌طور خاص، در شبکه‌های نسل سوم، با معرفی W-CDMA سرعت ارتباطات داده به‌طور قابل توجهی افزایش یافت، به‌طوری که انتقال ویدئو و فیلم نیز امکان‌پذیر شد. سپس HSPA و HSPA+ (نسل ۳٫۵) به‌عنوان نسخه‌های پیشرفته‌تر این فناوری ارائه شدند تا کاربران بتوانند نرخ داده بسیار بالاتری را تجربه کنند [9].
• در حال حاضر، شبکه‌های نسل چهارم بر پایه‌ی OFDMA کار می‌کنند؛ روشی که در آن کانال‌های فرکانسی با استفاده از تبدیل فوریه گسسته (DFT) از هم جدا می‌شوند. این فناوری را می‌توان یک ترکیب هوشمندانه از FDMA و TDMA دانست، زیرا در آن منابع رادیویی به‌صورت هم‌زمان و به‌صورت متعامد در باند فرکانس–زمان به چندین کاربر تخصیص داده می‌شود؛ به‌گونه‌ای که هیچ تداخلی میان کاربران فرض نمی‌شود [6].

ب) دسترسی چندگانه غیر متعامد (NOMA)

معماری شبکه‌های نسل پنجم (5G) به یک تکنیک دسترسی چندگانه‌ی پیشرفته نیاز دارد تا بر محدودیت‌ها و چالش‌های موجود در روش‌های OMA غلبه کند. فناوری تازه‌توسعه‌یافته NOMA به عنوان تکنیک دسترسی چندگانه برای شبکه‌های 5G شناخته شده است؛ در این روش، چندین کاربر می‌توانند به‌صورت غیرمتعامد و هم‌زمان از منابع زمانی و فرکانسی مشترک اما با سطوح توان متفاوت استفاده کنند. NOMA به‌دلیل بازده طیفی بالا، اتصال گسترده کاربران و قابلیت تبدیل شدن به فناوری دسترسی آینده در شبکه‌های 5G و پس از آن، به‌عنوان یک حوزه پژوهشی فعال مطرح شده است. در روش NOMA، یک بلوک منبع (RB) می‌تواند به‌طور هم‌زمان به چندین کاربر سرویس دهد و یک کاربر نیز می‌تواند برای افزایش نرخ داده به بیش از یک بلوک منبع دسترسی داشته باشد [10]. اگرچه NOMA بازده طیفی کل شبکه‌های بی‌سیم را افزایش می‌دهد، اما این کار را با هزینه افزایش پیچیدگی گیرنده انجام می‌دهد. در سال‌های اخیر، NOMA به یک موضوع پژوهشی فعال تبدیل شده است؛ زیرا علاوه بر بازده طیفی بالاتر، اتصال گسترده کاربران را نیز فراهم می‌کند و پتانسیل دارد که به یک تکنیک دسترسی مؤثر در شبکه‌های 5G و نسل‌های بعدی تبدیل شود [1].

منابع

[1]      T. Dogra en M. R. Bharti, “User pairing and power allocation strategies for downlink NOMA-based VLC systems: An overview”, AEU – Int. J. Electron. Commun., vol 149, bl 154184, 2022, doi: https://doi.org/10.1016/j.aeue.2022.154184.

[2]      V. K. Papanikolaou, P. D. Diamantoulakis, en G. K. Karagiannidis, “User Grouping for Hybrid VLC/RF Networks With NOMA: A Coalitional Game Approach”, IEEE Access, vol 7, bll 103299–103309, 2019, doi: 10.1109/ACCESS.2019.2930169.

[3]      S. M. R. Islam, N. Avazov, O. A. Dobre, en K. Kwak, “Power-Domain Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA) in 5G Systems: Potentials and Challenges”, IEEE Commun. Surv. Tutorials, vol 19, no 2, bll 721–742, 2017, doi: 10.1109/COMST.2016.2621116.

[4]      Z. Chen, Z. Ding, X. Dai, en R. Zhang, “An Optimization Perspective of the Superiority of NOMA Compared to Conventional OMA”, IEEE Trans. Signal Process., vol 65, no 19, bll 5191–5202, 2017, doi: 10.1109/TSP.2017.2725223.

[5]      A. W. Scott en R. Frobenius, “Multiple Access Techniques: FDMA, TDMA, AND CDMA”, in RF Measurements for Cellular Phones and Wireless Data Systems, IEEE, 2008, bll 413–429. doi: 10.1002/9780470378014.ch30.

[6]      L. Dai, B. Wang, Z. Ding, Z. Wang, S. Chen, en L. Hanzo, “A Survey of Non-Orthogonal Multiple Access for 5G”, IEEE Commun. Surv. Tutorials, vol 20, no 3, bll 2294–2323, 2018, doi: 10.1109/COMST.2018.2835558.

[7]      H. Li, G. Ru, Y. Kim, en H. Liu, “OFDMA Capacity Analysis in MIMO Channels”, IEEE Trans. Inf. Theory, vol 56, no 9, bll 4438–4446, 2010, doi: 10.1109/TIT.2010.2054710.

[8]      B. Makki, K. Chitti, A. Behravan, en M.-S. Alouini, “A Survey of NOMA: Current Status and Open Research Challenges”, IEEE Open J. Commun. Soc., vol 1, bll 179–189, 2020, doi: 10.1109/OJCOMS.2020.2969899.

[9]      M. Hussain en H. Rasheed, “Nonorthogonal Multiple Access for Next-Generation Mobile Networks: A Technical Aspect for Research Direction”, Wirel. Commun. Mob. Comput., vol 2020, no 1, bl 8845371, Jan 2020, doi: https://doi.org/10.1155/2020/8845371.

[10]   A. Akbar, S. Jangsher, en F. A. Bhatti, “NOMA and 5G emerging technologies: A survey on issues and solution techniques”, Comput. Networks, vol 190, bl 107950, 2021, doi: https://doi.org/10.1016/j.comnet.2021.107950.