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非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)技术通过在功率域叠加多个用户的信号,能进一步提高第五代移动通信系统(The 5th Generation Mobile Networks,5G)的频谱效率。目前,NOMA技术的研究主要集中在理论推导和仿真验证上,NOMA技术在实际信道环境中的性能还有待进一步验证。本文采用软件无线电(Software Defined Radio,SDR)技术设计并实现一套实际的NOMA无线通信系统,并基于此系统验证NOMA技术的空口性能及其运用于5G系统的可行性。为了提高研发效率,本文采用基于通用处理器的SDR技术在开源长期演进(Long Term Evolution,LTE)平台 OpenAirInterface(OAI)上搭建NOMA无线通信系统。在发射端,基站采用叠加编码将配对用户的信号在功率域进行叠加,并映射到相同的时频资源上。在接收端,用户则采用比特级串行干扰消除(Successive Interference Cancellation,SIC)接收机对叠加信号进行分离。为了保证SIC接收机能成功消除其他用户信号的干扰,本文为NOMA系统设计了一种新的下行控制信息(Downlink Control Information,DCI)格式。SIC接收机基带处理复杂度较高,本文引入多线程并行处理机制以提高NOMA系统的实时性。因为没有部署核心网,本文将TCP/IP协议栈与LTE协议栈进行融合,从而使NOMA系统能透明传输各种应用层业务数据。系统采用虚拟网卡和共享内存搭建应用层框架,并将应用层框架与OAI平台融合。最后,本文对NOMA系统的空口性能及其运用于5G系统的可行性进行验证。在实验室环境下,NOMA系统的峰值吞吐率相比LTE系统至少有18.6%的增益,边缘用户的吞吐率相比LTE系统至少有35.5%的增益。同时,测试结果表明功率分配方案是影响NOMA系统吞吐率的关键因素。在本文的实验场景中,相比NOMA系统的峰值吞吐率,不匹配的功率分配方案对系统造成超过11.9%的吞吐率损失。