비직교 다중접속(NOMA)

개요

비직교 다중접속(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA)은 5G 및 차세대 무선통신 시스템에서 주파수 자원을 효율적으로 활용하기 위해 개발된 다중접속 기술이다. 기존의 직교 다중접속(OMA) 방식과 달리, NOMA는 동일한 주파수 및 시간 자원을 여러 사용자에게 동시에 할당하여 스펙트럼 효율을 극대화한다. 본 글에서는 NOMA의 개념, 동작 원리, 장점과 단점, 활용 사례를 살펴본다.

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1. 비직교 다중접속(NOMA)란?

NOMA(Non-Orthogonal Multiple Access)는 동일한 주파수 대역을 여러 사용자가 공유하여 전송하는 방식이다. 기존 OMA(Orthogonal Multiple Access) 방식에서는 사용자 간 자원을 분할하여 할당했지만, NOMA는 전력 도메인을 활용하여 다중 사용자를 동시에 수용하는 기법을 사용한다.

✅ NOMA는 5G 및 미래 네트워크에서 스펙트럼 효율을 극대화하기 위한 핵심 기술 중 하나이다.

1.1 NOMA vs OMA 비교

비교 항목	NOMA(비직교 다중접속)	OMA(직교 다중접속)
자원 할당 방식	동일한 주파수, 시간, 코드 사용	사용자별로 주파수, 시간, 코드 분할
사용자 수용량	다중 사용자 동시 전송 가능	제한된 수의 사용자만 동시 접속 가능
스펙트럼 효율	높은 스펙트럼 효율 제공	상대적으로 낮은 효율
간섭 관리	SIC(Successive Interference Cancellation) 기술 필요	간섭이 적음

✅ NOMA는 기존 OMA 방식보다 높은 데이터 처리량과 네트워크 용량을 제공할 수 있다.

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2. NOMA의 동작 원리

NOMA는 전력 도메인 다중접속(Power Domain Multiple Access, PD-NOMA) 방식을 사용하여 사용자별 전송 신호의 전력을 차별적으로 할당한다.

2.1 NOMA의 주요 개념

개념	설명
전력 도메인 다중접속(PD-NOMA)	서로 다른 전력 수준을 활용하여 다중 사용자 신호를 동시에 전송
SIC(Successive Interference Cancellation)	높은 전력의 신호를 먼저 복조한 후, 이를 제거하고 약한 신호를 복구하는 기술
주파수 재사용	동일한 주파수 자원을 여러 사용자에게 동시에 할당

✅ NOMA는 신호 강도 차이를 활용하여 효율적인 다중 사용자 전송을 가능하게 한다.

2.2 NOMA 신호 복조 과정 (SIC 적용)

1. 수신 장치는 높은 전력을 가진 신호를 먼저 복조하고 제거
2. 남은 약한 신호를 복조하여 원하는 데이터를 복원
3. 이 과정을 반복하여 다중 사용자의 데이터를 성공적으로 분리

✅ SIC를 활용하면 여러 사용자가 동일한 주파수 자원을 공유할 수 있으며, 간섭을 최소화할 수 있다.

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3. NOMA의 장점과 단점

3.1 장점

장점	설명
스펙트럼 효율 향상	동일한 자원을 여러 사용자가 공유하여 주파수 활용 극대화
네트워크 용량 증가	더 많은 사용자를 동시에 수용 가능
저지연 및 높은 데이터 속도	5G 및 Beyond 5G(B5G) 환경에서 필수적인 기술
IoT 및 대규모 연결 지원	다수의 IoT 장치를 효과적으로 연결 가능

✅ NOMA는 5G 및 IoT 네트워크에서 데이터 처리량과 사용자 수용량을 대폭 증가시킬 수 있다.

3.2 단점

단점	설명
간섭 문제	다중 사용자 신호가 중첩되므로 간섭 발생 가능
SIC 복잡성 증가	수신 단말에서 SIC 연산이 필요하여 연산 부하 증가
신호 간 전력 차이 문제	신호 강도가 유사한 사용자의 경우 성능 저하 가능
하드웨어 요구사항 증가	NOMA 지원을 위한 새로운 수신기 및 신호 처리 알고리즘 필요

✅ NOMA의 성능을 극대화하기 위해서는 효과적인 간섭 관리 기술과 신호 처리 기술이 필요하다.

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4. NOMA의 활용 사례

NOMA는 5G 및 차세대 무선통신에서 다양한 응용 사례를 가지고 있다.

활용 분야	적용 사례
5G 및 6G 네트워크	고속 데이터 통신 및 대규모 연결 지원
IoT(사물인터넷) 통신	스마트 홈, 스마트 시티, 산업 IoT 연결 최적화
자율주행 차량 통신(V2X)	차량 간 실시간 데이터 공유 및 안전성 향상
위성 통신	다수의 위성 단말 간 통신 용량 증가
스마트 공장	공장 내 로봇 및 센서 네트워크 최적화

✅ NOMA는 미래의 통신 인프라에서 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.

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5. NOMA의 미래 전망

NOMA는 5G뿐만 아니라 6G와 같은 차세대 네트워크에서도 중요한 기술로 연구되고 있다.

5.1 향후 발전 방향

• AI 기반 NOMA 최적화: 머신러닝을 활용한 동적 전력 할당 및 간섭 최소화
• MIMO(다중 안테나)와 결합: NOMA와 MIMO 기술의 융합을 통한 성능 향상
• 6G 및 위성 통신 적용: 차세대 초고속 네트워크에서의 NOMA 활용 확대
• 초저지연 네트워크 구현: 실시간 데이터 전송을 위한 최적화 기술 개발

✅ NOMA는 지속적인 연구와 기술 개발을 통해 차세대 무선통신의 핵심 기술로 자리 잡을 것이다.

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6. 결론

비직교 다중접속(NOMA)은 동일한 자원을 여러 사용자가 공유하여 네트워크 용량을 극대화하는 차세대 무선통신 기술이다.

• 5G 및 미래 네트워크에서 필수적인 기술로 자리 잡고 있다.
• 스펙트럼 효율을 높이고, IoT 및 초연결 시대를 대비한 최적의 솔루션을 제공한다.
• SIC와 같은 신호 처리 기술이 발전하면서, NOMA의 실용성이 더욱 증가할 것으로 예상된다.

✅ NOMA는 차세대 무선통신의 핵심 기술로, 지속적인 발전이 기대된다.