[发明专利]基于用户中继的协作NOMA系统用户误码性能分析方法

权利要求书

1.一种基于用户中继的协作NOMA系统多用户误码性能分析方法，其特征在于：按照以下步骤实现：

S1、基站BS根据大尺度衰落，对用户的强弱进行排序，选择最强的用户作为中继，基站利用NOMA技术，确定功率分配系数，发射多用户叠加信号给强用户，基站把叠加后的信号传送给最优中继，其中s₁,s₂分别表示强用户和弱用户的发射信号，α₁和α₂表示强用户和弱用户的功率分配系数，且α₂+α₁＝1，α₂＞α₁，P_s表示基站总功率；

S2、选择强用户作为中继，强用户进行能量收集和信息接收；依据顺序统计量理论，计算出强用户信道的顺序统计量，根据强用户的接收信号，利用概率论和微积分的数学理论，推导出强用户的解析的闭式PEP表达，关于强用户的信息接收和性能分析步骤如下：

S201、强用户1的信息接收机对基站发送的信息进行处理，利用SIC，先译码弱用户2的信息，从其接收表达式中减去用户2的干扰，恢复自身的信息；

S202、根据强用户的接收表达式，推导出瑞利衰落信道下强用户的条件PEP的误码Q函数表达式，接着基于顺序统计量理论，利用概率论和微积分等数学处理，获得强用户的解析PEP表达式，具体地，强用户的信息接收信号为：

由此可获得强用户的条件PEP表达式：

其中，ω₁＝|h_s1|表示基站BS到强用户1的信道幅值，服从瑞利分布，h_s1表示基站BS到用户1的信道衰落增益，h_s1服从均值为0，方差为σ²的复高斯分布，σ²表示信道方差，表示等效噪声；

β₁为包含成对误差的用户1接收增益系数，系数这里ρ∈(0,1)表示能量收集功率因子，ρ′＝1-ρ则表示信息转发功率因子，用户1的成对误差表示检测到的强用户的错误信号，用户2的干扰消除误差表示检测到的弱用户的错误信号，σ_n是零均值的高斯白噪声的标准方差，表示取实部的操作；

用户1接收噪声标准方差

强用户是基站通过排序选择出来的，则强用户的信道顺序统计量为：

其中，二项式系数通过积分运算，可获得强用户无条件的解析PEP为：

因此，强用户最终的闭式PEP表达式为：

S3、强用户1对来自BS的信号进行能量收集，并基于收集的能量帮助弱用户转发信息；

S4、弱用户收到来自强用户的转发信号，考虑放大转发AF和译码转发DF两种转发方式，根据弱用户的接收信号，利用概率论和微积分的数学理论，分别推导出AF或DF模式下弱用户的解析的闭式PEP表达，该推导过程主要分为以下两种情况：

S401、AF情况，弱用户的条件PEP可计算为：

其中，AF放大因子强用户1收集的能量P₁＝ηρσ²P_s，这里η～(0,1]表示能量转换效率；

可进一步表示为

其中ω₂＝|h₂₁|表示强用户1到弱用户2的信道幅值，包含成对误差的用户2接收增益系数

用户2接收噪声标准方差

利用强用户信道的顺序统计量f_s(ω₁)，解关于ω₁和ω₂的二重积分，可获得弱用户解析的无条件PEP闭式表达式：

其中的系数分别为

此外，K_v(·)表示第二类修正的v阶贝塞尔函数；

S402、DF情况，弱用户在给定信道条件下的PEP概率为

其中

接下来，利用二重积分，获得无条件的PEP表达式

其中，和

S5、基于理论的PEP表达式，计算各用户的BER联合界，完成系统性能分析。