[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

说明书

本发明公开了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，属于无线通信信号处理与传输领域，具体步骤为，基站根据大尺度衰落，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，发射多用户叠加信号给强用户；强用户以放大转发AF或译码转发DF的方式给弱用户发送信号；然后依据顺序统计量理论，计算出强用户信道的顺序统计量，根据不同用户的接收信号，利用概率论和微积分等数学理论，分别推导出强用户和弱用户解析的闭式PEP表达；最后基于理论的PEP表达式，计算各用户的BER联合界，完成系统性能分析。该方法比较适合于采用复杂的非线性多用户检测使得确切的BER闭式表达式无法获得的场合。

技术领域

本发明属于第五代无线通信的关键技术领域，尤其适用于无线通信功率域协作非正交多址(NOMA)系统，主要介绍一种基于用户中继的协作NOMA系统用户误码性能分析方法。

背景技术

第五代移动通信包含许多重要的物理层技术，如大规模MIMO、毫米波通信、混合数模预编码，非正交多址等。其中，非正交多址(NOMA)的主要优点在于可实现较高的频谱效率和大规模的用户连接，可服务多个用户同时同频通信。非正交多址的实现方式有很多，功率域NOMA是指NOMA基站采用不同的功率系数对多个用户的信号进行叠加传输信号，功率系数的分配需要兼顾用户公平或不同用户的QoS质量要求。

为了增强NOMA系统的可靠性，近年来协作NOMA受到了不少学者的重视。根据协作方式的不同，一般来说，主要存在两种协作方案：专用中继协作和用户协作。前者采用固定的专用的一个或多个中继转发NOMA信息，后者考虑选择信道状态好的用户(强用户)充当中继，转发NOMA信息。强用户在服务其他弱用户通信的同时，还需要恢复自身的信息，这使得强用户需要耗费较多的能量资源。因此为了鼓励强用户合作，需要赋予强用户收集射频电磁波能量的功能。因此同时具有能量收集和信息传输(SWIPT)的协作NOMA也是现今比较实际和热门的研究方向。

对于NOMA系统，除了功率分配系数最大的用户，其他用户利用非线性多用户检测技术－串行干扰消除(SIC)恢复出自己的信息。SIC的处理使得NOMA系统性能很难进行精确的误码率分析。而当前关于NOMA系统性能研究的文献，几乎大多数侧重于评价中断概率、和速率或频谱效率。实际上，NOMA系统不同用户的误码性能的分析与研究是很有必要的，本发明从成对误差概率(PEP)性能入手分析NOMA的误码性能，成对误码概率PEP作为误码率BER的性能上限，为系统误码性能提供一个有用的参考，在此基础上，可进一步推导渐进的PEP来分析可实现的分集增益。因此，本发明提供一种基于用户中继的NOMA误码性能分析方法。

发明内容

对于用户协作NOMA系统，大多数是针对中断概率性能进行研究，误码性能分析的研究几乎没有，尤其是结合能量收集与传输技术进行误码性能分析。因为SIC的处理使得NOMA系统精确的误码率BER分析较为困难，尤其是考虑不完美的干扰消除的影响。本发明旨在提供一种基于用户中继和能量收集的NOMA系统用户性能分析方法，利用蒙特卡洛验证推导的解析的各用户的PEP闭式表达，探索能量收集因子对误码性能的影响。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于用户中继的NOMA系统多用户性能分析方法，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，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；