[發(fā)明專利]基于用戶中繼的協(xié)作NOMA系統(tǒng)用戶誤碼性能分析方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910033045.1
• 申請日: 2019-01-14
• 公開（公告）號(hào): CN109600817B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李素月;王安紅;武迎春;李東紅;王海東
• 申請（專利權(quán)）人: 太原科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W40/22
• 分類號(hào): H04W40/22;H04W52/24;H04B17/382;H04B7/026
• 代理公司: 北京國坤專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11491
• 代理人: 趙紅霞

本發(fā)明公開了一種基于用戶中繼的協(xié)作NOMA系統(tǒng)多用戶誤碼性能分析方法，屬于無線通信信號(hào)處理與傳輸領(lǐng)域，具體步驟為，基站根據(jù)大尺度衰落，對用戶的強(qiáng)弱進(jìn)行排序，選擇最強(qiáng)的用戶作為中繼，基站利用NOMA技術(shù)，發(fā)射多用戶疊加信號(hào)給強(qiáng)用戶；強(qiáng)用戶以放大轉(zhuǎn)發(fā)AF或譯碼轉(zhuǎn)發(fā)DF的方式給弱用戶發(fā)送信號(hào)；然后依據(jù)順序統(tǒng)計(jì)量理論，計(jì)算出強(qiáng)用戶信道的順序統(tǒng)計(jì)量，根據(jù)不同用戶的接收信號(hào)，利用概率論和微積分等數(shù)學(xué)理論，分別推導(dǎo)出強(qiáng)用戶和弱用戶解析的閉式PEP表達(dá)；最后基于理論的PEP表達(dá)式，計(jì)算各用戶的BER聯(lián)合界，完成系統(tǒng)性能分析。該方法比較適合于采用復(fù)雜的非線性多用戶檢測使得確切的BER閉式表達(dá)式無法獲得的場合。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于第五代無線通信的關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域，尤其適用于無線通信功率域協(xié)作非正交多址(NOMA)系統(tǒng)，主要介紹一種基于用戶中繼的協(xié)作NOMA系統(tǒng)用戶誤碼性能分析方法。

背景技術(shù)

第五代移動(dòng)通信包含許多重要的物理層技術(shù)，如大規(guī)模MIMO、毫米波通信、混合數(shù)模預(yù)編碼，非正交多址等。其中，非正交多址(NOMA)的主要優(yōu)點(diǎn)在于可實(shí)現(xiàn)較高的頻譜效率和大規(guī)模的用戶連接，可服務(wù)多個(gè)用戶同時(shí)同頻通信。非正交多址的實(shí)現(xiàn)方式有很多，功率域NOMA是指NOMA基站采用不同的功率系數(shù)對多個(gè)用戶的信號(hào)進(jìn)行疊加傳輸信號(hào)，功率系數(shù)的分配需要兼顧用戶公平或不同用戶的QoS質(zhì)量要求。

為了增強(qiáng)NOMA系統(tǒng)的可靠性，近年來協(xié)作NOMA受到了不少學(xué)者的重視。根據(jù)協(xié)作方式的不同，一般來說，主要存在兩種協(xié)作方案：專用中繼協(xié)作和用戶協(xié)作。前者采用固定的專用的一個(gè)或多個(gè)中繼轉(zhuǎn)發(fā)NOMA信息，后者考慮選擇信道狀態(tài)好的用戶(強(qiáng)用戶)充當(dāng)中繼，轉(zhuǎn)發(fā)NOMA信息。強(qiáng)用戶在服務(wù)其他弱用戶通信的同時(shí)，還需要恢復(fù)自身的信息，這使得強(qiáng)用戶需要耗費(fèi)較多的能量資源。因此為了鼓勵(lì)強(qiáng)用戶合作，需要賦予強(qiáng)用戶收集射頻電磁波能量的功能。因此同時(shí)具有能量收集和信息傳輸(SWIPT)的協(xié)作NOMA也是現(xiàn)今比較實(shí)際和熱門的研究方向。

對于NOMA系統(tǒng)，除了功率分配系數(shù)最大的用戶，其他用戶利用非線性多用戶檢測技術(shù)－串行干擾消除(SIC)恢復(fù)出自己的信息。SIC的處理使得NOMA系統(tǒng)性能很難進(jìn)行精確的誤碼率分析。而當(dāng)前關(guān)于NOMA系統(tǒng)性能研究的文獻(xiàn)，幾乎大多數(shù)側(cè)重于評價(jià)中斷概率、和速率或頻譜效率。實(shí)際上，NOMA系統(tǒng)不同用戶的誤碼性能的分析與研究是很有必要的，本發(fā)明從成對誤差概率(PEP)性能入手分析NOMA的誤碼性能，成對誤碼概率PEP作為誤碼率BER的性能上限，為系統(tǒng)誤碼性能提供一個(gè)有用的參考，在此基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步推導(dǎo)漸進(jìn)的PEP來分析可實(shí)現(xiàn)的分集增益。因此，本發(fā)明提供一種基于用戶中繼的NOMA誤碼性能分析方法。

發(fā)明內(nèi)容

對于用戶協(xié)作NOMA系統(tǒng)，大多數(shù)是針對中斷概率性能進(jìn)行研究，誤碼性能分析的研究幾乎沒有，尤其是結(jié)合能量收集與傳輸技術(shù)進(jìn)行誤碼性能分析。因?yàn)镾IC的處理使得NOMA系統(tǒng)精確的誤碼率BER分析較為困難，尤其是考慮不完美的干擾消除的影響。本發(fā)明旨在提供一種基于用戶中繼和能量收集的NOMA系統(tǒng)用戶性能分析方法，利用蒙特卡洛驗(yàn)證推導(dǎo)的解析的各用戶的PEP閉式表達(dá)，探索能量收集因子對誤碼性能的影響。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種基于用戶中繼的NOMA系統(tǒng)多用戶性能分析方法，按照以下步驟實(shí)現(xiàn)：

S1、基站BS根據(jù)大尺度衰落，對用戶的強(qiáng)弱進(jìn)行排序，選擇最強(qiáng)的用戶作為中繼，基站利用NOMA技術(shù)，確定功率分配系數(shù)，發(fā)射多用戶疊加信號(hào)給強(qiáng)用戶，基站把疊加后的信號(hào)傳送給最優(yōu)中繼，其中s₁,s₂分別表示強(qiáng)用戶和弱用戶，α₁和α₂表示強(qiáng)用戶和弱用戶的功率分配系數(shù)，且α₂+α₁＝1，α₂＞α₁，P_s表示基站總功率；

S2、選擇強(qiáng)用戶作為中繼，強(qiáng)用戶進(jìn)行能量收集和信息接收；