Nakagami-m信道下非正交接入技术的误码率抑制及性能提升方法技术

Nakagami‑m信道下非正交接入技术的误码率抑制及性能提升方法,涉及信息与通信技术领域，是为了实现多用户误码率性能的网络最优，以及在保证单用户性能的同时，实现网络整体误码率的性能提升，本发明专利技术的方法归纳为：步骤一、给定误码率容限；步骤二、给定网络误码率容限优化范围；步骤三、确定初始功率分配情况，依据二分法，计算一阶导结果，直到一阶导结果满足容限优化范围；步骤四、验证功率分配结果，是否满足步骤一中给定的单个用户误码率容限；步骤五、如不满足，依照步进扩大容限优化范围或降低单用户要求的误码率容限；以此得出功率分配结果，本发明专利技术适用场景广泛，计算简单，具有极大的发展潜力。

【技术实现步骤摘要】
Nakagami-m信道下非正交接入技术的误码率抑制及性能提升方法
本专利技术涉及信息与通信
，具体涉及通信网络中一种基于nakagami-m信道模型的误码率优化技术。
技术介绍
针对现行网络中的用户数量大，分布密集特性以及频谱资源紧缺的问题，急需提供一种可支持大量用户接入的频谱节约方案，获得更高的频谱利用效率，满足日益增加的用户接入需求。针对上述问题，非正交多址接入技术(non-orthogonalmultipleaccess,NOMA)技术作为一种近年来较为成熟的技术，通过多用户信息的叠加发送以及逐一解调，可以实现更高的频谱利用效率，同时NOMA技术无载波及带宽限制，可以与多种传输制式协同使用，增加网络负载量，同时，NOMA独有的多用户叠加发送特点，可以较大的降低频谱共享场景下的复杂干扰问题，同时，NOMA技术实现简单、复杂度低，不需要对现有系统进行大规模改进，信道反馈需求较低，增强接入灵活性，可在5G三种典型应用场景中得到应用(eMBB,URLLC,mMTC)。在随机接入信道连接情况下，可节省调度请求，以节省能源消耗及调度请求，降低响应时间。同时NOMA技术在未来的6G及星地混合网络中均有广泛的应用空间。NOMA技术作为一种频谱非正交的接入技术，在发送端将多个用户的信息叠加发送，依据信道状态分配功率因子，在接收端则根据接收信号的功率不同依次解调信息。因此，NOMA技术是一种主动引入干扰以实现更大用户容量的技术，接收端主要面临两个问题，一是基于串行干扰消除(successiveinterferencecancellation,SIC)技术的干扰消除技术，其性能受大功率用户的影响较大，其错误传递性严重，优先解调的信息错误将对后续信息产生极大影响，二是对功率分配因子的要求严格，不同功率分配因子的性能差异较大。针对上述两个问题，需要一种新型的解调技术，可以抑制解调过程中的错误传递问题，同时优化功率分配因子，得出最佳的误码率性能。同时，仅仅关注单一用户的误码率性能最优将会导致其余用户的恶化进而带来网络整体的可靠性恶化。因此，需要同时关注单个用户的误码率性能以及网络误码率性能，以满足未来通信场景中的用户需求。Nakagami-m信道作为一种典型的通信衰减信道模型，在无人机、基站、卫星等通信场景中均有应用，同时，nakagami-m信道在m＝1时，可以退化成传统的rayleigh信道模型，因此，应用场景广泛。但是，在分析过程中，Nakagami-m信道的理论分析难度较大，因此，面向Nakagami-m信道的理论分析及方案提出具有相当的意义。
技术实现思路
本专利技术是为了实现多用户误码率性能的网络最优，以及在保证单用户性能的同时，实现网络整体误码率的性能提升，从而提供一种Nakagami-m信道下非正交接入技术的误码率抑制及性能提升方法。Nakagami-m信道下非正交接入技术的误码率抑制及性能提升方法，它包括以下步骤：步骤一、对用户进行分组，确定远、近用户，确定数据调制阶数，给出初始功率分配因子；步骤二、根据调制阶数及用户距离的远近确定多用户叠加信息；步骤三、根据用户及网络误码率容限，根据理论推导结果，优化多用户功率分配因子；首先，考虑下行NOMA通信技术，下行发送信号表示为：yk＝hks+nk,(1)其中，hk表示第kth用户的信道状态信息，n表示信道的加性高斯白噪声(additivewhiteGuassiannoise,AWGN),均值为0，方差为N0/2，依据提出的编码及叠加方法，叠加信号表示为：其中：α1和α2表示分配给远用户和近用户的功率分配因子，需要满足限制条件α1+α2＝1以及α1＞α2，为保证用户公平性，距离较远的用户分配获得的功率较大；公式(2)中，ε表示为其中：2Qir表示相邻调制点的距离，接收端最终的解调信号表示为表示经过串行干扰消除的信号，表示最终的恢复信号。考虑两用户情况，其中，功率较高的用户信息可以直接解调，功率较低的用户信息经由串行干扰消除后得到，基于公式(1)，公式(2)中表示的接收信号及发送信号形式，经过串行干扰消除后的剩余信号表示为：其中，(a)式表示大功率用户解调成功，(b)式表示经过串行干扰消除技术，功率较大的用户解调错误，因此在存在参与的信号x1，将对后续的信号解调带来干扰。考虑小功率用户，即后解调的用户，其误码率的理论表达式以表示为两部分之和，一是由于不成功的SIC带来的其他用户残留信息干扰，二是自身解调错误导致的解调误码，上述两部分可以表示为：对于次解调用户，总误码率可以表示为上式(4)(5)之和的形式。而对于先解调的用户，误码率可以直接表示为在次解调用户的干扰下的解调成功概率。在Nakagami-m信道下，结合信道衰落特性，误码率可以表示为：Nakagami-m信道的概率密度函数：依据矩母函数，得到最终的误码率结果，当nakagami-m衰落m为整数时，而当m为非整数时，得到：上式(8)，(9)中的变量表示为：上式本专利技术有别于传统的非正交多址接入技术，能够实现网络误码率性能的提升，有效降低由于先期解调错误导致的错误传递现象。本专利技术提出的误码率优化方案，能够极大的降低优化过程中的计算量，本专利技术适用场景广泛，计算简单，具有极大的发展潜力。附图说明图1是本专利技术所提方法的单用户误码率性能随功率分配因子变化情况仿真示意图；图中：横坐标为功率分配因子变化值，纵坐标为用户误码率性能。图2是本专利技术所提方法在整体误码率上的性能表现随功率分配因子变化情况仿真示意图；图中：横坐标为功率分配因子变化值，纵坐标为用户整体误码率性能。具体实施方式具体实施方式一、Nakagami-m信道下非正交接入技术的误码率抑制及性能提升方法，它包括以下步骤：步骤一、对用户进行分组，确定远、近用户，确定数据调制阶数，给出初始功率分配因子；步骤二、根据调制阶数及用户距离的远近确定多用户叠加信息；步骤三、根据用户及网络误码率容限，根据理论推导结果，优化多用户功率分配因子；依据理论推导结果，优化值的选择与下式有关：当nakagami-m衰落m为整数时，而当m为非整数时，得到：上式(12)，(13)中的变量表示为：上式步骤一中根据信道状态对用户进行分组，确定远、近用户，是根据用户信道状态确定的。当m为整数时，误码率对功率分配因子α2的一阶导数表示为：当m为非整数时，误码率对功率分配因子α2的一阶导数表示为：具体实施例所述方法包括如下步骤：步骤一、给定误码率容限，如10-4，要求在一定信道比条件下用户误码率不低于该容限；步骤二：给定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.Nakagami-m信道下非正交接入技术的误码率抑制及性能提升方法，其特征是：它包括以下步骤：/n步骤一、对用户进行分组，确定远、近用户，确定数据调制阶数，给出初始功率分配因子；/n步骤二、根据调制阶数及用户距离的远近确定多用户叠加信息；/n步骤三、根据用户及网络误码率容限，根据理论推导结果，优化多用户功率分配因子；/n首先，考虑下行NOMA通信技术，下行发送信号表示为：/ny

【技术特征摘要】
1.Nakagami-m信道下非正交接入技术的误码率抑制及性能提升方法，其特征是：它包括以下步骤：
步骤一、对用户进行分组，确定远、近用户，确定数据调制阶数，给出初始功率分配因子；
步骤二、根据调制阶数及用户距离的远近确定多用户叠加信息；
步骤三、根据用户及网络误码率容限，根据理论推导结果，优化多用户功率分配因子；
首先，考虑下行NOMA通信技术，下行发送信号表示为：
yk＝hks+nk,(1)
其中，hk表示第kth用户的信道状态信息，n表示信道的加性高斯白噪声(additivewhiteGuassiannoise,AWGN),均值为0，方差为N0/2，依据提出的编码及叠加方法，叠加信号表示为：



其中：α1和α2表示分配给远用户和近用户的功率分配因子，需要满足限制条件α1+α2＝1以及α1＞α2，为保证用户公平性，距离较远的用户分配获得的功率较大；公式(2)中，ε表示为其中：2Qir表示相邻调制点的距离，接收端最终的解调信号表示为表示经过串行干扰消除的信号，表示最终的恢复信号，
考虑两用户情况，其中，功率较高的用户信息可以直接解调，功率较低的用户信息经由串行干扰消除后得到，基于公式(1)，公式(2)中表示的接收信号及发送信号形式，经过串行干扰消除后的剩余信号表示为：



其中，(a)式表示大功率用户解调成功，(b)式表示经过串行干扰消除技术，功率较大的用户解调错误，因此在存在参与的信号x1，将对后续的信号解调带来干扰，
考虑小功率用户，即后解调的...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾敏，高琦凌，郭庆，顾学迈，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23