一种高功效上行异步NOMA无人机通信网络中断性能分析方法技术

本发明专利技术公开了一种高功效上行异步NOMA无人机通信网络中断性能分析方法，包括建立高功效上行异步NOMA无人机通信网络模型；在地面站对接收信号进行匹配滤波，获得期望信号和干扰信号；分析信干扰比得到每架无人机可实现速率；建立传统线性波形上行异步NOMA无人机通信网络，在地面站对接收信号进行匹配滤波，分析得到对应的无人机可实现速率；推导出随机几何中莱斯衰落信道下每架无人机中断概率的解析表达式及其在高信噪比下的渐近值，获得中断概率与不同系统参数之间的关系。数值结果验证了中断概率的仿真值与分析值一致收敛于渐近值。不同响应长度、频率脉冲、传输环境以及线性系统与非线性系统下的中断性能也通过数值结果给出。给出。给出。

【技术实现步骤摘要】
一种高功效上行异步NOMA无人机通信网络中断性能分析方法


[0001]本专利技术属于数字通信
，具体涉及一种高功效上行异步NOMA无人机通信网络中断性能分析方法。

技术介绍

[0002]考虑到无人机的成本效益、灵活部署能力以及视距传输特性，无人机辅助的无线通信即无人机通信成为了国内外学者研究的热点，它不仅能够增加通信的覆盖范围，还能够增强系统连接性，被广泛应用于应急通信、航拍以及交通监控等场景。无人机正朝着小型化和智能化方向发展，这不仅扩展了无人机通信的应用范围，也为未来无缝衔接的无线通信网络提供了可能，但有限的频谱效率和电池容量限制了无人机通信的发展。
[0003]非正交多址接入(Non
‑
orthogonal Multiple Access,NOMA)是一种未来无线接入的关键技术，它能够通过同时接入具有不同功率水平的用户来大幅度地提升频谱效率，广泛使用的串行干扰消除(Successive Interference Cancellation,SIC)技术也能以合理地计算复杂度抑制来自其它用户的干扰。近年来，在不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高功效上行异步NOMA无人机通信网络中断性能分析方法，其特征在于，包括：步骤1：建立包含一个地面站和多架无人机，同时具有任意响应长度、频率脉冲的高功效上行异步NOMA无人机通信网络模型；步骤2：基于步骤1建立的模型，在地面站以每架无人机发送信号到达时间为基准对接收信号进行匹配滤波，获得地面站输出样本中无人机发送信号的期望信号和干扰信号；步骤3：对步骤2得到的信号，分析SIC检测方式下的信干扰比，得到每架无人机可实现速率；步骤4：建立传统线性波形上行异步NOMA无人机通信网络，在地面站对接收信号进行匹配滤波，分析SIC检测方式下的信干扰比，得到对应的无人机可实现速率；步骤5：结合步骤3和步骤4得到的可实现速率，推导出随机几何中莱斯衰落信道下每架无人机中断概率的解析表达式及其在高信噪比下的渐近值，获得中断概率与不同系统参数之间的关系，实现高功效上行异步NOMA无人机通信网络中断性能分析。2.根据权利要求1所述的一种高功效上行异步NOMA无人机通信网络中断性能分析方法，其特征在于，所述步骤1中，将包含一个地面站和多架无人机，同时具有任意响应长度、频率脉冲的高功效上行ANOMA无人机通信网络建模为：式中，K为无人机数；P
k
表示第k架无人机发送信号的发射功率，d
g,k
表示地面站与第k架无人机发送信号之间的欧氏距离，n表示路损因子；h
k
表示第k架无人机发送信号到达地面站的信道参数，其概率密度函数服从莱斯分布；0≤τ
k
＜1，表示第k架无人机发送信号到达地面站的归一化时间偏移；s(t)表示均值为零和方差为σ2的复高斯噪声；x
k
(t
‑
τ
k
T)表示第k架无人机发送信号，具体指劳伦特分解后的MSK
‑
type信号，由下式给出，即式中，N为符号个数；表示第k架无人机发送信号中第n个符号的同相或正交系数，n取偶数时有n取奇数时有其中其中表示第k架无人机发送信号中第n个差分符号，假定为独立同步分布的高斯变量；T表示符号间隔，公式(2)中的c0(t
‑
(n+τ
k
)T)的一般形式为c0(t)，表示经劳伦特分解得到的幅度调制脉冲。3.根据权利要求2所述的一种高功效上行异步NOMA无人机通信网络中断性能分析方法，其特征在于，所述经劳伦特分解得到的幅度调制脉冲，具体表示为：
式中，L为MSK
‑
type信号中每个符号持续的符号间隔数，且L个符号间隔即LT通常称为响应长度，信号脉冲s0(t)为公式(3)中s0(t+nT)的一般形式，表示为式中，h表示调制指数，公式(4)中q(t
‑
LT)的一般形式为q(t)，表示相位脉冲函数，表示为式中，g(t)表示频率脉冲函数，且响应长度为LT的矩形频率脉冲函数和升余弦频率脉冲函数分别记为LREC和LRC。4.根据权利要求1所述的一种高功效上行异步NOMA无人机通信网络中断性能分析方法，其特征在于，所述步骤2中，基于步骤1建立的模型，以每架无人机发送信号到达地面站的时间为基准对接收信号进行匹配滤波，那么：第k架无人机在(m+τ
k
)T时刻的输出样本表示为：式中，τ
ik
＝τ
i
‑
τ
k
，表示第i架无人机发送信号以及第k架无人机发送信号到达地面站的相对时间偏移，那么τ
kk
＝0和
‑
1＜τ
ik
＜1；表示调幅脉冲的相关系数，其表现为偶函数，即ρ
l
＝ρ
‑
l
；此外，由于响应长度的限制，对于所有的|l|≥L+1都有ρ
l
＝0；上述ρ
l
是公式(6)中ρ0、ρ
n
‑
m
以及的一般形式；表示第k架无人机发送信号在第(m+τ
k
)T个时刻的噪声输出样本；等式(6)中等号右边第一项表示期望信号，后三项分别表示符号内干扰、用户间干扰以及噪声干扰，它们一起构成干扰信号，因此在高功效上行ANOMA无人机通信网络中干扰随着
无人机数和响应长度的增加而增加。5.根据权利要求1所述的一种高功效上行异步NOMA无人机通信网络中断性能分析方法，其特征在于，所述步骤3中，根据SIC检测，当应用SIC在地面站检测第k个无人机发送信号时，第1,
…
,k
‑
1架无人机发送信号假定被完全移除，那么第k架无人机发送信号的第m个接收样本表示为：对于上式中的R
ik
，如果响应长度为LT且相对归一化时间偏移τ
ik
＞0，R
ik
表示为：如果相对归一化时间偏移τ
ik
＜0，R
ik
表示为：如果相对归一化时间偏移τ
ik
＝0，R
kk
表示为：
因此对于有限的响应长度，R
kk
和R
ik
均表示为带状托普利兹矩阵，即有限非零元素的对角矩阵；根据等式(7)，第k架无人机发送信号的第m个接收样本中干扰项的方差表示为：又因为R
kk
和R
ik
均表示为带状托普利兹矩阵，那么接收样本中干扰项的方差进一步简化，得到：由于符号内干扰和时间偏移的影响，干扰项的方差存在边界的特殊情况，但...

【专利技术属性】
技术研发人员：李赛，党小宇，郝崇正，李杰，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：