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申请/专利权人：南京理工大学

摘要：本发明公开了一种基于非理想信道估计的NOMA系统功率分配方案。该方案为：根据远近用户检测错误概率上界和信道估计误差，结合近似界定义给出远近用户检测概率近似界；根据远用户和近用户间的相对功率差，给定固定误差，计算功率分配因子；将用户信息采用高维编码作为星座矩阵进行调制，按照所得功率分配因子设定功率进行发送；远用户直接对接收的信号进行检测，以距离接收信号最近的星座点作为检测信息为准则得到远用户信息；近用户先检测远用户的信息，进行干扰抵消后检测近用户信息。本发明通过推导用户误码率的上界和近似界，实现更低的算法复杂度，在增加较小运算量的情况下有效提高了NOMA系统码字检测性能。

主权项：1.一种基于非理想信道估计的NOMA系统功率分配方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、根据远近用户检测错误概率上界和信道估计误差，结合近似界定义给出远近用户检测概率近似界；步骤2、根据远用户和近用户间的相对功率差，给定固定误差，计算功率分配因子；步骤3、将用户信息采用高维编码作为星座矩阵进行调制，并按照步骤2中所得功率分配因子设定功率进行发送；步骤4、远用户直接对接收的信号进行检测，以距离接收信号最近的星座点作为检测信息为准则得到远用户信息；步骤5、近用户先检测远用户的信息，进行干扰抵消后检测近用户信息；步骤1中根据远近用户检测错误概率上界和信道估计误差，结合近似界定义给出远近用户检测概率近似界，具体如下：步骤1.1、通过公式推导出远用户和近用户检测错误概率的上限为： 和 其中x1和x2是分别从高维星座矩阵中选取的近用户和远用户的L维信号矢量；x1′和x2′分别是近用户和远用户检测到的信号矢量；为近用户的估计信道增益，为远用户的估计信道增益，σi是用户i的信道估计误差的标准差，α为功率分配因子，N0为复噪声的方差，ET为发射功率；β为相对功率增益；cosθ代表星座点矩阵中任意两列间的最大余弦值，ψmax代表x1在x2-x'2上的最大相对投影，χmin代表星座点矩阵中任意两列间的最小距离而χmax代表星座点矩阵中任意一列的最大模值；P2x2→x2′是远用户检测错误的概率；P1x1→x1′|Fc是在成功SIC时近用户检测错误的概率；exp·表示以e为指数；步骤1.2、根据步骤1.1所述远近用户检测错误概率上界和信道估计误差，结合近似界定义给出远近用户检测概率近似界，具体如下： 其中M2取决于ψmax取得最大值的概率，M1取决于χmin出现的概率；假设 其中r∈0,1，Pw2理想条件r＝1时的概率，以及Pw2′取固定值；令 可得 使用初始α1代入8得到： 通过模拟，用r计算3中的M2；步骤2中根据远用户和近用户间的相对功率差，给定固定误差，计算功率分配因子，具体方案为基于近似界的功率分配因子：根据用户间的相对功率差，使步骤1中远用户检测错误概率的近似界公式和近用户SIC成功时的检测错误概率的近似界公式都小于误码率上限Pw2，求解出发射功率ET的表达式，有2种情况：1当且时，有 和 选择2个下界中的最大值去计算，并将N0代入，即求解出发射功率ET；2当或时，此时无法满足给定的误码率要求Pw2，认为此时需要的发射功率ET是无穷大；同时χmin代表星座点矩阵中任意两列间的最小距离，上式算出的发射功率ET是在检测错误概率上限为Pw时的最小发射功率；根据情况1中的表达式求出在任意α下所需要的发射功率ET，当两个下界相等时，所需的ET能够最小化，此时α是最优α；通过数值搜索算法得到使发射功率ET最小的最优功率分配因子α，该算法具体如下：1、初始化2、进入循环；3、根据式10～11和α计算ETN0；4、根据式3～4计算两用户的码字检测错误概率近似界；5、如果式3～4≤Pw2，则；6、跳出循环；7、更新α＝α-Δ；8、循环结束条件α≤Δ；步骤3中，将用户信息采用4维16点球码作为星座矩阵进行调制，并按照步骤2中所得功率分配因子设定功率进行发送，具体如下：步骤3.1、将用户信号采用4维16点球码作为信号星座矩阵进行编码；步骤3.2、按照步骤2中所得功率分配因子设定功率进行发送，发送的信号x为： 其中x1为近用户的发射信号，x2为远用户的发射信号；步骤4中远用户用估计的信道增益直接对接收的信号进行检测，检测方法是将接收信号与乘上信道增益之后，和分配功率的信号星座矩阵相对比，找出信号星座矩阵中最接近接收信号的一列就是发送信号，从而得到远用户信息，具体如下：通过找到最接近接收信号y2的列来检测x2的值，其中y2是远用户接收到的信号，是用户2估计的信道增益，C是信号星座矩阵；步骤5中近用户用估计的信道增益先检测远用户的信息，进行干扰抵消后，检测近用户信息，具体如下：步骤5.1、近用户先根据步骤4的方法检测远用户的信息，进行干扰抵消后的信号y1′为： 其中，是用户1估计的信道增益，n1是近用户接收到信号中的噪声；步骤5.2、根据步骤4的方法检测近用户信息，即找到最接近干扰抵消后的信号y1′的列来检测x1的值；近用户和远用户的发送信号享有相同的时频资源，根据功率分配因子α，即近用户分配αET的功率，远用户分配1-αET的功率，然后在功率域上叠加发送；步骤4和步骤5中的检测方法，具体如下：将接收信号的向量与乘上信道增益和分配功率的信号星座矩阵中的每一列向量相对比，找出信号星座矩阵中最接近接收信号的一列即为发送信号。

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