[发明专利]一种硬件损伤下STAR-RIS辅助NOMA系统的中断概率和遍历容量性能分析方法

说明书

本发明公开了一种硬件损伤下同时透射和反射的可重构智能表面(Simultaneous Transmitting and Reflecting Reconfigurable Intelligent Surface，STAR‑RIS)辅助非正交多址(Non‑Orthogonal Multiple Access，NOMA)系统的中断概率和遍历容量性能分析方法；针对STAR‑RIS辅助NOMA系统，考虑硬件损伤，构建在莱斯信道下的系统模型，给出了信噪失真比，系统的中断概率和遍历容量的近似表达式，以及高信噪比下遍历容量的渐进表达式；经仿真验证，本发明提出的性能分析的方法可以有效评估系统的性能。

技术领域：

本发明属于移动通信领域，涉及移动通信系统的性能分析方法，尤其是涉及STAR-RIS辅助NOMA系统的中断概率和遍历容量性能分析方法。

背景技术：

STAR-RIS是包含大量低成本反射与透射单元的表面。放置于基站和用户之间。每个单元可以独立地反射和透射入射信号，改变其幅度与相位，实现通信环境的调节。通过适当的调整，反射或者透射得到的信号可以相互叠加，增强接收机处的期望信号功率。STAR-RIS可以密集部署，可调节且低能耗，无需在无源的STAR-RIS之间进行复杂的干扰管理。相比于传统的可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface，RIS)，用户要接收来自RIS的反射信号，必须要与发射机处于同一侧，而STAR-RIS使得入射信号既可以通过反射也可以通过透射被用户端接收，因此覆盖范围可以扩展到360度。

文献1(Coverage Characterization of STAR-RIS Networks：NOMA and OMA[J].IEEE Communications Letters，2021，25(9)：3036-3040)研究了STAR-RIS覆盖范围最大化的优化问题。文献2(STAR-RISs：Simultaneous Transmitting and ReflectingReconfigurable Intelligent Surfaces[J].IEEE Communications Letters，2021，25(9)：3134-3138)提出了STAR-RIS的硬件模型，以及近场和远场下的信道模型，分析了STAR-RIS系统中断概率和分集增益，并与传统的RIS进行比较。

现有的相关研究主要是对于STAR-RIS辅助NOMA系统的部分性能指标的分析和优化问题，但是都基于发射机，接收机以及STAR-RIS表面是理想状态的假设，缺乏考虑硬件损伤情况下STAR-RIS辅助NOMA系统的研究。

发明内容：

为更准确地分析硬件损伤下STAR-RIS辅助NOMA系统的性能，本发明给出了信道模型，得到了用户的信噪失真比和概率密度函数，给出了硬件损伤下用户的中断概率和遍历容量的近似表达式，以及高信噪比下遍历容量的渐进表达式。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：一种硬件损伤下STAR-RIS辅助NOMA系统的中断概率和遍历容量性能分析方法，具体步骤为：

S1、建立STAR-RIS辅助NOMA系统模型，该系统中单天线基站通过STAR-RIS与2个单天线用户进行通信，STAR-RIS是一个均匀平面阵列，由M个元器件组成；基站在同一时间和频率资源中传输两个用户的叠加资源；

S2、STAR-RIS辅助NOMA系统中，为STAR-RIS与用户间的莱斯信道，为有相位噪声的传输矩阵，为基站与STAR-RIS间的莱斯信道，用户的信噪失真比(signal-to-noise-plus-distortion-ratio，SNDR)为：

其中，p_k表示分配给用户k的功率，p_s表示总功率，λ(k)∈{0，1}表示解码顺序，满足λ(t)+λ(r)＝1，k_tx，k_rx是硬件损伤系数，为高斯白噪声，表示其他用户；