一种硬件损伤下STAR-RIS辅助RSMA系统遍历容量分析方法

：本发明属于无线通信技术，内容包含对通信系统进行性能分析，主要内容是硬件损伤下star-ris辅助rsma系统遍历容量的性能分析。

背景技术

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背景技术：

1、star-ris具备大量成本低的可同时透射和反射的无源器件，每个器件都可由软件控制其参数，单独调整入射信号的相位和幅度，从而提高信号增益，改善通信质量。与基站发射信号直接到用户手中不同，star-ris技术的介入，使得在基站发射信号后，star-ris会将接收到的信号进行幅度和相位的调节，使得无论信号是经由star-ris反射还是透射，都能实现累加，提升信号幅度，以提升接收端的信号功率。相比于传统的可重构智能表面(reconfigurable intelligent surface，ris)，因其只能反射信号，所以只能将基站和接收端设置在同一侧，而star-ris使入射信号可以同时进行透射和反射发射信号，因此可以将覆盖范围提高到360°。

2、速率分割多址(rate splitting multiple access，rsma)作为一种新颖的多址接入技术，以其优秀的性能表现和灵活的资源分配受到广泛关注。与第五代移动通信系统(the fifth generation of mobile wireless communications，5g)中使用的传统多址策略相比，rsma可以改善频谱效率、能量效率、覆盖范围、用户公平性，从而适应更广泛的网络负载以及信道要求。

3、文献1(performance analysis for the coupled phase-shift star-riss[z].2022 ieee wireless communications and networking conference(wcnc).2022：489-93.)推导了渐近中断概率和功率缩放律，给出了考虑的star-ris辅助通信系统的系统模型和多址方案。文献2(performance analysis of rsma-based multi-user miso system[z].2023 international conference on electrical，electronics，communication andcomputers(elexcom).2023：1-6.)研究了基于rsma技术中多用户miso系统在吞吐量、能源效率和中断概率方面的表现。

4、目前的研究现状主要是对于star-ris辅助rsma通信系统性能的研究，很多是在系统无硬件损伤下进行的，然而在实际应用中，发射机和接收机的硬件损伤常常存在。基于此，本发明研究硬件损伤下的star-ris辅助rsma通信系统性能，分析不同因素对系统性能的影响。

技术实现思路

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技术实现要素：

1、基于更准确方便研究系统性能的目的，本发明构建在nakagami-m信道下的通信系统模型，推导用户信干噪比，选取最优化相位，给出了概率密度函数和累积分布函数，以及遍历容量表达式，并在高信噪比条件下给出遍历容量的渐进表达式。

2、其具体实施的技术方法：一种硬件损伤下star-ris辅助rsma系统遍历容量分析方法，具体操作步骤如下：

3、s1、可同时透射和反射的可重构智能表面(simultaneous transmitting andreflecting reconfigurable intelligent surface，star-ris)辅助速率分割多址(ratesplitting multiple access，rsma)的系统模型包括基站、star-ris、透射用户与反射用户，star-ris由m个器件组成；

4、s2、所有信道建模为nakagami-m信道，即基站与star-ris之间的信道建模为hl～nakagami(mh，1)，star-ris与用户之间的信道建模为gk，l～nakagami(mk，1)，1≤l≤m，为存在相位噪声的透射因子矩阵和反射因子矩阵，用户私有部分信干噪比为：

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6、其中ps为总功率，αk为功率分配系数，ktx，krx代表硬件损伤系数，为高斯白噪声，d0为基站与star-ris之间的距离，dk表示star-ris与用户k之间的距离，αbr，αru为路径损失指数，表示其他用户；

7、s3、根据所推导的用户私有部分信干噪比和概率密度函数，求得遍历容量的表达式：

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9、其中，z3，i为拉盖尔多项式ln(x)的第i个根，βk表示振幅系数；

10、高信噪比下遍历容量的渐进式：

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12、本发明可带来以下积极成效：

13、本发明在系统建模时，将硬件损伤考虑进来，这与实际应用场景相符；在公式推导过程中，求出了信干噪比，选取最优化相位，给出了概率密度函数和累积分布函数，为后续分析提供了理论基础；根据本发明的实施方法，可以推导出遍历容量，为硬件损伤下star-ris辅助rsma系统性能分析提供了一种高效且简便的方法。

技术特征：

1.一种硬件损伤下star-ris辅助rsma系统遍历容量分析方法，具有以下三种特征：

技术总结
本发明公开了在硬件损伤条件下可同时透射和反射的可重构智能表面(Simultaneous Transmitting and Reflecting Reconfigurable Intelligent Surface，STAR‑RIS)辅助速率分割多址(Rate Splitting Multiple Access，RSMA)系统的遍历容量的一种分析方法；对于STAR‑RIS辅助RSMA系统，考虑硬件损伤带来的影响，构建在Nakagami‑m信道下的通信系统模型，推导用户信干噪比，选取最优化相位，给出了概率密度函数和累积分布函数，以及遍历容量表达式，并在高信噪比条件下给出遍历容量的渐进表达式；仿真结果验证了理论分析有效性，本发明所提出的分析方法可以对系统性能进行有效评估。

技术研发人员：孔凡玉,虞湘宾,沈珂宇,周玥,黎宁,柳涛
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/10/31