基于PD-NOMA和turbo编译码的智能反射面系统matlab性能仿真
目录
1.前言
智能反射面(IRS，Intelligent Reflecting Surface)由大量低成本无源反射单元组成，能够通过调控单元相位，改变入射电磁波的反射波束方向，重构无线传播信道，显著提升频谱效率与覆盖范围。功率域非正交多址(PD-NOMA)依托功率区分不同用户，同一时频资源承载多路用户信号，突破传统正交多址接入用户容量限制。Turbo码作为经典信道编码方案，依靠并行级联卷积结构与迭代译码获得逼近香农极限的纠错性能。本文仿真搭建IRS辅助单天线PD-NOMA下行传输系统，基站发送多路PD-NOMA叠加信号，信号经IRS反射、多径时变信道传输，接收端采用串行干扰消除(SIC)分离各用户信号，配合Turbo编译码抑制信道衰落与噪声带来的误码。
2.算法测试效果图预览
2.1系统仿真参数
本系统仿真参数如下：
%天线数,设置单天线 PD－NOMA系统
Nh = 1;
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
Radius = 100;
Nv = Nh;
%天线间距,随机分布
Scale1 = (rand(Nh,1)/2+0.5);
Scale2 = (rand(Nv,1)/2+0.5);
%是否加入多径,多径信道H1
%以下根据实际情况进行设置
%速度
v = 1;
%载波频率
fc = 1.2e6;
%光速
c = 3e8;
fd = v*fc/c/Nh;
%采样间隔为1us
timeval = 1e-5;
%多径时延
delay_multi = [0]*timeval;
%多径增益
Pow_avg = [0];
%多径个数
Nmultipath = length(Pow_avg);
%多径平均延迟
delay_avg = 100e-6;
%多普勒频偏
Fre_offset = fd;
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%用户数量
Nc = 8;
%多载波
Sub = Nc;
Len = 1024;
%信号带宽
BW = 180e3;
T = 1/BW;
TG = T/4;
%间隔
BWs = 3.75e3;
%信号采样率
Fd = 8;
SNR_dB = [0:9];
%仿真指标保持变量
Err_Rate = zeros(1,length(SNR_dB));
pilot_type = 1;
%仿真循环次数，循环次数越大，仿真效果越好
nloop = 2*[40,40,40,40,40,60,60,100,100,100];
%turbo编码参数
N = 512;
M = 167;
%信号功率
P = 1.2;
nomalen = 512;
2.2系统仿真结果
按照相同SNR 下 BER 由低到高（性能从优至劣）排序：
最优：多天线PD-NOMA+高斯信道
次优：单天线PD-NOMA+高斯信道
次差：多天线PD-NOMA+瑞利多径信道
最差：单天线PD-NOMA+瑞利多径信道
3.算法运行软件版本
matlab2024B
4.算法理论概述
基站配备单发射天线，IRS拥有Nh×Nv个无源反射单元，Nh=Nv=20；系统共Nc=8个PD-NOMA用户，采用OFDM多载波传输，调制方式为π/4-QPSK，收发两端引入Turbo编码与迭代译码，信道同时包含IRS可控反射链路与多径多普勒时变衰落。
4.1 PD-NOMA基本原理
正交多址（OFDMA、TDMA）将时域、频域资源切分给不同用户，用户占用相互正交资源块。PD-NOMA 在相同时频资源上为多个用户分配不同发射功率，发送端叠加多路用户调制符号：
接收端核心为SIC串行干扰消除：信道条件差的远端用户分配更高发射功率，近端用户功率更低。接收机优先解调大功率远端用户信号，重构干扰信号并从接收信号中消除，再解调剩余用户数据，逐级消除干扰。SIC信号接收基础表达式：
4.2 IRS信道基础模型
IRS每个反射单元可以独立调整反射相位θm,n，单元反射系数定义：
4.3 Turbo编译码
Turbo码采用两路递归系统卷积码（RSC）并行级联，随机交织器分隔两路编码支路。发送端原始信息比特u，一路直接送入第一个RSC编码器；信息比特经过交织置换顺序后送入第二个RSC编码器。编码输出包含系统比特、两路校验比特，完成码率适配。接收端采用迭代译码算法，两个分量译码器交替交换外部信息对数似然比（LLR）。调制解调后比特软信息表达式：
4.4 系统优势
该系统融合IRS智能传播调控、PD-NOMA频谱过载传输、Turbo强大纠错能力，相比传统OFDMA 系统具备三点优势：
第一，IRS无源调控信道，不需要有源射频链路，硬件成本低，可以无源提升接收信噪比，抑制遮挡造成深衰落；
第二，PD-NOMA在相同频谱资源支持多路用户接入，提升单位带宽用户承载数量；
第三，Turbo码对抗IRS信道、多径多普勒衰落带来的信号畸变，大幅降低解调误码率。
系统采用单天线基站架构，IRS单元规模20×20，4条多径信道模拟室外散射环境，引入多普勒频移模拟终端移动场景；循环次数随信噪比提升增大，保证高信噪比下误码统计样本充足，避免仿真结果波动。
整套系统信号链路可以概括：
1.信息比特→Turbo 编码→π/4-QPSK 调制→导频插入→PD-NOMA多用户功率叠加→添加CP→IRS多径时变信道传输
2.高斯噪声污染
3.接收端去除CP、子载波解调→MMSE信道估计 + SIC串行干扰消除→软解调→Turbo迭代译码→误码统计。
IRS通过相位调控重塑无线信道改善接收质量，PD-NOMA实现多用户同资源传输，Turbo编译码保障衰落信道下传输可靠性，三者结合构成高频谱效率、低成本的下一代无线通信候选方案。
浙公网安备 33010602011771号