在Nakagami-m衰落条件下对STAR-RIS-NOMA系统进行鲁棒性故障特性分析：曲线拟合、中心极限定理及卷积方法的应用

《ARABIAN JOURNAL FOR SCIENCE AND ENGINEERING》：Robust Outage Characterization of STAR-RIS-NOMA Under Nakagami-m Fading: Curve Fitting, Central Limit and Convolution Approaches

同时传输与反射的STAR-RIS-NOMA系统在随机用户分布和Nakagami-m衰落场景下，通过动态调整能量分配与可调元件数量优化SIC解码顺序，提出三种模型（CLT、CF、MF）分析信道特性，验证能量分配（ES）协议在可靠性（-3dB outage）和资源效率上优于模式切换（MS）和时间切换（TS），且CLT模型误差小于0.3dB，CF模型误差在0.5dB内。

　　

摘要

同时传输和反射的可重构智能表面（STAR-RIS）能够实现360°的全方位无线覆盖，从而克服了传统反射表面（RIS）所受的半空间限制。在本研究中，我们探讨了一种下行链路的STAR-RIS-NOMA系统，其中用户位置随机分布，并且会经历Nakagami-m衰落。通过调整能量分配和激活元素的数量，STAR-RIS可以调整空时分组（SIC）解码的顺序，从而提高用户分离度和频谱效率。为了捕捉不同工作条件下STAR-RIS信道的行为，我们提出了三种分析模型：一种用于大表面近似的中心极限定理（CLT）模型、一种用于灵活部署场景的曲线拟合（CF）模型，以及一种用于精确多样性分析的M重卷积（MF）模型。我们为能量分割（ES）协议下的CLT和CF模型推导出了封闭形式的中断概率表达式，而MF模型则用于确定ES、模式切换（MS）和时间切换（TS）下的多样性阶数。研究结果表明，CLT模型提供了性能的准确上限，其与仿真结果的偏差不超过0.3 dB；CF模型则给出了一个较为接近的下限，偏差在0.5 dB以内。在高信噪比（SNR）条件下，MF模型证实多样性阶数随m的增加而增长，当m=40和m=5时，多样性阶数可达到约200。在SNR为115 dB时，ES协议的中断概率大约是MS协议的三分之一。此外，为了达到10^-6的目标中断概率，ES协议所需的SNR比TS协议低约0.5 dB。这些结果表明ES是最可靠且资源效率最高的选项，而我们的分析模型能够提供精确且实用的系统性能预测。