비정교한 SIC를 고려한 NOMA 시스템 성능 분석

본 논문은 차세대 5G 무선 통신에서 핵심 기술로 부상하고 있는 비직교 다중 접속(NOMA)의 오류 성능을 심층적으로 분석한다. 기존 연구들은 주로 NOMA 시스템의 평균 용량, 아웃age 확률, 합산 전송률 등에 초점을 맞추었으나, 실제 서비스 품질을 좌우하는 비트 오류율(BER)에 대한 체계적인 분석은 부족했다. 이를 보완하고자 저자들은 불완전한 연속 간섭 소거(SIC)를 고려한 NOMA 시스템에서 사용자별 쌍별 오류 확률(Pairwise Error Probability, PEP)을 정확히 유도하고, 이를 기반으로 시스템 전반의 BER을 최소화하는 전력 할당 최적화 문제를 제시한다. 시스템 모델은 단일 기지국(Base Station, BS)과 L명의 단일 안테나 사용자를 가정한다. 각 사용자는 거리 기반으로 정렬되어, 가장 먼 사용자(1번 사용자)는 가장 높은 전력 계수 α₁을 할당받고, 가장 가까운 사용자(L번 사용자)는 가장 낮은 전력 계수 α_L을 할당받는다. 전송 신호는 s=∑_{l=1}^L √(α_l P) x_l 형태이며, 채널은 i.i.d. 레일리 평탄 페이딩 h_l~CN(0,2σ_h²) 로 모델링한다. 수신 신호는 r_l = h_l s + n_l이며, n_l은 AWGN이다. 첫 번째(가장 먼) 사용자는 다른 사용자의 신호를 간섭으로 취급하고, 나머지 사용자는 높은 전력 사용자의 신호를 순차적으로 SIC로 제거한다. 그러나 실제 구현에서는 SIC가 완벽하지 않아 잔류 간섭이 존재한다는 점을 반영한다. **PEP 유도** 1. **첫 번째 사용자**: 조건부 PEP를 Q‑함수 형태로 표현하고, 레일리 페이딩의 순서 통계량을 이용해 |h₁|의 PDF f_Ω(ω₁)=2ω₁/σ_h²·exp(-ω₁²/2σ_h²) 를 도출한다. 이를 적분해 무조건 PEP를 구하고, 최종적으로 식(12)인  PEP = ½