This paper investigates an analytical model for low-earth orbit (LEO) multi-satellite downlink non-orthogonal multiple access (NOMA) networks. The satellites transmit data to multiple NOMA user terminals (UTs), each employing successive interference cancellation (SIC) for decoding. Two ordering schemes are adopted for NOMA-enabled LEO satellite networks, i.e., mean signal power (MSP)-based ordering and instantaneous-signal-to-inter-satellite-interference-plus-noise ratio (ISINR)-based ordering. For each ordering scheme, we derive the coverage probabilities of UTs under different channel conditions. Moreover, we discuss how coverage is influenced by SIC, main-lobe gain, and tradeoffs between the number of satellites and their altitudes. Additionally, two user fairness-based power allocation (PA) schemes are considered, and PA coefficients with the optimal number of UTs that maximize their sum spectral efficiency (SE) are studied. Simulation results show that there exists a maximum signal-to-inter-satellite-interference-plus-noise ratio (SINR) threshold for each PA scheme that ensures the operation of NOMA in LEO satellite networks, and the benefit of NOMA only exists when the target SINR is below a certain threshold. Compared with orthogonal multiple access (OMA), NOMA increases UTs' sum SE by as much as 35\%. Furthermore, for most SINR thresholds, the sum SE increases with the number of UTs to the highest value, whilst the maximum sum SE is obtained when there are two UTs.


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悉尼科技大学(University of Technology Sydney),简称“悉尼科大”(UTS),位于澳大利亚金融和经济中心悉尼,著名公立研究型大学,2020年与美国匹兹堡大学并列位居QS世界排名140名,2019年获得世界五星级高校认证。悉尼科技大学拥有多元文化的校园和充满活力的国际交流与研究计划,帮助毕业生为现在和未来的工作做好准备。学校有超过40,000名学生,其中国际留学生超过10,000名,是澳大利亚规模最大的大学之一。
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