多源中继网络中协作伙伴选择策略研究

摘要：在多源中继网络环境下，采用解码转发(Decode-and-Forward，DF)协议进行协作伙伴选择策略研究。在保证每个用户的数据率要求下，此协作伙伴选择方案是从中继剩余功率与信噪比最小值的乘积中，挑出使该乘积最大的那个协作伙伴为中继，然后该中继帮助源节点协作传输，其中信噪比最小值是源到中继和中继到目的节点之间信噪比的最小值，并分析了网络寿命。仿真结果证明了此方案实现复杂度低，对于协作伙伴资源分配更具有公平性且延长了网络寿命。

前言

在无线通信系统中，作为对抗衰落的有效技术的协作通信近来被广泛研究。实质上，协作通信利用了无线信道的广播特性，源节点广播信息，它附近的其它节点和目的节点接收都可以接收到信息，那么这些节点可以转发源信息到目的节点，从而达到更有效、更可靠的通信。协作通信的基本理论是在移动终端用户之间建立虚拟的多输入多输出(MIMO)系统。

在解码转发协议下的多用户协作通信系统中，如何给每个用户分配一个中继是目前面临的一个挑战。通常情况下，伙伴选择策略被分成两类，一类是多协作伙伴选择策略，另一类是单协作伙伴选择策略。前者是为一个用户选择多于一个伙伴帮助其传输，而后者是为用户选择最佳中继。文献的作者是在解码转发(Decode-and-Forward，DF)协议下多中继场景中进行最佳伙伴选择方案研究，采用最小最大化原理，即从中继解码集合中选出使源到中继信噪比与中继到目的节点信噪比中最小值最大的那个中继作为最佳中继，在协作传输的第二阶段，该最佳中继只有在其源到中继和中继到目的节点之中信噪比最小值大于直传链路信噪比时，才参与协作转发源节点信息。而在放大转发(Amplify-and-Forward，AF)协议下，选择策略为使源到中继和中继到目的节点之间信噪比中最小值最大的那个中继即为最佳中继，然后参与协作传输。

近年来，在协作通信系统中针对资源分配问题作了广泛研究，在三节点组成的协作分集系统中，在假设中继选择分集被利用的条件下推导了中断概率最小的功率分配方案。文献[4]则是在文献[3]基础上提出了次优的解决方案，但是其在计算和实现复杂度方面却有很大改善。

在多用户多中继网络中，如何为每个用户选择合适中继，并合理分配系统资源，前人所做工作不是很多，针对上述问题本文提出了改进方案。

系统模型

在多用户网络环境下，如图1所示。网络中有M个源节点或者用户Si，N个中继Rj和共同的目的节点D。　　

 

所有节点假设装备了一个天线，节点采用半双工的工作方式。系统采用DF协议下协作分集方案，传输被分成两个阶段，第一阶段是选择中继，源节点发送信息到目的节点，该信息也被其它节点接收解码，如果该节点可以正确解码源信息，第二阶段它将转发源信息到目的节点;否则中继不转发源信息。假设目的节点接收且采用最大比合并(MRC)它所收到的分别来自于源节点发送和中继转发的信息。假设源-目的节点，源-中继和中继-目的节点通信信道是独立平坦瑞利慢衰落信道。最后，假设整个协作通行系统使用无编码二进制相移键控(BPSK)调制。