[发明专利]一种基于系统频谱效率的多用户多中继选择方法

摘要

一种基于系统频谱效率的多用户多中继选择方法，属于无线通信领域。该系统包括一个信源节点，M个目的用户节点和N个中继节点，每个节点均配有一根天线，系统工作在半双工传输模式下，其通信过程分为两步。第一步，在信道的每个相干时间内，从N个中继节点中根据全部中继选择(FSS,Full Set Selection)算法选择使系统总频谱效率达到最大值的M个目的用户节点对应的M个中继节点。第二步，通过将链路瞬时信噪比与相应设定信噪比门限值比较，选择是否进行协作传输，即进行直接传输或放大转发传输。本发明根据信道及中继节点链路条件灵活地选择不同用户的转发中继，使系统总频谱效率达到最优值的同时，提高协作中继系统的性能。

主权项

1.一种基于系统频谱效率的多用户多中继选择方法，由以下系统实现，该系统包括一个信源节点，M个目的用户节点和N个中继节点，所有节点均配有一根天线，系统工作于半双工模式下，采用全部中继选择即FSS算法从N个待选中继节点中选择M个分别对应M个目的用户节点，这里选取N≥M，列出系统中所有“中继—用户”组合方式下中继的排列组合，通过计算对比求出使得系统总频谱效率达到最大值的一组作为最优的中继排列，该方法步骤如下：1)用R_i表示第i个待选中继节点，i＝1,2,…,N，D_j表示第j个目的用户节点，j＝1,2,…,M，分别计算信源节点S到各中继节点R_i链路上的瞬时信噪比和各中继节点R_i到各目的用户节点D_j的链路上瞬时信噪比分别表示为和P_S＝δP和P_R＝(1‑δ)P分别表示信源节点和中继节点的发射功率，P为系统总功率，δ为功率分配因子，N₀表示均值为零的高斯随机噪声的方差，和分别表示信源节点到中继节点的链路、中继节点到目的用户节点的链路和信源节点到目的用户节点的链路所对应的信道系数，上述三信道系数均服从瑞利分布，上述三信道链路上的瞬时信噪比可表示为γ_l,l∈{SD_j,SR_i,R_iD_j}，三瞬时信噪比各自均服从指数分布，根据FSS算法，以最大化系统总频谱效率为目标，得到最优“中继—用户”组合，该中继选择方法的具体步骤为：(1)对M个目的用户节点和N个待选中继节点进行排列，即从N个待选中继中选取M个中继，N≥M，将M个目的用户节点分别分配给所选出的M个中继节点，共有种不同的排列组合方式，其中某种“中继—用户”排列组合方式记作构成集合(2)对某一种排列组合方式计算每个用户在中继采用放大转发方式(AF)、目的用户节点采用最大合并比接收方式下的接收信噪比，目的用户节点D_j的接收瞬时信噪比表示为：其中，表示中继放大增益系数，表示排列组合下分配给目的用户节点D_j的中继，表示S‑D_j即信源‑目的用户节点链路的瞬时信噪比，表示即信源‑中继‑目的用户节点链路的瞬时信噪比；(3)计算排列组合方式下对应的系统总频谱效率表示为：其中,表示目的用户节点D_j的频谱效率，表示目的用户节点D_j获得的系统容量，W表示信道带宽；(4)计算所有排列组合方式对应的系统总频谱效率，选择使得取得最大值的排列方式作为最优中继排列，将最优中继排列方式记为其中在最优中继排列下选出的对应各个目的用户节点的中继节点即为最佳中继节点，该最佳中继节点将参与下一步通信过程中的协作传输；2)第一时隙，信源节点同时向中继节点和目的用户节点广播信号；3)目的用户节点将信源节点到目的用户节点链路上的瞬时信噪比与对应链路上设定的信噪比门限值进行比较，如果前者较大，则转入步骤4)，否则转入步骤5)；4)根据比较结果，中继节点无需参与协作，信源节点采用直接传输的方式，同时信源节点将在第二时隙发送新信息；5)根据比较结果，最佳中继节点将参与协作，最佳中继节点在第二时隙将采用放大转发方式，目的用户节点利用最大比合并和相干解调技术将第一时隙和第二时隙收到的信息合并译码。