本發(fā)明涉及無線通信技術領域，特別是涉及一種全雙工中繼系統(tǒng)的中繼選擇方法及裝置。

背景技術：

最近幾年，協(xié)作通信技術受到了世界各地研究人員的廣泛關注。協(xié)作通信是一種新型的空間分集技術，實質上能夠視為類似mimo(多輸入多輸出技術)的通信原理，利用無線通信信道所具有的廣播特性，用戶通過互相協(xié)作的方式，分布式傳輸和信息處理，構成虛擬的分布式天線陣列，在擴大覆蓋率的同時，獲得較高的系統(tǒng)容量和頻譜利用效率。在協(xié)作通信系統(tǒng)中，由于中繼具有組件成本低、布局靈活等優(yōu)勢，所以為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速及有效傳輸，會通常以中繼技術為基礎。協(xié)作通信系統(tǒng)中若固定選擇單個中繼進行信號傳輸，中繼信道環(huán)境變化較大，不夠穩(wěn)定，所以需要建立多個中繼協(xié)作通信系統(tǒng)，進一步提升系統(tǒng)性能。在多中繼協(xié)作通信系統(tǒng)中，需要考慮“與誰協(xié)作”的問題，即進行中繼選擇，如何從多個候選中繼選擇出最優(yōu)中繼進行信號傳輸是協(xié)作通信的研究重點。研究表明選擇出一個最優(yōu)中繼進行信號傳輸是平衡分級增益和頻譜效率的最佳解決方案。

現(xiàn)有的中繼選擇技術大部分是基于兩種易于實現(xiàn)的中繼轉發(fā)協(xié)議即：af(放大轉發(fā))協(xié)議和df(解碼轉發(fā))協(xié)議。af中繼全雙工協(xié)作系統(tǒng)由于其設計相對簡單，易于實現(xiàn)和部署成本低，率先得到了大量研究。在af協(xié)議下，源節(jié)點持續(xù)不斷的發(fā)送信號，中繼節(jié)點只是按照特定的系數(shù)放大收到的信號，并轉發(fā)該放大信號，不對信號做其他處理，然后運用通信基本原理知識，可以得到系統(tǒng)容量表達式。再設置各個信道系數(shù)服從i.i.d.(獨立同分布)的瑞利衰落，根據(jù)反饋的csi(信道狀態(tài)信息)選擇出最優(yōu)中繼進行信號傳輸，再運用概率論等數(shù)學手段推導出中繼概率的表達式和近似表達式。最后，通過計算機仿真分析不同中繼選擇方案的性能。在df協(xié)議下的全雙工多中繼系統(tǒng)，中繼節(jié)點將接收信號解碼重新調制后，再轉發(fā)到目的節(jié)點。在現(xiàn)有的研究中為了簡化分析過程，假設中繼節(jié)點的自干擾為恒衰落，再運用類似半雙工和全雙工af中繼中已存在的中繼選擇方法，推導出系統(tǒng)的平均容量，中斷概率或者誤碼率，再通過計算機仿真分析出各個中繼選擇方案的性能。

雖然利用af協(xié)議也能實現(xiàn)中繼選擇，但是af中繼節(jié)點只是按照特定的系數(shù)放大收到的信號，并轉發(fā)該放大信號，不對信號做其他處理，所以中繼節(jié)點的放大信號不僅含有有效信號，還包含一定的噪聲，這部分經(jīng)過放大的噪聲信號將于下一跳接收的噪聲一起影響系統(tǒng)的性能。在df中繼中，雖然假設自干擾為恒衰落簡化了分析過程，但是實際情況下的自干擾是不斷變化的，中繼節(jié)點的輸出對輸入的自干擾信道鏈路衰落系數(shù)是一個瑞利分布隨機過程，不能保證用戶的服務質量。顯然，基于af協(xié)議和df協(xié)議的現(xiàn)有技術已經(jīng)不能滿足在全雙工中繼系統(tǒng)中繼選擇的要求。

技術實現(xiàn)要素：

針對于上述問題，本發(fā)明提供一種全雙工中繼系統(tǒng)的中繼選擇方法及裝置，實現(xiàn)了有效的提升系統(tǒng)性能和用戶服務質量以及節(jié)約設備成本的目的。

為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種全雙工中繼系統(tǒng)的中繼選擇方法，所述全雙工中繼系統(tǒng)包含一個源節(jié)點、一個目的節(jié)點、多個中繼節(jié)點以及源節(jié)點到中繼節(jié)點的信道鏈路、中繼節(jié)點到目的節(jié)點的信道鏈路和中繼節(jié)點自干擾信道鏈路，所述全雙工中繼系統(tǒng)的中繼選擇方法包括：

基于df協(xié)議，根據(jù)所述全雙工中繼系統(tǒng)中的信道鏈路的信道狀態(tài)信息，預設四種中繼選擇方案，其中，所述四種中繼選擇方案包含一種最優(yōu)中繼選擇方案和三種次優(yōu)中繼選擇方案；

根據(jù)獨立同分布的瑞利衰落信道的系統(tǒng)中斷性能理論，對所述四種中繼選擇方案進行分析計算，分別得到各個中繼選擇方案所對應的中斷概率；

將實際所測量的信道環(huán)境下的信道鏈路的信道狀態(tài)信息、實際的全雙工中繼系統(tǒng)的中繼數(shù)目和所述各個中繼選擇方案所對應的中斷概率作為仿真分析因素，采用計算機對所述仿真因素進行仿真分析，獲得所述四種中繼選擇方案在所述實際所測量的信道環(huán)境下的性能狀態(tài)；

根據(jù)所述四種中繼選擇方案在所述實際所測量的信道環(huán)境下的性能狀態(tài)，將所述三種次優(yōu)中繼選擇方案的實際所測量的信道環(huán)境下的性能狀態(tài)與所述最優(yōu)中繼選擇方案的性能狀態(tài)進行對比，選擇所述三種次優(yōu)中繼選擇方案中的性能狀態(tài)最接近所述最優(yōu)中繼選擇方案的性能狀態(tài)的一種次優(yōu)中繼選擇方案，作為所述實際的全雙工中繼系統(tǒng)的中繼選擇方案。

優(yōu)選的，該方法還包括：

在確定了所述實際的全雙工中繼系統(tǒng)的中繼選擇方案后，通過在所述實際的全雙工中繼系統(tǒng)中設置不同的中繼數(shù)目對所述實際的全雙工中繼系統(tǒng)的中斷概率進行分析，確定所述中斷概率最小所對應的中繼數(shù)目，并根據(jù)所述中繼數(shù)目對所述實際的全雙工中繼系統(tǒng)進行相應的中繼部署。

優(yōu)選的，所述基于df協(xié)議，根據(jù)所述全雙工中繼系統(tǒng)的中的信道鏈路的信道狀態(tài)信息，預設四種中繼選擇方案，包括：

根據(jù)所述全雙工中繼系統(tǒng)中的全部信道鏈路的信道狀態(tài)信息，預設獲得所述最優(yōu)中繼選擇方案；

根據(jù)所述全雙工中繼系統(tǒng)中的所述源節(jié)點到中繼節(jié)點的鏈路的信道狀態(tài)信息和所述中繼節(jié)點到目的節(jié)點的鏈路的信道狀態(tài)信息，預設獲得最大最小中繼選擇方案；

根據(jù)所述全雙工中繼系統(tǒng)中的所述源節(jié)點到中繼節(jié)點的鏈路的信道狀態(tài)信息和中繼節(jié)點的自干擾鏈路，預設獲得部分中繼選擇方案；

根據(jù)所述全雙工中繼系統(tǒng)中的中繼節(jié)點的自干擾鏈路，預設獲得自干擾中繼選擇方案；

其中，所述最大最小中繼選擇方案、部分中繼選擇方案和自干擾中繼選擇方案為次優(yōu)中繼選擇方案。

優(yōu)選的，所述根據(jù)獨立同分布的瑞利衰落信道的系統(tǒng)中斷性能理論，對所述四種中繼選擇方案進行分析計算，分別得到各個中繼選擇方案所對應的中斷概率，包括：

對所述四種中繼選擇選擇方案進行計算，分別獲得各個中繼選擇方案的系統(tǒng)信道容量c，其中，式中，為源節(jié)點到中繼節(jié)點的鏈路的信噪比，為源節(jié)點到目的節(jié)點的鏈路的信噪比；

基于所述各個中繼選擇方案的系統(tǒng)信道容量，計算獲得所述各個中繼選擇方案的中斷概率式中，*分別表示不同中繼選擇方案的概率，r0表示中繼節(jié)點容量。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種全雙工中繼系統(tǒng)的中繼選擇裝置，所述全雙工中繼系統(tǒng)包含一個源節(jié)點、一個目的節(jié)點、多個中繼節(jié)點以及源節(jié)點到中繼節(jié)點的信道鏈路、中繼節(jié)點到目的節(jié)點的信道鏈路和中繼節(jié)點自干擾信道鏈路，所述全雙工中繼系統(tǒng)的中繼選擇裝置包括：

預設模塊，用于基于df協(xié)議，根據(jù)所述全雙工中繼系統(tǒng)中的信道鏈路的信道狀態(tài)信息，預設四種中繼選擇方案，其中，所述四種中繼選擇方案包含一種最優(yōu)中繼選擇方案和三種次優(yōu)中繼選擇方案；

計算模塊，用于根據(jù)獨立同分布的瑞利衰落信道的系統(tǒng)中斷性能理論，對所述四種中繼選擇方案進行分析計算，分別得到各個中繼選擇方案所對應的中斷概率；

分析模塊，用于將實際所測量的信道環(huán)境下的信道鏈路的信道狀態(tài)信息、實際的全雙工中繼系統(tǒng)的中繼數(shù)目和所述各個中繼選擇方案所對應的中斷概率作為仿真分析因素，采用計算機對所述仿真因素進行仿真分析，獲得所述四種中繼選擇方案在所述實際所測量的信道環(huán)境下的性能狀態(tài)；

比較模塊，用于根據(jù)所述四種中繼選擇方案在所述實際所測量的信道環(huán)境下的性能狀態(tài)，將所述三種次優(yōu)中繼選擇方案的實際所測量的信道環(huán)境下的性能狀態(tài)與所述最優(yōu)中繼選擇方案的性能狀態(tài)進行對比，選擇所述三種次優(yōu)中繼選擇方案中的性能狀態(tài)最接近所述最優(yōu)中繼選擇方案的性能狀態(tài)的一種次優(yōu)中繼選擇方案，作為所述實際的全雙工中繼系統(tǒng)的中繼選擇方案。

優(yōu)選的，該裝置還包括：

部署模塊，用于在確定了所述實際的全雙工中繼系統(tǒng)的中繼選擇方案后，通過在所述實際的全雙工中繼系統(tǒng)中設置不同的中繼數(shù)目對所述實際的全雙工中繼系統(tǒng)的中斷概率進行分析，確定所述中斷概率最小所對應的中繼數(shù)目，并根據(jù)所述中繼數(shù)目對所述實際的全雙工中繼系統(tǒng)進行相應的中繼部署。

優(yōu)選的，所述預設模塊包括：

第一預設單元，用于根據(jù)所述全雙工中繼系統(tǒng)中的全部信道鏈路的信道狀態(tài)信息，預設獲得所述最優(yōu)中繼選擇方案；

第二預設單元，用于根據(jù)所述全雙工中繼系統(tǒng)中的所述源節(jié)點到中繼節(jié)點的信道鏈路的信道狀態(tài)信息和所述中繼節(jié)點到目的節(jié)點的信道鏈路的信道狀態(tài)信息，預設獲得最大最小中繼選擇方案；

第三預設單元，用于根據(jù)所述全雙工中繼系統(tǒng)中的所述源節(jié)點到中繼節(jié)點的信道鏈路的信道狀態(tài)信息和中繼節(jié)點的自干擾信道鏈路的信道狀態(tài)信息，預設獲得部分中繼選擇方案；

第四預設單元，用于根據(jù)所述全雙工中繼系統(tǒng)中的中繼節(jié)點的自干擾鏈路，預設獲得自干擾中繼選擇方案；

其中，所述最大最小中繼選擇方案、部分中繼選擇方案和自干擾中繼選擇方案為次優(yōu)中繼選擇方案。

優(yōu)選的，所述計算模塊包括：

第一計算單元，用于對所述四種中繼選擇選擇方案進行計算，分別獲得各個中繼選擇方案的系統(tǒng)信道容量c，其中，式中，為源節(jié)點到中繼節(jié)點的鏈路的信噪比或信號干擾噪聲比，為源節(jié)點到目的節(jié)點的鏈路的信噪比或信號干擾噪聲比；

第二計算單元，用于基于所述各個中繼選擇方案的系統(tǒng)信道容量，計算獲得所述各個中繼選擇方案的中斷概率式中，*分別表示不同中繼選擇方案的概率，r0表示系統(tǒng)需要達到的最小容量門限。

相較于現(xiàn)有技術，本發(fā)明基于解碼轉發(fā)協(xié)議預設了一種最優(yōu)和三種次優(yōu)的中繼選擇方案，并且根據(jù)獨立同分布瑞利衰落信道獲得了四種中繼選擇方案的中斷概率，結合實際測量的信道狀態(tài)，對所述四種中繼選擇方案的中斷性能進行分析比較，選擇最接近最優(yōu)中繼選擇方案的一種次優(yōu)中繼選擇方案來作為最終的中繼選擇方案，這樣減少了所需的信道狀態(tài)信息，進而降低了中繼選擇方法的復雜度，相較于放大轉發(fā)的中繼選擇方案的系統(tǒng)性能得到提升；并且在本發(fā)明中通過計算機對實際情況下的中繼選擇方案進行了仿真分析，可以實現(xiàn)根據(jù)不同地域和不同客戶的要求，應用合理的中繼選擇方案，既可以滿足不同用戶的服務質量的要求，還能夠節(jié)約成本。進而通過本發(fā)明實現(xiàn)了有效的提升系統(tǒng)性能和用戶服務質量以及節(jié)約設備成本的目的。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例一提供的一種全雙工中繼系統(tǒng)的中繼選擇方法的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的全雙工中繼系統(tǒng)的結構示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例二對應的圖1中所示s11步驟中的預設選擇方案的流程示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例二對應的圖1中所示步驟s12步驟中的計算中斷概率的流程示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例三提供的一種全雙工中繼系統(tǒng)的中繼選擇裝置的結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明的說明書和權利要求書及上述附圖中的術語“第一”和“第二”等是用于區(qū)別不同的對象，而不是用于描述特定的順序。此外術語“包括”和“具有”以及他們任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含。例如包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統(tǒng)、產品或設備沒有設定于已列出的步驟或單元，而是可包括沒有列出的步驟或單元。

實施例一

參見圖1為本發(fā)明實施例一提供的一種全雙工中繼系統(tǒng)的中繼選擇方法的流程示意圖，并參見圖2為本發(fā)明實施例提供的全雙工中繼系統(tǒng)的結構示意圖，所述全雙工中繼系統(tǒng)包含一個源節(jié)點s、一個目的節(jié)點d、多個中繼節(jié)點r以及源節(jié)點到中繼節(jié)點的信道鏈路hsr、中繼節(jié)點到目的節(jié)點的信道鏈路hrd和中繼節(jié)點自干擾信道鏈路hrr。

具體的，在全雙工中繼系統(tǒng)中，包含一個源節(jié)點(source)和一個目的節(jié)點(destination)以及n各df中繼節(jié)點(rk,k∈{1,2,…,n})。因為源節(jié)點和目的節(jié)點之間的直接鏈路受到很強的衰落，信號只能通過中繼轉發(fā)進行傳輸。其中，源節(jié)點和目的節(jié)點只配備一根天線，工作在半雙工模式；所有中繼節(jié)點均采用df協(xié)議，并配備收發(fā)天線一組，使得中繼運行在全雙工模式下，時間被劃分為多個時隙，每個時隙僅選擇一個中繼進行信號傳輸。

全雙工多中繼通信系統(tǒng)中包含三條信道鏈路，源節(jié)點到中繼節(jié)點鏈路,中繼節(jié)點到目的節(jié)點鏈路以及中繼節(jié)點的輸出到輸入鏈路。為了簡化分析，假設各個中繼相互隔離，即不存在中繼間的信號干擾鏈路。網(wǎng)絡中所有的無線鏈路均為平穩(wěn)瑞利塊衰落信道且相互獨立，接收端噪聲為加性高斯白噪聲(awgn)，且其均值為0，方差為n0。

所述全雙工中繼系統(tǒng)的中繼選擇方法包括以下步驟：

s11、基于df協(xié)議，根據(jù)所述全雙工中繼系統(tǒng)中的信道鏈路的信道狀態(tài)信息，預設四種中繼選擇方案，其中，所述四種中繼選擇方案包含一種最優(yōu)中繼選擇方案和三種次優(yōu)中繼選擇方案；

具體的，現(xiàn)有的中繼轉發(fā)協(xié)議為af協(xié)議和df協(xié)議，其中，af協(xié)議為方法轉發(fā)協(xié)議，由于af中繼全雙工協(xié)作系統(tǒng)設計相對簡單，易于實現(xiàn)，部署成本低，率先得到了大量研究。因為af中繼節(jié)點只是按照特定的系數(shù)放大收到的信號，并轉發(fā)該放大信號，不對信號做其他處理，所以中繼節(jié)點的放大信號不僅含有有效信號，還包含一定的噪聲，所以在本發(fā)明實施例中優(yōu)選df協(xié)議。預設的四種中繼選擇方案包括在全雙工中繼系統(tǒng)中根據(jù)所有信道鏈路的信道狀態(tài)信息的最優(yōu)中繼選擇方案和僅需部分信道狀態(tài)信息的次優(yōu)中繼選擇方案。

s12、根據(jù)獨立同分布的瑞利衰落信道的系統(tǒng)中斷性能理論，對所述四種中繼選擇方案進行分析計算，分別得到各個中繼選擇方案所對應的中斷概率；

具體的，因為在全雙工中繼系統(tǒng)中的信道為獨立同分布的瑞利衰落，可以得到各個信道的概率密度分布函數(shù)(pdf)，在運用概率論等數(shù)學手段和通信原理基本知識，可以推導出中斷概率的累積分布函數(shù)(cdf)，給出具體的信道速率可以得到中斷概率的計算表達式。

s13、將實際所測量的信道環(huán)境下的信道鏈路的信道狀態(tài)信息、實際的全雙工中繼系統(tǒng)的中繼數(shù)目和所述各個中繼選擇方案所對應的中斷概率作為仿真分析因素，采用計算機對所述仿真因素進行仿真分析，獲得所述四種中繼選擇方案在所述實際所測量的信道環(huán)境下的性能狀態(tài)；

具體的，采用計算機對所述仿真因素進行仿真分析的時候，可以采用計算機中的matlab軟件進行分析，當然也可以采用其他具有仿真分析的軟件進行分析，本方案不做具體限定。

s14、根據(jù)所述四種中繼選擇方案在所述實際所測量的信道環(huán)境下的性能狀態(tài)，將所述三種次優(yōu)中繼選擇方案的實際所測量的信道環(huán)境下的性能狀態(tài)與所述最優(yōu)中繼選擇方案的性能狀態(tài)進行對比，選擇所述三種次優(yōu)中繼選擇方案中的性能狀態(tài)最接近所述最優(yōu)中繼選擇方案的性能狀態(tài)的一種次優(yōu)中繼選擇方案，作為所述實際的全雙工中繼系統(tǒng)的中繼選擇方案。

具體的，根據(jù)所述四種中繼選擇方案在所述實際所測量的信道環(huán)境下的性能狀態(tài)進行分析，并結合實際環(huán)境中的自干擾信噪比和中繼數(shù)量對系統(tǒng)中斷概率的影響，基于不同地區(qū)所測量的實際信道環(huán)境，從中斷性能的角度對四種中繼選擇方案的性能進行分析比較，選擇其中中斷性能最接近最優(yōu)選擇方案的次優(yōu)選擇方案作為最終中繼選擇方案來進行具體的中繼選擇，進而減少設備的復雜度。可以理解的是，所謂的最接近就是根據(jù)四種中繼選擇方案選擇出相應的中繼，并對所述中繼進行分析獲得其對應的信道容量和信噪比這些參數(shù)，從而獲得系統(tǒng)的中斷概率，中斷概率越小表明系統(tǒng)的性能越好，所以就是根據(jù)三種次優(yōu)中繼的選擇方案進行中繼選擇后分析其系統(tǒng)的信道容量、信噪比和中斷概率，并與最優(yōu)中繼選擇方案中的這些參數(shù)進行對比，選擇次優(yōu)中繼選擇方案中的參數(shù)與最優(yōu)中繼選擇方案中的參數(shù)相等或接近的次優(yōu)中繼選擇方案，作為系統(tǒng)最終的中繼選擇方案。

通過本發(fā)明實施例一公開的技術方案，基于解碼轉發(fā)協(xié)議預設了一種最優(yōu)和三種次優(yōu)的中繼選擇方案，并且根據(jù)獨立同分布瑞利衰落信道獲得了四種中繼選擇方案的中斷概率，結合實際測量的信道狀態(tài)，對所述四種中繼選擇方案的中斷性能進行分析比較，選擇最接近最優(yōu)中繼選擇方案的一種次優(yōu)中繼選擇方案來作為最終的中繼選擇方案，這樣減少了所需的信道狀態(tài)信息，進而降低了中繼選擇方法的復雜度，相較于放大轉發(fā)的中繼選擇方案的系統(tǒng)性能得到提升；并且在本發(fā)明中通過計算機對實際情況下的中繼選擇方案進行了仿真分析，可以實現(xiàn)根據(jù)不同地域和不同客戶的要求，應用合理的中繼選擇方案，既可以滿足不同用戶的服務質量的要求，還能夠節(jié)約成本。進而通過本發(fā)明實現(xiàn)了有效的提升系統(tǒng)性能和用戶服務質量以及節(jié)約設備成本的目的。

實施例二

參照本發(fā)明實施例一和圖1中所描述的s11到s14步驟的具體過程，在本發(fā)明實施例二中，所述全雙工中繼系統(tǒng)的中繼選擇方法還包括：

在確定了所述實際的全雙工中繼系統(tǒng)的中繼選擇方案后，通過在所述實際的全雙工中繼系統(tǒng)中設置不同的中繼數(shù)目對所述實際的全雙工中繼系統(tǒng)的中斷概率進行分析，確定所述中斷概率最小所對應的中繼數(shù)目，并根據(jù)所述中繼數(shù)目對所述實際的全雙工中繼系統(tǒng)進行相應的中繼部署。

可以理解的是，通過在同一場景中設置不同的中繼數(shù)目來對中斷性能進行分析，尋找最優(yōu)的中繼選擇數(shù)目n，因為當中繼數(shù)目大于n時中斷性能不隨著中繼數(shù)目的進一步增長而增加，所以應避免中繼數(shù)目的過多，從而有效減小系統(tǒng)中所需設置的中繼數(shù)目，進而減小系統(tǒng)的成本。

參見圖3為本發(fā)明實施例二對應的圖1中所示s11步驟中的預設選擇方案的流程示意圖，所述基于df協(xié)議，根據(jù)所述全雙工中繼系統(tǒng)的中的信道鏈路的信道狀態(tài)信息，預設四種中繼選擇方案，包括：

s111、根據(jù)所述全雙工中繼系統(tǒng)中的全部信道鏈路的信道狀態(tài)信息，預設獲得所述最優(yōu)中繼選擇方案；

s112、根據(jù)所述全雙工中繼系統(tǒng)中的所述源節(jié)點到中繼節(jié)點的鏈路的信道狀態(tài)信息和所述中繼節(jié)點到目的節(jié)點的鏈路的信道狀態(tài)信息，預設獲得最大最小中繼選擇方案；

s113、根據(jù)所述全雙工中繼系統(tǒng)中的所述源節(jié)點到中繼節(jié)點的鏈路的信道狀態(tài)信息和中繼節(jié)點的自干擾鏈路，預設獲得部分中繼選擇方案；

s114、根據(jù)所述全雙工中繼系統(tǒng)中的中繼節(jié)點的自干擾鏈路，預設獲得自干擾中繼選擇方案；

其中，所述最大最小中繼選擇方案、部分中繼選擇方案和自干擾中繼選擇方案為次優(yōu)中繼選擇方案。

相應的，參見圖4為本發(fā)明實施例二對應的圖1中所示步驟s12步驟中的計算中斷概率的流程示意圖，所述根據(jù)獨立同分布的瑞利衰落信道的系統(tǒng)中斷性能理論，對所述四種中繼選擇方案進行分析計算，分別得到各個中繼選擇方案所對應的中斷概率，包括：

s121、對所述四種中繼選擇選擇方案進行計算，分別獲得各個中繼選擇方案的系統(tǒng)信道容量c，其中，式中，為源節(jié)點到中繼節(jié)點的鏈路的信噪比或信號干擾噪聲比，為源節(jié)點到目的節(jié)點的鏈路的信噪比或信號干擾噪聲比；

s122、基于所述各個中繼選擇方案的系統(tǒng)信道容量，計算獲得所述各個中繼選擇方案的中斷概率式中，*分別表示不同中繼選擇方案的概率，r0表示系統(tǒng)需要達到的最小容量門限。

在本發(fā)明實施例二中具體的分析過程如下：

在本發(fā)明實施例中的獨立同分布瑞利衰落信道下的全雙工中繼系統(tǒng)如圖2所示。

設{a,b}∈{s,r,d}表示s-rk信道鏈路，rk-d信道鏈路以及中繼自干擾信道鏈路的信道衰落系數(shù)，且其均值為0，方差為其中，k表示第k個中繼。因此，信道衰落系數(shù)的幅值服從參數(shù)為的指數(shù)分布。源節(jié)點和中繼節(jié)點的發(fā)射信號分別為xs和xr。則該系統(tǒng)模型下通信過程可以被看作是兩個階段。

階段1，源節(jié)點不斷將信號xs發(fā)射到n個df中繼節(jié)點，同時一個中繼節(jié)點將上一個時隙解碼信號轉發(fā)到目的節(jié)點。在此期間，產生的自干擾表示為因此，中繼節(jié)點的接收信號表示為：

其中ps和pr分別表示源節(jié)點和中繼節(jié)點的發(fā)射功率。表示在s-rk鏈路的加性高斯白噪聲。由(1)可得s-rk鏈路和中繼自干擾鏈路的信噪比分別為相應的，的信干噪比為

階段2，選擇出端到端信噪比最好的中繼將源節(jié)點的信號轉發(fā)到目的節(jié)點。與此同時，n個df中繼節(jié)點接收到下一個時隙的信號。因此，目的節(jié)點的接收信號表示為：

nd表示在s-r鏈路的加性高斯白噪聲，同時可以得到rk-d鏈路的信噪比因此，可以得到系統(tǒng)信道容量表達式：

本發(fā)明實施例中根據(jù)中斷概率來分析各個中繼選擇方案的系統(tǒng)性能。首先，根據(jù)中斷概率的定義，即中斷概率其實是鏈路容量的另一種表達方式，當鏈路容量不能滿足所要求的用戶速率時，就會產生中斷事件，這個事件呈概率分布的，取決于鏈路的平均信噪比及其信道衰落分布模型，可以得到中斷概率的不定式：

其中，*分別表示不同中繼選擇方案的概率。為了簡化分析和公式復雜度，我們定義是隨機變量的累積分布函數(shù)。

最優(yōu)中繼選擇方案(os)是根據(jù)全雙工中繼系統(tǒng)信號傳輸?shù)男诺廊萘勘磉_式得到的，它需要知道所有信道的信道狀態(tài)信息。因此，os方案可具體表達為：

公式(5)表明的是os中繼選擇方案的選擇原理，即按照公式(5)的選擇標準選擇出來的中繼k，其所在信道鏈路通過公式(3)所獲得的容量最大。

因為所有信道都是瑞利衰落，所以每條鏈路相對應的信噪比的概率密度函數(shù)服從指數(shù)分布，則：

γr的累積分布函數(shù)表示為：

又因為γsr和γrd相互獨立，所以γsr和γrd的聯(lián)合概率密度函數(shù)表示為：

再根據(jù)概率論基本定理，得到γr的累積分布函數(shù)為：

設z＝min{γr,γrd},則z的累積分布函數(shù)表示為：

由式(6)可以得知再將它和式(9)帶入式(10)，推導出：

最后，根據(jù)次序統(tǒng)計量定理，推導出：

即公式(12)為os中繼選擇方案的累積分布函數(shù)，即中斷概率的最終表達式。

在傳統(tǒng)的半雙工中繼系統(tǒng)中，中繼在單獨的時隙內只進行信號的接收或者發(fā)送，因此該系統(tǒng)下所得到的最大最小中繼選擇方案(mm)并沒有自干擾的影響，將此方案推廣到全雙工中繼系統(tǒng)中，中繼選擇不考慮自干擾的影響，mm方案可具體表達為：

公式(13)是mm中繼選擇方案的表達式，即此方案所選擇的中繼k，其s-rk與兩段鏈路的最小信噪比相比于其他可選擇中繼鏈路也是最大的。

根據(jù)概率論理論和對稱性得到的表達式：

在進行分析時要分兩種情況，γsr＞γrd和γsr＜γrd，根據(jù)現(xiàn)有的文獻資料中的計算過程，具體表示為：

因為帶入到式子(15)中，計算得到：

同理，將式(15)中的變量λsr和λrd互換，即可得到γrd的累積分布函數(shù)：

最后，將式(15)和(17)帶入(10)就可以得到mm中斷選擇方案下的系統(tǒng)的中斷概率。

相應的，假設中繼僅僅知道第一條鏈路的信道狀態(tài)信息，即已知，并且系統(tǒng)據(jù)此選擇出最優(yōu)中繼進行信號傳輸，這就是部分中繼選擇方案(ps)，可用如下表達式：

公式(18)為ps中繼選擇方案的公式表達形式，說明對所選的中繼k，其s-rk鏈路的信干噪比是最大的。

對于部分中繼選擇方案(ps)，結合式(9)和次序統(tǒng)計量定理，推導出：

上述推導過程應用了數(shù)學公式再與第二條鏈路相結合，得到系統(tǒng)總信噪比的累積分布函數(shù)為：

自干擾中繼選擇方案(si)僅僅知道中繼自干擾鏈路的信道狀態(tài)信息，可具體表達式為：

公式(21)為si中繼選擇方案的公式表達形式，說明基于si所選的中繼k其rrk信道鏈路的信噪比是最小的。

與式子(15)和(16)假設不同，經(jīng)過自干擾消除技術而剩下的殘留自干擾，服從瑞利塊衰落而不是恒衰落。

根據(jù)次序統(tǒng)計量定理，推導出第一條鏈路選擇中繼自干擾信噪比的累積分布函數(shù)為：

求導得到概率密度函數(shù)并結合可以得到：

最后，聯(lián)合第二條鏈路信噪比的累積分布函數(shù)，推導出系統(tǒng)總信噪比的累積分布函數(shù)為：

分別獲得了四種中繼選擇方案的累計分布函數(shù)，從而獲得了四種中繼選擇方案的中斷概率，再結合實際測量信道狀態(tài)，利用計算機對四種中繼選擇方案的中斷性能進行比較分析，選擇其中中斷性能最接近最優(yōu)選擇方案的次優(yōu)選擇方案作為最終中繼選擇方案來進行具體的中繼選擇，進而減少設備的復雜度?？梢岳斫獾氖牵^的最接近就是根據(jù)四種中繼選擇方案選擇出相應的中繼，并對所述中繼進行分析獲得其對應的信道容量和信噪比這些參數(shù)，從而獲得系統(tǒng)的中斷概率，中斷概率越小表明系統(tǒng)的性能越好，所以就是根據(jù)三種次優(yōu)中繼的選擇方案進行中繼選擇后分析其系統(tǒng)的信道容量、信噪比和中斷概率，并與最優(yōu)中繼選擇方案中的這些參數(shù)進行對比，選擇次優(yōu)中繼選擇方案中的參數(shù)與最優(yōu)中繼選擇方案中的參數(shù)相等或接近的次優(yōu)中繼選擇方案，作為系統(tǒng)最終的中繼選擇方案。由于選擇了次優(yōu)的中繼選擇方案，減少所需的信道狀態(tài)信息，進而降低了中繼選擇裝置的復雜度。

根據(jù)本發(fā)明實施例二公開的技術方案，預設了需要所有信道鏈路的信道狀態(tài)信息的最優(yōu)中繼選擇方案和僅需部分信道鏈路的信道狀態(tài)信息的次優(yōu)中繼選擇方案；源節(jié)點不斷項中繼廣播信號，根據(jù)具體的信道環(huán)境應用相應的中繼選擇方案選擇出最優(yōu)中繼，然后中繼節(jié)點接收信號解碼再重新調制轉發(fā)到目的節(jié)點。因為信道為獨立同分布的瑞利衰落，可以得到各個信道的概率密度分布函數(shù)，在運用概率論等數(shù)學手段和通信原理基本只是，可以推到出中斷概率的累積分布函數(shù)，然后得到中斷概率的表達式；再通過計算機仿真分析獲得所述四種中繼選擇方案在所述實際所測量的信道環(huán)境下的性能狀態(tài)；最終給出不同信道環(huán)境下相應的中繼選擇方法和中繼部署方案可以實現(xiàn)根據(jù)不同地域和不同客戶的要求，應用合理的中繼選擇方案，由于選擇了次優(yōu)中斷選擇方案代替最優(yōu)中斷選擇方案降低了中斷選擇的復雜度，既可以滿足不同用戶的服務質量的要求，還能夠節(jié)約成本。進而通過本發(fā)明實現(xiàn)了有效的提升系統(tǒng)性能和用戶服務質量以及節(jié)約設備成本的目的。

實施例三

與本發(fā)明實施例一和實施例二所公開的全雙工中繼系統(tǒng)的中繼選擇方法相對應，本發(fā)明的實施例三還提供了一種全雙工中繼系統(tǒng)的中繼選擇裝置，參見圖5為本發(fā)明實施例三提供的一種全雙工中繼系統(tǒng)的中繼選擇裝置的結構示意圖，該裝置包括：

預設模塊1，用于基于df協(xié)議，根據(jù)所述全雙工中繼系統(tǒng)中的信道鏈路的信道狀態(tài)信息，預設四種中繼選擇方案，其中，所述四種中繼選擇方案包含一種最優(yōu)中繼選擇方案和三種次優(yōu)中繼選擇方案；

計算模塊2，用于根據(jù)獨立同分布的瑞利衰落信道的系統(tǒng)中斷性能理論，對所述四種中繼選擇方案進行分析計算，分別得到各個中繼選擇方案所對應的中斷概率；

分析模塊3，用于將實際所測量的信道環(huán)境下的信道鏈路的信道狀態(tài)信息、實際的全雙工中繼系統(tǒng)的中繼數(shù)目和所述各個中繼選擇方案所對應的中斷概率作為仿真分析因素，采用計算機對所述仿真因素進行仿真分析，獲得所述四種中繼選擇方案在所述實際所測量的信道環(huán)境下的性能狀態(tài)；

比較模塊4，用于根據(jù)所述四種中繼選擇方案在所述實際所測量的信道環(huán)境下的性能狀態(tài)，將所述三種次優(yōu)中繼選擇方案的實際所測量的信道環(huán)境下的性能狀態(tài)與所述最優(yōu)中繼選擇方案的性能狀態(tài)進行對比，選擇所述三種次優(yōu)中繼選擇方案中的性能狀態(tài)最接近所述最優(yōu)中繼選擇方案的性能狀態(tài)的一種次優(yōu)中繼選擇方案，作為所述實際的全雙工中繼系統(tǒng)的中繼選擇方案。

優(yōu)選的，該裝置還包括：

部署模塊5，用于在確定了所述實際的全雙工中繼系統(tǒng)的中繼選擇方案后，通過在所述實際的全雙工中繼系統(tǒng)中設置不同的中繼數(shù)目對所述實際的全雙工中繼系統(tǒng)的中斷概率進行分析，確定所述中斷概率最小所對應的中繼數(shù)目，并根據(jù)所述中繼數(shù)目對所述實際的全雙工中繼系統(tǒng)進行相應的中繼部署。

相應的，所述預設模塊1包括：

第一預設單元11，用于根據(jù)所述全雙工中繼系統(tǒng)中的全部信道鏈路的信道狀態(tài)信息，預設獲得所述最優(yōu)中繼選擇方案；

第二預設單元12，用于根據(jù)所述全雙工中繼系統(tǒng)中的所述源節(jié)點到中繼節(jié)點的信道鏈路的信道狀態(tài)信息和所述中繼節(jié)點到目的節(jié)點的信道鏈路的信道狀態(tài)信息，預設獲得最大最小中繼選擇方案；

第三預設單元13，用于根據(jù)所述全雙工中繼系統(tǒng)中的所述源節(jié)點到中繼節(jié)點的信道鏈路的信道狀態(tài)信息和中繼節(jié)點的自干擾信道鏈路的信道狀態(tài)信息，預設獲得部分中繼選擇方案；

第四預設單元14，用于根據(jù)所述全雙工中繼系統(tǒng)中的中繼節(jié)點的自干擾鏈路，預設獲得自干擾中繼選擇方案；

其中，所述最大最小中繼選擇方案、部分中繼選擇方案和自干擾中繼選擇方案為次優(yōu)中繼選擇方案。

對應的，所述計算模塊2包括：

第一計算單元21，用于對所述四種中繼選擇選擇方案進行計算，分別獲得各個中繼選擇方案的系統(tǒng)信道容量c，其中，式中，為源節(jié)點到中繼節(jié)點的鏈路的信噪比或信號干擾噪聲比，為源節(jié)點到目的節(jié)點的鏈路的信噪比或信號干擾噪聲比；

第二計算單元22，用于基于所述各個中繼選擇方案的系統(tǒng)信道容量，計算獲得所述各個中繼選擇方案的中斷概率式中，*分別表示不同中繼選擇方案的概率，r0表示系統(tǒng)需要達到的最小容量門限。

在本發(fā)明的實施例三中，在預設模塊中基于解碼轉發(fā)協(xié)議預設了一種最優(yōu)和三種次優(yōu)的中繼選擇方案，并且在計算模塊中根據(jù)獨立同分布瑞利衰落信道獲得了四種中繼選擇方案的中斷概率，然后通過分析模塊結合實際測量的信道狀態(tài)，最后在比較模塊中對所述四種中繼選擇方案的中斷性能進行分析比較，選擇最接近最優(yōu)中繼選擇方案的一種次優(yōu)中繼選擇方案來作為最終的中繼選擇方案，這樣減少了所需的信道狀態(tài)信息，進而降低了中繼選擇方法的復雜度，相較于放大轉發(fā)的中繼選擇方案的系統(tǒng)性能得到提升；并且在本發(fā)明中通過計算機對實際情況下的中繼選擇方案進行了仿真分析，可以實現(xiàn)根據(jù)不同地域和不同客戶的要求，應用合理的中繼選擇方案，既可以滿足不同用戶的服務質量的要求，還能夠節(jié)約成本。進而通過本發(fā)明實現(xiàn)了有效的提升系統(tǒng)性能和用戶服務質量以及節(jié)約設備成本的目的。

本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對于實施例公開的裝置而言，由于其與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。

對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業(yè)技術人員能夠實現(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。