張玉，丁玲

(1.中國(guó)科學(xué)院 信息工程研究所，北京 100093;2.滄州醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校 人文與社科部，河北 滄州 061001)

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基于干擾感知的雙路徑譯碼轉(zhuǎn)發(fā)中繼選擇算法

張玉1，丁玲2

(1.中國(guó)科學(xué)院 信息工程研究所，北京 100093;2.滄州醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校 人文與社科部，河北 滄州 061001)

雙路徑中繼協(xié)議(two-path relaying，TPR)可以很大程度改善由于中繼半雙工產(chǎn)生的頻譜效率損失,然而雙路徑中繼協(xié)議的中繼節(jié)點(diǎn)間干擾會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)傳輸速率,為此本文針對(duì)譯碼轉(zhuǎn)發(fā)雙路徑中繼協(xié)議，提出了一種啟發(fā)性中繼選擇算法以最大化系統(tǒng)的傳輸速率性能.不同于現(xiàn)有的中繼選擇算法，該算法考慮了中繼間干擾，其設(shè)計(jì)原則不僅基于當(dāng)前時(shí)隙信道狀態(tài)，還取決于被選中中繼節(jié)點(diǎn)的上一時(shí)隙的信道狀態(tài).仿真結(jié)果證明啟發(fā)式中繼選擇(heuristil relay selection,HRS)算法能夠克服中繼間干擾問題，以較低復(fù)雜度改善系統(tǒng)平均傳輸速率.

中繼間干擾；最優(yōu)化；中繼選擇；頻譜效率；雙路徑中繼

[6-7]中，研究者分析了使用中繼協(xié)作通信可得速率性能的理論，并為中繼通信技術(shù)實(shí)施提供了有價(jià)值的指導(dǎo).然而，大量相關(guān)文獻(xiàn)也表明由于中繼工作在半雙工狀態(tài)產(chǎn)生log函數(shù)前的因子將導(dǎo)致頻譜效率巨大損失.一種直接解決的辦法就是使用全雙工中繼，它可以同時(shí)間同頻率發(fā)射并接收信號(hào)[8].但現(xiàn)階段該技術(shù)很難實(shí)施，且存在較大的復(fù)雜度.發(fā)射和接收功率之間很大的功率差異使得中繼的模擬放大器進(jìn)入飽和區(qū)，因此無法處理發(fā)射和接收信號(hào)的自干擾.

針對(duì)全雙工中繼的實(shí)施困難問題，Rankov[9]提出雙路徑中繼協(xié)議以及雙向中繼協(xié)議2種有效的方案用于減緩由于中繼節(jié)點(diǎn)工作在半雙工造成的頻譜效率損失，其中雙向中繼涉及大量信號(hào)處理問題，需要節(jié)點(diǎn)具備較大的計(jì)算功能，因此本文研究雙路徑中繼協(xié)議.近年來已有學(xué)者開始致力雙路徑中繼協(xié)議的研究.Choi等學(xué)者研究了雙路徑中繼網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練序列和信道估計(jì)問題[10]，文獻(xiàn)[11]提出放大轉(zhuǎn)發(fā)雙路徑中繼的資源分配算法，文獻(xiàn)[12]考慮多天線雙路徑中繼在Nakagami-m信道中的問題.

文獻(xiàn)[6]研究表明，選擇合適的中繼傳輸路徑可以有效改善傳輸性能.選擇錯(cuò)誤的中繼反而適得其反，導(dǎo)致系統(tǒng)傳輸速率性能降低，有可能還不如直接傳輸?shù)男Ч?文獻(xiàn)[13]提出了3種基于信噪比的中繼選擇算法以改善放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼系統(tǒng)，文獻(xiàn)[14]研究干擾如何影響中繼選擇問題，并給出了具備減輕干擾效果的中繼選擇算法.雙路徑中繼協(xié)議的中繼選擇問題尤為突出，直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能.然而，如何在雙路徑中繼協(xié)議中進(jìn)行中繼選擇不僅與當(dāng)前時(shí)刻中繼的信道狀態(tài)相關(guān)，還與上一時(shí)刻中繼的信道狀態(tài)也有密切聯(lián)系.同時(shí)，中繼間的干擾問題也值得考慮，當(dāng)某一被選中的中繼節(jié)點(diǎn)的信道狀態(tài)很好，因此該鏈路上會(huì)獲得較好的傳輸速率，但是與之靠近的其余中繼鏈路將會(huì)受到該鏈路嚴(yán)重的干擾而只能維持較低的通信速率，因此系統(tǒng)整體的傳輸速率會(huì)受到限制.

本文將雙路徑中繼協(xié)議中的中繼選擇問題建模為一個(gè)以最大化平均系統(tǒng)傳輸速率為目標(biāo)的優(yōu)化問題.由于該優(yōu)化問題的復(fù)雜度，直接求解該問題存在較大的難度，并且復(fù)雜的計(jì)算也將導(dǎo)致選擇過程產(chǎn)生較大的時(shí)延，從而失去中繼鏈路當(dāng)前最佳信道狀態(tài)的優(yōu)勢(shì).因此本文提出一種低復(fù)雜度的中繼選擇算法，它在考慮中繼間干擾的同時(shí)，還結(jié)合當(dāng)前時(shí)刻與上一時(shí)刻中繼鏈路的信道狀態(tài)信息，有效改善系統(tǒng)傳輸速率性能.

1 系統(tǒng)模型與問題建模

為方便研究，本文僅考慮網(wǎng)絡(luò)中存在1個(gè)信源節(jié)點(diǎn)和1個(gè)信宿節(jié)點(diǎn)，以及多個(gè)可供選擇的中繼節(jié)點(diǎn).其余信源與信宿之間通信可使用不同的頻率或者不同的時(shí)隙傳輸，相互不影響，因此本文研究的系統(tǒng)模型可直接擴(kuò)展到多信源信宿對(duì)的場(chǎng)景.系統(tǒng)示意如圖1所示，信源節(jié)點(diǎn)使用符號(hào)S表示，信宿節(jié)點(diǎn)使用符號(hào)D表示，多個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)使用符號(hào)R表示.中繼節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中均勻隨機(jī)分布.本文假設(shè)信源和信宿之間由于存在較大障礙物或者距離較遠(yuǎn)而無法直接傳輸信號(hào)的情況，因此需要中繼輔助傳輸.此外，本文還假設(shè)鏈路信道狀態(tài)在一個(gè)時(shí)隙內(nèi)是保持恒定的.

不失一般性，本文假設(shè)所有的節(jié)點(diǎn)僅配備一根天線，且均工作在半雙工狀態(tài)，即它們不能在同一時(shí)刻發(fā)射并接收信號(hào).為節(jié)省能耗和成本，每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)不具備復(fù)雜的功能，中繼間無用信號(hào)將視為干擾.因?yàn)樽g碼轉(zhuǎn)發(fā)型中繼僅發(fā)送有用數(shù)據(jù)，而不轉(zhuǎn)發(fā)干擾以及噪聲，因此本文使用譯碼轉(zhuǎn)發(fā)型中繼.為了防止信源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)之間的相互干擾，信道占用時(shí)隙被劃分為2個(gè)相等的時(shí)隙，分別用于不同節(jié)點(diǎn)的發(fā)送.對(duì)于譯碼轉(zhuǎn)發(fā)型中繼，信源節(jié)點(diǎn)使用第1時(shí)隙發(fā)送信號(hào)給中繼節(jié)點(diǎn)；中繼節(jié)點(diǎn)使用第2時(shí)隙將從信源節(jié)點(diǎn)收到的信號(hào)處理后轉(zhuǎn)發(fā)給信宿節(jié)點(diǎn).

圖1 系統(tǒng)框架Fig.1 System framework

與傳統(tǒng)的譯碼轉(zhuǎn)發(fā)型中繼傳輸模式不同，雙路徑中繼(TPR)協(xié)議中的信源節(jié)點(diǎn)使用2個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)輪流轉(zhuǎn)發(fā)信息.如圖1所示，信源節(jié)點(diǎn)在中繼節(jié)點(diǎn)R1和R4的幫助下，不停地發(fā)送信息給信宿節(jié)點(diǎn).其工作流程如下：中繼節(jié)點(diǎn)R1和R4在第1時(shí)隙同時(shí)監(jiān)聽信源節(jié)點(diǎn)發(fā)來的信息.然后中繼節(jié)點(diǎn)R1(或R4)在第2時(shí)隙轉(zhuǎn)發(fā)信息給信宿節(jié)點(diǎn)，而中繼節(jié)點(diǎn)R4(或R1)繼續(xù)監(jiān)聽信源節(jié)點(diǎn)傳來的信息.上述過程一直循環(huán)執(zhí)行直至信源節(jié)點(diǎn)停止給信宿節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息.雙路徑中繼協(xié)議的流程示意為圖2所示，其中Tx表示節(jié)點(diǎn)在該時(shí)隙發(fā)送信息，Rx表示節(jié)點(diǎn)在該時(shí)隙接收信息.很明顯，該協(xié)議可以防止中繼節(jié)點(diǎn)半雙工導(dǎo)致的頻譜效率損失，因?yàn)樾旁垂?jié)點(diǎn)在中繼節(jié)點(diǎn)參與的2個(gè)時(shí)隙均傳輸不重復(fù)的有用信息.此外，因?yàn)檫x擇多個(gè)中繼對(duì)于傳輸速率的改善較單中繼選擇差別不明顯，因此本文僅考慮選擇1個(gè)中繼輔助傳輸而不是多個(gè)中繼.圖2僅是一個(gè)示意圖，每個(gè)時(shí)隙選擇的中繼節(jié)點(diǎn)可能不一樣，取決于雙路徑中繼協(xié)議中繼選擇算法.

信源TxTxTxTx…中繼1TxRxTx…中繼4RxTxRx…

圖2 雙路徑中繼協(xié)議傳輸示意

Fig.2 Transmission sketch for TPR protocol

因?yàn)樵跓o線網(wǎng)絡(luò)中研究信道效率無需考慮復(fù)雜的編碼、檢測(cè)以及解碼過程，是一個(gè)很好的評(píng)價(jià)指標(biāo)，本文的目標(biāo)是最大化系統(tǒng)傳輸速率.雙路徑中繼協(xié)議[9]的傳輸速率可以表示為

CTPR=E{min[Csr,Crd]},

(1)

maxr∈∏CTRR=maxr∈∏(E{min[Csr,Crd]}),

(2)

其中,∏為網(wǎng)絡(luò)中所有可用中繼的集合.該優(yōu)化問題以最大化系統(tǒng)平均傳輸速率為目標(biāo)，由于本文主要研究雙路徑中繼協(xié)議的中繼選擇問題，因此不考慮功率分配問題，即令信源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率固定.

2 啟發(fā)式中繼選擇算法

傳統(tǒng)的中繼選擇算法大多基于信噪比，在每個(gè)時(shí)隙選擇1個(gè)具有最優(yōu)信道狀態(tài)的中繼節(jié)點(diǎn)可以得到最優(yōu)的傳輸速率.然而這類算法不適用于雙路徑中繼協(xié)議的中繼選擇，首先因?yàn)榇嬖谥欣^間干擾.基于公式(1)，除了中繼選擇算法執(zhí)行的第1時(shí)隙以外，系統(tǒng)傳輸速率性均都受上一時(shí)隙所選中繼影響.上一時(shí)隙所選的中繼節(jié)點(diǎn)位置也影響到當(dāng)前時(shí)隙的中繼選擇策略.此外，信道狀態(tài)的時(shí)變特性以及用戶終端(信宿節(jié)點(diǎn))的移動(dòng)性均對(duì)系統(tǒng)傳輸速率性能有較大的影響.從優(yōu)化問題(2)可以看出，當(dāng)前中繼節(jié)點(diǎn)的選擇取決于當(dāng)前2跳的中繼鏈路信道狀態(tài)以及上一時(shí)隙備選中繼節(jié)點(diǎn)的信道狀態(tài).因此雙路徑中繼協(xié)議的中繼選擇問題尤為困難.求解該優(yōu)化問題的最優(yōu)解需要搜索所有可能的中繼節(jié)點(diǎn)，并找到一系列的中繼節(jié)點(diǎn)以保障系統(tǒng)的傳輸速率最大化，這就是窮舉法.但是該方法在實(shí)際中并不可行，因?yàn)閲L試所有可能的中繼節(jié)點(diǎn)的計(jì)算復(fù)雜度為O(|∏|(|∏|)-1)T-1，其中T為考慮時(shí)間范圍內(nèi)的時(shí)隙數(shù).即使計(jì)算復(fù)雜度是可接受的，執(zhí)行該算法還需要得到T時(shí)間范圍內(nèi)所有中繼鏈路的信道狀態(tài).研究表明，信道相關(guān)性隨時(shí)間消耗相關(guān)性越來越小[15].換句

話說，即使執(zhí)行窮舉算法收集到T時(shí)間內(nèi)所有中繼鏈路的信道狀態(tài)找到最優(yōu)中繼系列后，按照中繼信道狀態(tài)得到的一系列中繼節(jié)點(diǎn)早已失效.因此，在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中不可能采用耗時(shí)復(fù)雜的窮舉算法.

本文針對(duì)雙路徑中繼協(xié)議，提出一種便于實(shí)際執(zhí)行的啟發(fā)式中繼選擇(heuristic relay selection，HRS)算法.其主要思想是設(shè)計(jì)一種可以在每個(gè)時(shí)隙實(shí)時(shí)執(zhí)行的低復(fù)雜度的算法來改善系統(tǒng)傳輸速率性能.在第1時(shí)隙，首先選擇出1個(gè)具有最好信道狀態(tài)的中繼節(jié)點(diǎn)，因?yàn)榈?時(shí)隙不存在中繼間干擾.其次，除了第1時(shí)隙選擇出的中繼節(jié)點(diǎn)，其余節(jié)點(diǎn)均計(jì)算各自存在中繼間干擾的第1跳和第2跳傳輸速率.再次，該算法依據(jù)計(jì)算結(jié)果選擇出具有最好傳輸速率的中繼節(jié)點(diǎn)作為當(dāng)前時(shí)隙的中繼輔助節(jié)點(diǎn).接下來就一直重復(fù)上述過程直到信源節(jié)點(diǎn)停止發(fā)送信息給信宿節(jié)點(diǎn).該算法具體流程如圖3所示.

Algorithm1雙路徑中繼協(xié)議HRS算法1:forr=1to|∏|do2: C18r←log(1+Psgsrσ2)3: C1rd←log(1+Prgrdσ2)4:endfor5:r*←argmaxr∈Rmin(C1sr,C1rd)6:C1←min(C1sr*,C1r*d)7:fort=2toTdo8: forr=1to|∏|do9: Ctsr←log(1+Psgsrσ2+Pr*grr*)10: Ctrd←log(1+Prgrdσ2)11: endfor12: r*←argmaxr∈∏min(Ctsr,Ctrd)13: Ct←min(Ctsr*,Ctr*d)14:endfor

圖3 HRS算法流程

Fig.3 Flow chart for HRS algorithm

(3)

但這里要注意，在執(zhí)行該算法的第1時(shí)隙是不存在公式(3)中的Pr′grr′中繼間干擾項(xiàng).為了最大化優(yōu)化問題的目標(biāo)函數(shù)，信源節(jié)點(diǎn)到信宿節(jié)點(diǎn)之間最佳中繼節(jié)點(diǎn)則是具備最好中繼鏈路指標(biāo)hr的中繼節(jié)點(diǎn).每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)當(dāng)接收到中繼鏈路指標(biāo)hr后，開始各自初始值為Tr的計(jì)時(shí)器.Tr與中繼鏈路指標(biāo)hr成反比，可以表示為

(4)

其中λ為一個(gè)常數(shù)，單位取決于hr的單位.因此，帶有最佳中繼鏈路指標(biāo)的中繼節(jié)點(diǎn)的計(jì)時(shí)器因?yàn)樗闹底钚⒆钕葴p小到零.然后該中繼節(jié)點(diǎn)就發(fā)送消息給信源節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求參與當(dāng)前時(shí)隙的傳輸，其余中繼節(jié)點(diǎn)在監(jiān)聽到該中繼節(jié)點(diǎn)的請(qǐng)求信息后均保持監(jiān)聽狀態(tài).每個(gè)時(shí)隙均采用上述過程即可完成中繼選擇算法.從上述對(duì)比可以看出，集中式方法容易執(zhí)行調(diào)度，但是需要大量信令開銷維持，而使用分布式方法雖然不需要太多信令開銷，但存在隱藏終端等問題.因此使用集中式或分布式方法可根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)需求而定.

綜上所述，HRS算法考慮了2跳傳輸信道狀態(tài)和中繼間干擾，具有較低的復(fù)雜度，能夠很大程度上改善系統(tǒng)傳輸速率.此外，該算法可以實(shí)時(shí)執(zhí)行，而不需要收集給定時(shí)間段內(nèi)所有中繼鏈路的信道狀態(tài)信息，因此可以在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中實(shí)時(shí)執(zhí)行.

3 仿真實(shí)驗(yàn)

本文通過仿真來證明提出的HRS算法的性能.為了保證信源節(jié)點(diǎn)和信宿節(jié)點(diǎn)之間無法直接傳輸信息，信源節(jié)點(diǎn)通常在網(wǎng)絡(luò)的正中，部署信宿節(jié)點(diǎn)在距離信源節(jié)點(diǎn)0.9*R左右的位置，其中R為信源節(jié)點(diǎn)的傳輸范圍.信源節(jié)點(diǎn)和信宿節(jié)點(diǎn)之間將隨機(jī)均勻分布一定數(shù)量的中繼節(jié)點(diǎn).主要仿真參數(shù)在表1中描述.整個(gè)仿真過程使用蒙特卡洛方法，執(zhí)行足夠多次數(shù)可以得到系統(tǒng)的平均性能.

為了驗(yàn)證提出HRS算法的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)比較3種中繼選擇算法.第1種是本文提出的HRS算法.第2種算法為隨機(jī)中繼選擇算法，該算法在每個(gè)時(shí)隙隨機(jī)地從可選中繼節(jié)點(diǎn)中以1/|∏|的概率選擇中繼節(jié)點(diǎn)，該算法記為“Random RS”算法.最后1種對(duì)比的算法是依賴于信噪比的中繼選擇，記為“SNR-based RS”算法，該算法不考慮干擾的影響.

圖4顯示了不同時(shí)隙數(shù)對(duì)應(yīng)的平均傳輸速率性能.不論考慮的時(shí)隙數(shù)為多少，提出的HRS算法優(yōu)于其他2種中繼選擇算法.從圖中可以發(fā)現(xiàn)，在少量的時(shí)隙數(shù)時(shí)，各種中繼選擇算法得到的平均傳輸速率相對(duì)較大，這是因?yàn)樵诔跏嫉?時(shí)隙時(shí)，不存在中繼間干擾，因此可以得到較大的傳輸速率.然而隨著時(shí)隙數(shù)越來越多，第1時(shí)隙的傳輸速率增益逐漸被平均化.此外，從圖4還可以發(fā)現(xiàn)平均傳輸速率越來越趨于穩(wěn)定，這意味著只要考慮一定數(shù)目的時(shí)隙數(shù)就可以得到較大的平均傳輸速率性能.鑒于考慮多時(shí)隙的計(jì)算復(fù)雜度，考慮100個(gè)時(shí)隙作為后續(xù)的仿真參數(shù).

表1 仿真主要參數(shù)

圖4 不同時(shí)隙數(shù)時(shí)平均傳輸速率Fig.4 Average transmission rate versus slots

圖5顯示了不同中繼節(jié)點(diǎn)數(shù)目對(duì)平均傳輸速率的影響.如圖5所示，當(dāng)大量中繼節(jié)點(diǎn)存在于網(wǎng)絡(luò)中，HRS算法能獲得更好的平均傳輸速率性能.這是由于更多的中繼節(jié)點(diǎn)將提供更多選擇的機(jī)會(huì).提出的HRS算法比“SNR-based RS”算法的傳輸速率更高，這是因?yàn)椤癝NR-based RS”算法忽略了中繼間干擾，有可能選擇到信噪比高但是信干燥比低的中繼鏈路，這樣受到干擾的影響所得到的傳輸速率反而更低.因此，隨著中繼節(jié)點(diǎn)數(shù)目的增加，“SNR-based RS”算法將更加惡化傳輸速率性能.從圖中也能看出，更多的中繼節(jié)點(diǎn)并未給“Random RS”算法帶來太多增益.

接下來評(píng)估不同信源節(jié)點(diǎn)和信宿節(jié)點(diǎn)間距離對(duì)平均傳輸速率的影響.部署50個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)均勻地分布在信源節(jié)點(diǎn)和信宿節(jié)點(diǎn)之間.圖6顯示提出的HRS算法在平均傳輸速率性能上遠(yuǎn)勝于其他2種中繼選擇算法.隨著中繼節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍的增加，系統(tǒng)平均傳輸速率性能逐漸變小.這是因?yàn)樵谕瑯訑?shù)目的中繼數(shù)目前提下，增加中繼節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍其密度將相應(yīng)變小，導(dǎo)致單位面積內(nèi)的可選中繼數(shù)目變少，對(duì)于信源節(jié)點(diǎn)和信宿節(jié)點(diǎn)的通信輔助選擇機(jī)會(huì)也就越小.此外，平均傳輸速率性能并沒有隨著信源節(jié)點(diǎn)和信宿節(jié)點(diǎn)間距離而發(fā)生巨大改變.這主要是由于雖然信源節(jié)點(diǎn)和信宿節(jié)點(diǎn)間距離變小單位面積內(nèi)中繼數(shù)目增多，但是也帶來了更多的干擾，因此并未帶來太大增益.

圖5 不同中繼數(shù)時(shí)平均傳輸速率Fig.5 Average transmission rate versus number of relay nodes

圖6 不同信源信宿距離時(shí)平均傳輸速率Fig.6 Average transmission rate versus distance between source and sink nodes

最后，考察不同的發(fā)射功率對(duì)系統(tǒng)性能的影響.同樣有50個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)均勻地分布在信源節(jié)點(diǎn)和信宿節(jié)點(diǎn)之間，發(fā)射功率為5～15 W.如圖7所示，提出的HRS算法在不同的發(fā)射功率下也能得到最好的傳輸速率性能.當(dāng)然，各種中繼選擇的算法在傳輸速率性能上并沒有太大變化，這是由于更低的發(fā)射功率雖然會(huì)導(dǎo)致傳輸速率的降低，但是也減緩了干擾，對(duì)傳輸速率有促進(jìn)作用.

圖7 不同發(fā)射功率時(shí)平均傳輸速率Fig.7 Average transmission rate versus transmit power

4 總結(jié)

本文針對(duì)雙路徑中繼協(xié)議研究了中繼輔助網(wǎng)絡(luò)的中繼選擇算法.該HRS算法兼顧信道狀態(tài)和中繼間干擾，為雙路徑中繼協(xié)議提高平均傳輸速率性能提供了正確指導(dǎo).同時(shí)，該HRS算法易于實(shí)施，可以在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中以集中式或分布式運(yùn)行.大量的仿真也驗(yàn)證了HRS算法可以以較低復(fù)雜度改善系統(tǒng)平均傳輸速率.本文僅考慮了雙路徑中繼協(xié)議的中繼選擇問題,為了更深層次了解雙路徑中繼協(xié)議的傳輸速率性能理論極限，應(yīng)研究更多無線資源分配算法，例如聯(lián)合功率分配和中繼選擇算法等.

參 考 文 獻(xiàn)：

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(責(zé)任編輯：王蘭英)

Interference-aware-based decode-and-forward relay selection algorithm for two-path relaying protocol

ZHANG Yu1，DING Ling2

(1.Institute of Information Engineering,CAS，Beijing 100093，China;2.Humanity and Social Science Department,Cangzhou Medical College,Cangzhou 061001,China)

Spectral efficiency loss due to the half-duplex operated in relay nodes can be potentially improved by the two-path relaying (TPR) protocol.However，the mutual interference between the relay nodes can negatively affect the performance.Therefore，relay selection can be crucial to the system performance.In this paper，we propose a heuristic relay selection method for the decode-and-forward TPR strategy in order to maximize the transmission rate.Different from the existing relay selection methods，the inter-relay interference is considered.Meanwhile，the design principle of this method is based on not only the link conditions in current time slot，but also those of the relay node selected in previous time slot.Simulation results are conducted to verify the effectiveness of the proposed heuristic relay selection scheme.

inter-relay interference；optimization；relay selection；spectral efficiency；two-path relaying.

10.3969/j.issn.1000-1565.2016.05.017

2016-05-26

北京市自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(4154072);國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(61303251)

張玉(1984—)，女，河北滄州人，中國(guó)科學(xué)院博士后，主要從事無線通信、移動(dòng)安全研究. E-mail:yuzhang1984@iie.ac.cn

丁玲(1968—)，女，河北滄州人，滄州醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校副教授，主要從事計(jì)算機(jī)應(yīng)用、通信研究. E-mail:DL6805@sina.com

TN912

A

1000-1565(2016)05-0554-07

近幾年，中繼技術(shù)得到了工業(yè)界以及學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注[1-3].使用中繼技術(shù)能有效利用無線網(wǎng)絡(luò)的廣播特性，并能很好地開發(fā)潛在的空間分集及多用戶分集能力.在中繼節(jié)點(diǎn)的幫助下，可以在通信系統(tǒng)中改善傳輸速率、增加系統(tǒng)覆蓋以及增強(qiáng)服務(wù)質(zhì)量等優(yōu)勢(shì)[4-5].