基于csi预测的多用户中继选择方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线协作通信领域，具体涉及一种基于CSI预测的多用户中继选择方 法。
【背景技术】
[0002] 已有的多用户中继选择和功率分配方法一般都建立在过时的信道状态信息（CSI， ChannelStatusInformation)基础上，与中继转发时的CSI可能存在显著的差异。现有的 多用户中继选择方法比如最大化网络的最小速率之和、用户的可达率之和、用户的接收信 噪比之和等大都是基于信噪比研究，而忽略了多用户间的信道干扰，干扰的存在是多用户 网络中一个不可小觑的问题。此外，对信噪比或信干噪比的预测有助于系统克服过时CSI 的影响，但是现有中继选择方法中只有基于预测信噪比的中继选择方法，基于预测信干噪 比的中继选择方法未见报道。
【发明内容】
[0003] 本发明提供一种基于CSI预测的多用户中继选择方法，与已有的CSI预测方法比 较，本发明具有以下特点：（1)区别于一般中继选择方法，本发明方法采用预测CSI进行中 继选择，有效克服了过时CSI对系统性能的影响。（2)本发明考虑了多用户之间的干扰因 素，将信干噪比引入多用户中继选择和功率分配，更贴近实际，更能保障系统性能。（3)本发 明通过在测量信干噪比基础上添加特定分布的随机数获得预测信干噪比，预测精度比直接 预测信干噪比高、性能好且实现简单。（4)本发明提供了一种考虑多用户功率资源公平分配 的功率分配方法，并用于多用户中继选择方法中，为解决协作通信中多用户的公平问题提 供了有益的帮助。
[0004] 下面阐述本发明的技术方案。
[0005]方案一：
[0006] 一种基于CSI预测的多用户中继选择方法，所述方法包括：
[0007] (1)计算用户U到中继节点i之间链路的预测信干噪比？二犬：+Au%
[0008] ⑵按照用户业务对QoS(服务质量，Quality of Service)要求的高低次序分别 为用户u选择中继节点，比较用户u到各中继节点之间链路的预测信干噪比大小，选取具有 最大预测信干噪比的中继节点为用户u进行转发信息；
[0009] 其中：u是用户序号，uGSUSCT;i是中继节点序号，iGSralay;A，是用户u到中继 节点i之间链路的测量信干噪比，A为服从概率密度函数为/、", 的分布的随机数；
[0015] 上述式中：
[0016]exp( ?)表示指数函数，max{ ? }表示取最大值；
[0017] hul为用户u到第i个中继节点之间链路的预测信道系数；
[0018] &为用户u到第i个中继节点之间链路的测量信道系数；
[0019]PU1为hU1和（的相关系数；
[0020] Pu为用户u的发射功率；
[0021] 4为I-毛的方差；
[0022] 为第i个中继节点处用户U的噪声的方差；
[0023] NU1为第i个中继节点处用户u的干扰信号个数；n=1，2, . . .，NU1，表示第n个干 扰信号；
[0024]K为第i个中继节点处用户u的第n个干扰信号的预测信道系数；
[0025] 纪为第i个中继节点处用户u的第n个干扰信号的测量信道系数；
[0026] 彳为f和?的相关系数；
[0027] 为第i个中继节点处用户u的第n个干扰信号的发射功率；
[0028] 为Af-C的方差；
[0029] m(m=1，2, ? ? ?，Nui)是下标。
[0030]方案二：
[0031] 一种基于CSI预测的多用户中继选择方法，所述方法包括：
[0032](1)在特定的能量限制下最小化所有用户的通信中断概率均值之和以分配各用户 的发射功率，即
得出用户的发射功率集合f
i述特 定的能量限制为：
[0033]其中：
[0043] 上述式中：
[0044]u是用户序号，uGSuser;i是中继节点序号，iGSrelay;
[0045]Pu表示用户u的发射功率，C分别为u= 1，2, ? ? ?，NUSCT时的Pu;
[0046]JU(PU)是用户u的通信中断概率均值；
[0047] 为中继节点i被用户U选择的概率；
[0048] %(心）为用户u到第i个中继节点之间的链路发生中断的概率，yT为链路发生 中断的信干噪比阈值，当信干噪比低于该阈值时，通信链路发生中断；
[0049] ET为归一化的可用的总能量，Sin为归一化的可分配给用户u的最小能量，为 归一化的可分配给用户U的最大能量；
[0050] exp( ?)表示指数函数，max{ ? }表示取最大值；
[0051] hul为用户u到第i个中继节点之间链路的预测信道系数；
[0052] 4为用户u到第i个中继节点之间链路的测量信道系数；
[0053] PU1为hU1和&的相关系数；
[0054] 为的方差；
[0055] #为第i个中继节点处用户u的噪声的方差；
[0056] NU1为第i个中继节点处用户u的干扰信号个数；n= 1，2, . . .，NU1，表示第n个干 扰信号；
[0057] 崚为第i个中继节点处用户u的第n个干扰信号的预测信道系数；
[0058] 母为第i个中继节点处用户u的第n个干扰信号的测量信道系数；
[0059] 为智和t啲相关系数；
[0060] f为第i个中继节点处用户u的第n个干扰信号的发射功率；
[0061] $为謦-处的方差；
[0062] j(j= 1，2, ? ? ?，Nrelay)、m(m= 1，2, ? ? ?，Nui)都是下标。
[0063] (2)测量分配功率P下用户u到第i个中继节点之间链路的信干噪比犬：；
[0064] (3)计算用户u到中继节点i之间链路的预测信干噪比；
[0065] (4)按照用户业务对QoS(服务质量，QualityofService)要求的高低次序分别 为用户u选取中继节点，比较用户u到各中继节点之间链路的预测信干噪比大小，选取具有 最大预测信干噪比的中继节点为用户u进行转发信息；
[0066] 其中：
[0067] A为服从概率密度函数为(A'；)的分布的随机数；
[0072]
【具体实施方式】
[0073] 本发明所述基于CSI预测的多用户中继选择方法的系统模型由一个含NUSCT个用户 的用户集Suser= {1，2, ? ? ?，Nuser}、一个目的节点D和含Nrelay个DF(Decode-and-Forward， 译码转发）类型的中继节点集Sralay= {l，2，...，Nralay}组成，不失一般性，由于相距很远或 被阻挡，目的节点接收不到来自用户的信号，信道为瑞利信道。
[0074] [中继选择方案一]:
[0075] (1)计算用户u到中继节点i之间链路的预测信干噪比4，
通过如下预测算法算出：^，其中为 用户U(UGSUSCT)到第i(iGS"lay)个中继节点之间链路的测量信干噪比；A为服从概率 密度函数（pdf)为(?e5_，/eU的分布的随机数，
[0081]exp( ?)表示指数函数，max{ ? }表示取最大值；记用户u到第i个中继节点之间 链路的预测信道系数为hul，用户u到第i个中继节点之间链路的测量信道系数为t;PU1为 hul和的相关系数；Pu为用户u的发射功率； <为的方差；4为第i个中继节点处 用户u的噪声的方差；NU1为第i个中继节点处用户u的干扰信号个数；n= 1，2,. . .，NU1，表 示第n个干扰信号；记第i个中继节点处用户u的第n个干扰信号的预测信道系数为螃， 第i个中继节点处用户u的第n个干扰信号的测量信道系数为为C和#的相关系 数；if为第i个中继节点处用户u的第n个干扰信号的发射功率；为< 的方差；m(m =1，2, ? ? ?，Nui)是下标。
[0082] 根据特定的分布产生随机数的方法已有现成算法，本发明不再赘述。
[0083] (2)按照用户业务对QoS(服务质量，QualityofService)要求的高低次序分别 为用户u选中继，选取具有最大的用户u到各中继之间链路的预测信干噪比的中继节点为 用户u进行数据转发
_继^即为所选用来为用户u转发信息的中继。 如果用户业务对QoS(服务质量，QualityofService)要求的高低次序相同，则按照随机 次序给这些用户选中继。同一个中继可以被不同的用户选择，如果该中继已经超负荷，则选 择该中继的用户需要重新选择其他未超负荷的中继进行转发信息。
[0084][中继选择方案二]:
[0085] (1)在特定的能量限制下最小化所有用户的通信中断概率均值之和以分配各用户 的发射功率，得出用户的发射功率集合P，P= P-,,}：
[0097]
[0098] 分别为u= 1，2, . . .，NUSCT时的Pu，Pu表示用户u(uGSUSCT)的发射功 率；JU(PU)是用户u的通信中断概率均值；为中继节点i(iGsralay)被用户U选择 的概率；为用户U到第i个中继节点之间的链路发生中断的概率，Yt为链路发生 中断的信干噪比阈值，当信干噪比低于该阈值时，通信链路发生中断；ET为归一化的可用的 总能量，Cin为归一化的可分配给用户U的最小能量，为归一化的可分配给用户U的最 大能量。
[0099]exp( ?)表示指数函数