在集中式網絡多用戶協同通信系統中，協同伙伴選擇算法決定著協同通信的性能。協同通信伙伴的選擇在現有通信用戶中尋找能使系統吞吐量達到更大化的用戶組合，進一步提高通信資源的利用率。協同通信中的伙伴選擇需要考慮多個方面,包括系統層總的系統容量，即通過協同通信使得整個系統的容量最大；用戶層的各個用戶的公平性，即協同通信系統中各個用戶在吞吐量、功率消耗方面的公平性問題；協調通信中源節點和伙伴節點的功率分配問題。
　協同通信同樣涉及到功率分配的問題，發送端與協同伙伴之間的功率分配直接影響著整個系統的性能。如果功率分配不當，會造成協同伙伴之間有的受益匪淺，有的則會導致電能很快耗盡。功率分配是在系統資源有限的前提下，根據不同的傳輸方案，確定某種準則，如信道容量或信噪比，在約束條件下在協同伙伴間合理分配功率，能夠極大地改善功率資源的利用率，進一步提高系統的容量。
　在現有的關于伙伴選擇的論文中，側重面各不相同。在參考文獻[1]中，介紹了一種當發送功率之和為定值時，在多個中繼節點中選擇一個協作伙伴，使得信息的誤碼率最小的選擇算法。在參考文獻[2]中，根據系統中信道信息，給出了當采用協同通信時的性能增益函數。在參考文獻[3]中提出了采用協同通信時所達到的吞吐量與源節點的發送功率的比值為協同通信的利用率函數，以此來衡量協同伙伴對源節點數據傳輸的幫助。在參考文獻[4]中通過信道增益的大小實現系統中節點的分配，使系統中更多的節點參與到協同中去。參考文獻[5]則從另外一個角度考慮了伙伴選擇算法。參考文獻[6]提出的是當滿足一定的傳輸性能（誤碼率）時，如何選取協作伙伴使得總的發送功率之和最小，即能量最優的算法。
　在參考文獻[2]中，在考慮協同增益時沒有統一發送功率，這樣不能直接說明協同傳輸對系統的增益。本文提出的算法將采用和不采用協同傳輸時的發送總功率設為相同，能更好地顯示協同傳輸對系統是否有利。在現有的文獻中沒有考慮協同伙伴對源數據的CRC檢驗，本文設計選擇函數時考慮了協同伙伴的CRC檢驗，能夠較好地與實際傳輸相符合，提高設計可信度。在參考文獻[3]中，伙伴選擇算法盲目地將所有節點都選入到協同傳輸當中，但實際中有部分選定的協同傳輸組反而是對數據傳輸有害。本文設計的協同增益大小能直接表示協同傳輸是否對數據傳輸有利，當協同增益不大于1時，協同傳輸對數據傳輸無利，此時就不采用協同傳輸。這樣通過該伙伴選擇算法可使協同傳輸與直接傳輸共存，而不是將所有節點都參與到協同傳輸當中。
1 系統模型

2 伙伴選擇函數
　在采用MQAM調制時的誤碼率[7]的基礎上，通過推導采用和不采用協同通信時系統信噪比和誤符率函數,可以得到在相同的發送功率下,系統采用CRC校驗的DF協同通信的誤碼率性能。再將協同時協同的兩個節點的正確傳輸概率的乘積除以非協同時兩個節點正確傳輸的概率，得到協同通信給兩個節點的數據傳輸帶來的增益。并通過此協同增益來實現系統的伙伴選擇算法。

　　當解碼協同(DF)方式采用CRC校驗時，即當協同伙伴解調錯誤時則不進行協同;當發送功率P2為0,則采用解碼協同方式信息的誤碼率可以分成兩部分，一部分為協同失敗時的誤碼率，一部分為協同成功時的誤碼率。對于CRC校驗位位數是R的協同通信,只有當協同伙伴對R比特完全解調正確時才進行協同轉發;當出現錯誤時則不進行轉發，即非協同模式。此時信息的誤碼率為：

　即接收端進行協同傳輸時用戶1和用戶2的信息都正確傳輸的概率與不進行協同傳輸時用戶1和用戶2信息都正確傳輸的概率的比值。
　將系統中所有的協同增益相乘，得到了系統總的協同增益，協同伙伴選擇即是使該增益乘積最大的選擇方案，協同伙伴選擇的方案為：

　設系統有N個源點，各個節點可以通過信道估計獲得節點間以及節點與基站間的信道增益，并通過上面的函數計算出該節點與其他節點協同時帶來的增益Gi,j，并將該增益上傳給基站。則基站獲得了系統中每兩個節點所獲得增益的N×N的矩陣?；就ㄟ^此矩陣來決定如何對系統中的源點進行協同分組。
　在已知協同增益矩陣后，可利用最大利益匹配算法、貪婪算法或最差鏈路優先算法等[6]進行伙伴選擇。
　當采用鏈路最差節點優先[6]的算法時，先將系統中所有節點到目的節點的信道增益排序，從最小信道增益的用戶進行伙伴選擇。即對于最小信道增益的用戶，選取其與其他節點進行協同時，協同增益最大并且對該增益大于1的節點進行協同傳輸。如果一個節點已經被前面的節點選為協同伙伴，則后面的節點不能再選其為協同伙伴。如果選取時協同增益的最大值都不大于1（即協同不會帶來好處），則該節點不進行協同傳輸。這樣可以保證每個協同組都是有增益的。
3 仿真結果
　首先仿真當功率比例r固定為0.5時本文提出的伙伴選擇算法的性能。
　仿真時MQAM中M選取為16,系統中用戶數N選取為20。每個節點到基站以及每個節點之間的信道增益選取為0~1的隨機數，采用對稱信道，即兩節點之間的信道增益與傳輸方向無關。仿真時選取功率比例r為0.5。仿真系統中伙伴分組情況和系統性能隨信噪比(SNR)增加的變化情況。該算法采用帶CRC冗余校驗的DF協同方式所分配的協同伙伴組如表1所示。

　如表1所示，表中顯示了隨著信噪比(SNR)的增加，采用提出的算法所得的協同伙伴分組情況。對應于每個SNR，表中沒有出現的用戶為非協同用戶,即用戶選擇直接傳輸。當SNR小于10左右時，由于信噪比較小，協同伙伴接收到信源節點信息的誤碼率比較高，此時采用協同傳輸反而會降低系統的傳輸性能，所以此時沒有協同伙伴組，而很多文獻中假設系統中任何時刻所有節點都參與到協同傳輸中來。隨著SNR的增加，協同伙伴能正確解調信源數據的概率也隨之增加，此時系統中的協同伙伴組也逐漸增加，協同通信對系統性能的提升也隨之增加。
   圖2給出了直接傳輸和采用本文提出的伙伴選擇算法、參考文獻[3]提出選擇函數下，系統誤碼率與SNR的關系。從圖2中可以看出，當信噪比小于10 dB左右時，由于信噪比較低，協同伙伴接收信源信息的誤碼率較高，本文提出的協同增益不大于1，此時所有節點都沒有采用協同傳輸。而采用參考文獻[3]的選擇函數時，由于所有節點都將參與到協同傳輸當中來，使得在SNR較低時，協同傳輸反而會降低系統的傳輸性能，增加系統總誤碼率。隨著SNR的增加，本文提出算法中協同伙伴組也增多，協同通信對系統性能的提升也越來越大，系統總的誤碼率越來越低。

　圖3給出了隨著SNR的增加，協同通信對系統增益的變化情況。圖3中可以看出，當SNR小于10 dB左右時，系統增益為1(此時沒有協同伙伴組)。隨著SNR的增加，系統中協同伙伴組隨之增加，系統增益也隨之增大，即帶CRC冗余校驗的DF協同方式對系統數據傳輸性能的幫助越來越大。當SNR比較高時，采用協同通信其誤碼率比不采用協同通信要低幾個數量級。

    協同通信中協同伙伴的選擇直接影響著協同通信的性能，影響著整個系統的吞吐量、誤碼率以及各個用戶在吞吐量、功率消耗等方面的公平性。因而伙伴選擇算法在協同通信中占有很重要的地位。本文提出的基于系統總誤碼率的伙伴選擇算法能夠在系統總的發送功率一定時，使得采用帶CRC冗余校驗的DF協同通信在整個系統達到較好的誤碼率性能。不論是否采用協同傳輸時都用相同的發送功率，能更好地顯示協同傳輸對系統的幫助。本文提出的協同增益函數大小能直接顯示協同傳輸是否對數據傳輸有利，從而決定節點是否參與協同傳輸，使得協同傳輸和直接傳輸共存，避免了在有的協同傳輸并不利于數據的傳輸的情況下，盲目的將所有節點都參與到協同傳輸中。并通過調整協同通信中信源節點和協同伙伴間的功率分配比例，使系統達到更好的誤碼性能。
參考文獻
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