基于协作通信的双定时器中继选择方案

陈思

摘要：协作通信技术主要利用不同用戶彼此共享天线来获得空间分集增益和性能增益。因此，协作通信能有效抵抗信道衰落、改善系统容量、提高信息传输速率、降低信号误码率。本文针对现有机会中继选择方案中由于定时误差大导致资源耗损多、碰撞概率高及节点误选等导致系统性能降低的问题，深入分析了机会中继中存在的定时器选取问题，并做出了相应改进，提出了一种基于协作通信的双定时器的中继选择方案。

关键词：协作通信;中继选择;定时精度

Abstract：Cooperative communication technology mainly uses different users to share antennas with each other to obtain spatial diversity gain and performance gain. Therefore， cooperative communication can effectively resist channel fading， improve system capacity， improve information transmission rate and reduce signal error rate. In this paper， aiming at the problems of the existing opportunistic relay selection schemes， such as large timing error， high resource consumption， high collision probability and node selection error， which lead to system performance degradation， the timer selection problem in opportunistic relay is deeply analyzed， and the corresponding improvement is made， and a relay selection scheme based on double timers is proposed.

KeyWords： Cooperative communication; Relay selection; Timing accuracy

1 引言

在无线协作通信系统中，中继选择实际上是从多个候选的中继节点选取一个或者多个性能好的中继节点参与协作传输，尽可能使人们获得到最大的协作分集增益。作为协.作.通.信中的一个非常重要研究方向，中继选择的研究已收到国内外学者的高度关注。目前中继选择的研究方向主要包括如下的几个方面：

（1）基于节点数目的中继选择

在协.作.通.信.系.统中，按照所选中继节点个数可以将中继选择分为两大类：单中继选择及多中继选择。其中，单.中.继.选.择是指在多个备选的中.继.节.点中，选取能从源节.点到目的节.点中的最好性能的中.继.节.点。而多中继选择会从多个备选的中继节点中选取两个及两个以上的节点进行协作传输，一般需要利用中继子集或门限来进行选择节点。单中继节点和多中继节点的不同之处在于：单中继选择算法复杂性不高，但要比较的次数多;而多中继复杂性高，但需要比较的次数少[1-3]。

（2）基于信道信息的中继选择

根据所依据的信道信息，中继选择可以分为：统计信.道.信.息的中继选择和瞬.时.信.道的中.继.选择。其中，统计信道的中继选择适应于静态网络及低速的移动网络，这种选.择策略是根据地.理区域进.行的。基.于.瞬.时信道的中.继.选.择比较适合动态网络及速度较高的移动网络。该种策略可以利用稍微简单的方法获取节.点的瞬.时.信.道.状态[3-5]。然而，瞬时信道的信息状态是动态的、不确定的，因此在中继选择过程中需要频繁的对信道状态进行预估计，当然这种频繁的工作肯定会增加成本的开销，也存在着估计不准确而导致协作系统选用了不好的工作方式而致使系统性能降低[6-8]。

（3）基于准则限定下的中继选择

在中继选择中，往往涉及到两跳链路，基于此，定制出合理的准则能更好好地评估

出最优中.继.节.点，这将有利于于提高无线协.作.通.信.系统的整体性.能。在已有的研究中，中.继.选.择准则主.要有以.下几种：最大信噪比、功率受限、最.好或最.坏链路质.量及最佳调.和.平.均等等[9-10]。

2 双定时器中继选择方案

机会中继是近年来研究较多的中继选择方案，它通过定时器来选择一个最优中继节点。该方案仅利用瞬时的信道信息，在降低系统的复杂度的同时获取了与采用其他复杂方案相同的分集增益。但是机会中继也存在当有多个节点被选择就会发生碰撞导致信息重传，降低了传输效率的问题，针对这个问题，本文在分析和改进机会中继算法存在的问题基础上，提出了一种基于双定时器的中继选择方案并分析了其性能。

2.1机会中继协议存在的问题

机会中.继是一.种适用于动态网络的中.继选.择策略[56]，它根据瞬.时的信道状.态信.息从M个候.选.节点中选出具.有最佳端到端路.径的节.点作为.中.继进行信.息转发。由于具.有分布式的特.点，所以相对其他中.继选.择方.案具有系统复.杂度低的特.点。机会中继选择模型如图1所示。

机会中继的选择过程如下：第一，源节点发送RTS（Ready-To-Send： RT.S）分.组，所有潜在中继节.点和目地节.点接.收RT.S分.组。第二，当目的节.点监.听到R.TS分.组后，向中.继节.点发送C.TS（C.lear-T.o-S.end： CTS）分组。第三，能正确接.收到R.TS分.组和C.TS分.组的中继节.点分.别估.计其到源节.点的信.道状况hs，i 和到目的节.点的信.道状况hi，.d。最后，通.过相应的信.道衡量准则计算出信.道度量参.数hi。hi的值越大，代表中继链路的信.道状况越好。

2.2提高定时精度的双定时器选取方法

从机会中.继.选择过.程来看，当两.个或多个中.继定.时器计时时间过.于接.近时，就有可.能发.生中.继选.择冲.突。如图3.2所示，节.点和分.别代.表最.佳中.继和另.外一.个中.继。其.中，代.表节.点定时器的初.始值，为中.继和目的节.点间的传.播时.延，为每.部无.线收发.机的收.发转.换时.间，为两中.继之.间的传.播时.延，和分.别为标.志包和广播包的持续时.间。

由图2可知，当不存在隐藏中继时，冲突会发生在区间里，冲突时间为：

冲突时间包含了目的节点和中继节点间传输的时延，这导致中继节点的定时器不是同时启动的，对最优中继选择造成了影响。

如果一个节点信道质量很好，可以被选为最佳中继，但其传播时延较大，导致定时器启动的比较晚，使得最佳节点被错误选择为其他的中继节点。为此，本文在机会中继选择中引入计数器和定.时器来计算最终定时器时间。当中继节点接收源节点发出的RTS分组后，启动计数器计算链路时延，然后当中继节点接收到目的节点所发出的CTS分组后，计算出定时时间。最终的定.时时间应减去计.数器的时间。此时冲突时间变为：

由很明显看出，利用计数器和定时器计算最终定时时间，一方面减小了冲突时间，降低了中继选择发生碰撞的概率。令一方面降低了节点间延时对定时器时间的影响，消除了当延时很大时最优中继被误选的情况。

3 总结

通过对机会中继选择中存在的问题进行分析改进，提出了一种基于双定时器的中继选择方案，此方案可以有效的减少由于定时器误差导致的碰撞概率，提高中继选择精度。通过对冲突时间的计算分析证明双定时器具有很高的可用性，對所有类型的中继选择方案都适用，在中继选择起始阶段就提升了效率。

参考文献

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