在集中式網(wǎng)絡(luò)多用戶協(xié)同通信系統(tǒng)中，協(xié)同伙伴選擇算法決定著協(xié)同通信的性能。協(xié)同通信伙伴的選擇在現(xiàn)有通信用戶中尋找能使系統(tǒng)吞吐量達(dá)到更大化的用戶組合，進(jìn)一步提高通信資源的利用率。協(xié)同通信中的伙伴選擇需要考慮多個(gè)方面,包括系統(tǒng)層總的系統(tǒng)容量，即通過(guò)協(xié)同通信使得整個(gè)系統(tǒng)的容量最大；用戶層的各個(gè)用戶的公平性，即協(xié)同通信系統(tǒng)中各個(gè)用戶在吞吐量、功率消耗方面的公平性問(wèn)題；協(xié)調(diào)通信中源節(jié)點(diǎn)和伙伴節(jié)點(diǎn)的功率分配問(wèn)題。
　協(xié)同通信同樣涉及到功率分配的問(wèn)題，發(fā)送端與協(xié)同伙伴之間的功率分配直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的性能。如果功率分配不當(dāng)，會(huì)造成協(xié)同伙伴之間有的受益匪淺，有的則會(huì)導(dǎo)致電能很快耗盡。功率分配是在系統(tǒng)資源有限的前提下，根據(jù)不同的傳輸方案，確定某種準(zhǔn)則，如信道容量或信噪比，在約束條件下在協(xié)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(jìn)一步提高系統(tǒng)的容量。
　在現(xiàn)有的關(guān)于伙伴選擇的論文中，側(cè)重面各不相同。在參考文獻(xiàn)[1]中，介紹了一種當(dāng)發(fā)送功率之和為定值時(shí)，在多個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)中選擇一個(gè)協(xié)作伙伴，使得信息的誤碼率最小的選擇算法。在參考文獻(xiàn)[2]中，根據(jù)系統(tǒng)中信道信息，給出了當(dāng)采用協(xié)同通信時(shí)的性能增益函數(shù)。在參考文獻(xiàn)[3]中提出了采用協(xié)同通信時(shí)所達(dá)到的吞吐量與源節(jié)點(diǎn)的發(fā)送功率的比值為協(xié)同通信的利用率函數(shù)，以此來(lái)衡量協(xié)同伙伴對(duì)源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸椭?。在參考文獻(xiàn)[4]中通過(guò)信道增益的大小實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)的分配，使系統(tǒng)中更多的節(jié)點(diǎn)參與到協(xié)同中去。參考文獻(xiàn)[5]則從另外一個(gè)角度考慮了伙伴選擇算法。參考文獻(xiàn)[6]提出的是當(dāng)滿足一定的傳輸性能（誤碼率）時(shí)，如何選取協(xié)作伙伴使得總的發(fā)送功率之和最小，即能量最優(yōu)的算法。
　在參考文獻(xiàn)[2]中，在考慮協(xié)同增益時(shí)沒(méi)有統(tǒng)一發(fā)送功率，這樣不能直接說(shuō)明協(xié)同傳輸對(duì)系統(tǒng)的增益。本文提出的算法將采用和不采用協(xié)同傳輸時(shí)的發(fā)送總功率設(shè)為相同，能更好地顯示協(xié)同傳輸對(duì)系統(tǒng)是否有利。在現(xiàn)有的文獻(xiàn)中沒(méi)有考慮協(xié)同伙伴對(duì)源數(shù)據(jù)的CRC檢驗(yàn)，本文設(shè)計(jì)選擇函數(shù)時(shí)考慮了協(xié)同伙伴的CRC檢驗(yàn)，能夠較好地與實(shí)際傳輸相符合，提高設(shè)計(jì)可信度。在參考文獻(xiàn)[3]中，伙伴選擇算法盲目地將所有節(jié)點(diǎn)都選入到協(xié)同傳輸當(dāng)中，但實(shí)際中有部分選定的協(xié)同傳輸組反而是對(duì)數(shù)據(jù)傳輸有害。本文設(shè)計(jì)的協(xié)同增益大小能直接表示協(xié)同傳輸是否對(duì)數(shù)據(jù)傳輸有利，當(dāng)協(xié)同增益不大于1時(shí)，協(xié)同傳輸對(duì)數(shù)據(jù)傳輸無(wú)利，此時(shí)就不采用協(xié)同傳輸。這樣通過(guò)該伙伴選擇算法可使協(xié)同傳輸與直接傳輸共存，而不是將所有節(jié)點(diǎn)都參與到協(xié)同傳輸當(dāng)中。
1 系統(tǒng)模型

2 伙伴選擇函數(shù)
　在采用MQAM調(diào)制時(shí)的誤碼率[7]的基礎(chǔ)上，通過(guò)推導(dǎo)采用和不采用協(xié)同通信時(shí)系統(tǒng)信噪比和誤符率函數(shù),可以得到在相同的發(fā)送功率下,系統(tǒng)采用CRC校驗(yàn)的DF協(xié)同通信的誤碼率性能。再將協(xié)同時(shí)協(xié)同的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的正確傳輸概率的乘積除以非協(xié)同時(shí)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)正確傳輸?shù)母怕剩玫絽f(xié)同通信給兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸帶來(lái)的增益。并通過(guò)此協(xié)同增益來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的伙伴選擇算法。

　　當(dāng)解碼協(xié)同(DF)方式采用CRC校驗(yàn)時(shí)，即當(dāng)協(xié)同伙伴解調(diào)錯(cuò)誤時(shí)則不進(jìn)行協(xié)同;當(dāng)發(fā)送功率P2為0,則采用解碼協(xié)同方式信息的誤碼率可以分成兩部分，一部分為協(xié)同失敗時(shí)的誤碼率，一部分為協(xié)同成功時(shí)的誤碼率。對(duì)于CRC校驗(yàn)位位數(shù)是R的協(xié)同通信,只有當(dāng)協(xié)同伙伴對(duì)R比特完全解調(diào)正確時(shí)才進(jìn)行協(xié)同轉(zhuǎn)發(fā);當(dāng)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)則不進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，即非協(xié)同模式。此時(shí)信息的誤碼率為：

　即接收端進(jìn)行協(xié)同傳輸時(shí)用戶1和用戶2的信息都正確傳輸?shù)母怕逝c不進(jìn)行協(xié)同傳輸時(shí)用戶1和用戶2信息都正確傳輸?shù)母怕实谋戎怠?br/> 　將系統(tǒng)中所有的協(xié)同增益相乘，得到了系統(tǒng)總的協(xié)同增益，協(xié)同伙伴選擇即是使該增益乘積最大的選擇方案，協(xié)同伙伴選擇的方案為：

　設(shè)系統(tǒng)有N個(gè)源點(diǎn)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)信道估計(jì)獲得節(jié)點(diǎn)間以及節(jié)點(diǎn)與基站間的信道增益，并通過(guò)上面的函數(shù)計(jì)算出該節(jié)點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)協(xié)同時(shí)帶來(lái)的增益Gi,j，并將該增益上傳給基站。則基站獲得了系統(tǒng)中每?jī)蓚€(gè)節(jié)點(diǎn)所獲得增益的N×N的矩陣?；就ㄟ^(guò)此矩陣來(lái)決定如何對(duì)系統(tǒng)中的源點(diǎn)進(jìn)行協(xié)同分組。
　在已知協(xié)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(yōu)先算法等[6]進(jìn)行伙伴選擇。
　當(dāng)采用鏈路最差節(jié)點(diǎn)優(yōu)先[6]的算法時(shí)，先將系統(tǒng)中所有節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的信道增益排序，從最小信道增益的用戶進(jìn)行伙伴選擇。即對(duì)于最小信道增益的用戶，選取其與其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行協(xié)同時(shí)，協(xié)同增益最大并且對(duì)該增益大于1的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行協(xié)同傳輸。如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)已經(jīng)被前面的節(jié)點(diǎn)選為協(xié)同伙伴，則后面的節(jié)點(diǎn)不能再選其為協(xié)同伙伴。如果選取時(shí)協(xié)同增益的最大值都不大于1（即協(xié)同不會(huì)帶來(lái)好處），則該節(jié)點(diǎn)不進(jìn)行協(xié)同傳輸。這樣可以保證每個(gè)協(xié)同組都是有增益的。
3 仿真結(jié)果
　首先仿真當(dāng)功率比例r固定為0.5時(shí)本文提出的伙伴選擇算法的性能。
　仿真時(shí)MQAM中M選取為16,系統(tǒng)中用戶數(shù)N選取為20。每個(gè)節(jié)點(diǎn)到基站以及每個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的信道增益選取為0~1的隨機(jī)數(shù)，采用對(duì)稱(chēng)信道，即兩節(jié)點(diǎn)之間的信道增益與傳輸方向無(wú)關(guān)。仿真時(shí)選取功率比例r為0.5。仿真系統(tǒng)中伙伴分組情況和系統(tǒng)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(yàn)的DF協(xié)同方式所分配的協(xié)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(xié)同伙伴分組情況。對(duì)應(yīng)于每個(gè)SNR，表中沒(méi)有出現(xiàn)的用戶為非協(xié)同用戶,即用戶選擇直接傳輸。當(dāng)SNR小于10左右時(shí)，由于信噪比較小，協(xié)同伙伴接收到信源節(jié)點(diǎn)信息的誤碼率比較高，此時(shí)采用協(xié)同傳輸反而會(huì)降低系統(tǒng)的傳輸性能，所以此時(shí)沒(méi)有協(xié)同伙伴組，而很多文獻(xiàn)中假設(shè)系統(tǒng)中任何時(shí)刻所有節(jié)點(diǎn)都參與到協(xié)同傳輸中來(lái)。隨著SNR的增加，協(xié)同伙伴能正確解調(diào)信源數(shù)據(jù)的概率也隨之增加，此時(shí)系統(tǒng)中的協(xié)同伙伴組也逐漸增加，協(xié)同通信對(duì)系統(tǒng)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(xiàn)[3]提出選擇函數(shù)下，系統(tǒng)誤碼率與SNR的關(guān)系。從圖2中可以看出，當(dāng)信噪比小于10 dB左右時(shí)，由于信噪比較低，協(xié)同伙伴接收信源信息的誤碼率較高，本文提出的協(xié)同增益不大于1，此時(shí)所有節(jié)點(diǎn)都沒(méi)有采用協(xié)同傳輸。而采用參考文獻(xiàn)[3]的選擇函數(shù)時(shí)，由于所有節(jié)點(diǎn)都將參與到協(xié)同傳輸當(dāng)中來(lái)，使得在SNR較低時(shí)，協(xié)同傳輸反而會(huì)降低系統(tǒng)的傳輸性能，增加系統(tǒng)總誤碼率。隨著SNR的增加，本文提出算法中協(xié)同伙伴組也增多，協(xié)同通信對(duì)系統(tǒng)性能的提升也越來(lái)越大，系統(tǒng)總的誤碼率越來(lái)越低。

　圖3給出了隨著SNR的增加，協(xié)同通信對(duì)系統(tǒng)增益的變化情況。圖3中可以看出，當(dāng)SNR小于10 dB左右時(shí)，系統(tǒng)增益為1(此時(shí)沒(méi)有協(xié)同伙伴組)。隨著SNR的增加，系統(tǒng)中協(xié)同伙伴組隨之增加，系統(tǒng)增益也隨之增大，即帶CRC冗余校驗(yàn)的DF協(xié)同方式對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸性能的幫助越來(lái)越大。當(dāng)SNR比較高時(shí)，采用協(xié)同通信其誤碼率比不采用協(xié)同通信要低幾個(gè)數(shù)量級(jí)。

    協(xié)同通信中協(xié)同伙伴的選擇直接影響著協(xié)同通信的性能，影響著整個(gè)系統(tǒng)的吞吐量、誤碼率以及各個(gè)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(xié)同通信中占有很重要的地位。本文提出的基于系統(tǒng)總誤碼率的伙伴選擇算法能夠在系統(tǒng)總的發(fā)送功率一定時(shí)，使得采用帶CRC冗余校驗(yàn)的DF協(xié)同通信在整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到較好的誤碼率性能。不論是否采用協(xié)同傳輸時(shí)都用相同的發(fā)送功率，能更好地顯示協(xié)同傳輸對(duì)系統(tǒng)的幫助。本文提出的協(xié)同增益函數(shù)大小能直接顯示協(xié)同傳輸是否對(duì)數(shù)據(jù)傳輸有利，從而決定節(jié)點(diǎn)是否參與協(xié)同傳輸，使得協(xié)同傳輸和直接傳輸共存，避免了在有的協(xié)同傳輸并不利于數(shù)據(jù)的傳輸?shù)那闆r下，盲目的將所有節(jié)點(diǎn)都參與到協(xié)同傳輸中。并通過(guò)調(diào)整協(xié)同通信中信源節(jié)點(diǎn)和協(xié)同伙伴間的功率分配比例，使系統(tǒng)達(dá)到更好的誤碼性能。
參考文獻(xiàn)
[1]  IBRAHIM A S, SADEK A K, SU Wei Feng,et al. Cooperative communications with relay-selection when to cooperate and whom to cooperate with. IEEE Transactions on  wireless communications,2008,7(7).
[2]  LIN Z, ERKIP E,STEFANOV A. Cooperative regions and partner choice in coded Cooperative systems. IEEE Transactions on communications,2006,54(7).
[3]  CHEN Yan, CHENG Peng, QIU Pei Liang.Optimal partner     selection strategies in wireless cooperative networks with fixed and variable transmit power. IEEE wireless communications and networking conference,2007.WCNC 2007.
[4]  JUNG Y S, LEE J H. Partner assignment algorithm for  cooperative diversity in mobile communication systems[C].  Vehicular Technology Conference, 2006.VTC 2006-Spring.    IEEE 63rd.
[5]  MAHINTHAN V, CAI L, MARK J W. Partner selection based on optimal power allocation in cooperative-diversity systems. IEEE Transactions on vehicular technology,2008,57(1).
[6]  MAHINTHAN V, CAI L, MARK J W. Maximizing cooperative diversity energy gain for wireless networks[J]. IEEE Transactions on wireless communications,2007,6(7).
[7]  周炯槃，龐沁華，續(xù)大我,等.通信原理(合訂本)[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2005.