干扰温度约束下的一种新的中继选择策略

协作通信中的一个关键问题是如何分配和管理中继节点，尤其在次用户系统受到干扰温度约束条件下，协作方案的设计不仅要最大限度的提高系统性能，而且需要控制次用户系统对主用户系统的干扰。针对这种情况在次用户系统中提出一种基于协作波束形成中继选择策略，该方法以最小化次用户系统中断概率为目标，推导出一个中继选择门限，保证了有限的传输功率只分配给高效的中继链路，从而提高系统传输性能。仿真结果显示，该建议方法优于单中继转发方案和全中继转发方案，能有效降低次用户系统中断概率。

在多中继协作网络中，通过利用中继节点之间形成的虚拟天线特性，在各个节点之间进行协作波束赋形可以有效提高系统性能[1]，然而由于每条协作链路具有不同的衰落特性，这会使得信道条件恶劣的中继也占用了系统资源，因此，如何设计中继选择方案，从而有效利用系统资源成为一个广受关注的问题。文献[2] [3]中的中继选择策略要获得实时信道状态信息，每个节点需要监听并接受信令，这在实际系统中很难实现[2] [3]。文献[4] [5]提出一种基于平均信道状态信息的中继选择策略，减少了信令开销，但没有考虑此系统各节点的发射功率可能会对临近传输系统的影响[4] [5]。无线通信用户通常被分成两类：主用户(Primary Users, PU)和次用户(Secondary Users, SU) [6]，其中SU 的优先级较低，只有在不影响PU的通信时与其共享频谱资源。为了实现频谱共享，SU 需控制对PU 的叠加干扰使其在PU 可接受的界限内，这种干扰功率限制通常被称为干扰温度约束。本文提出一种干扰温度约束下的最佳中继集合选择策略，在对主用户系统产生干扰不超过门限值情况下，基于协作波束赋形理论和信道统计特性推导了次用户系统中的中继选择门限，降低了次用户系统信号传输中断概率。

2. 系统模型 考虑一个如图1 所示的SU 中继网络模型，SU 源节点S、SU 目的节点D、中继节点Ri (i = 1,2,…,M)及存在于SU 网络附近的PU 节点。源节点S 的信号通过M 个中继节点R 传递到目的节点D，S 和D 之间的直传链路也可传递信号，除此之外，源节点和中继节点发射信号时均可对PU 节点产生干扰。为了降低系统复杂度，每个节点只装配一根电线，假设系统中所有信道均为瑞利衰落信道。

中继节点工作在放大转发方式下，从源节点S 到目的节点D 的传输过程可以分成两个阶段，第一阶段， 源节点以功率sP 向中继节点和目的节点发送单位能量信号S， 此时S 到Ri 以及S 到D 的传输信号, s iy与, s dy分别如下[7]： , , s iss iiyP h sn=+ (1) , , ,1s dss ddyP hsn=+ (2) 式中, s ih和, s dh分别是源节点到第i 个中继点和源节点到目的点之间链路的信道冲击响应，其方差为, s iΩ、, s dΩ， in 和,1dn分别是在中继点和目的点的加性复高斯白噪声，为简便起见，设中继点与目的点处的加性白噪声服从相同复高斯分布，其均值为0，方差为0N 。