4D2D中繼選擇技術4.1概述4.3中繼選擇策略4.2中繼轉發及拓撲結構4.4中繼選擇中的功率控制4.5本章小節（1）

AF放大轉發4.2.1轉發模式類別4.2中繼轉發及拓撲結構（1）結構簡單、中繼節點直接對信號進行轉發而不用進行額外的處理，具有響應速度快、設備復雜度低的特點（2）傳輸信道中的噪聲也被放大轉發4.1D2D通信的基本知識D2D通信是一種短距離通信技術，基站只需提供控制信令，用戶就能夠直接傳輸數據。如下圖所示，與傳統的蜂窩網絡通信相比，D2D通信不需要數據通過基站轉發數據，從而在保證D2D通信的前提下減輕基站通信負荷。什么是D2D通信？（a）傳統蜂窩網絡通信

（b）D2D通信（2）DF譯碼轉發4.2.1轉發模式類別（1）中繼節點會對接收到的信號進行解碼，直接重新編碼或者經過校驗確認無誤后（可選）再重新編碼，轉發給目的節點（2）該協議最大的一個優點是不會傳遞噪聲，從而保證了傳輸的可延續性和正確性。（3）缺點是設備復雜度高、處理速度慢，從而導致一定的傳輸延遲。4.2中繼轉發及拓撲結構（1）兩跳單中繼模型4.2.2中繼網絡拓撲結構

源端與目的端相距較遠，直接通信無法滿足要求時，通過中繼轉發可以擴大通信范圍，

通過增設中繼節點擴大小區的覆蓋面積，提升小區邊緣用戶的體驗。4.2中繼轉發及拓撲結構

與兩跳協作中繼模型的不同之處在于存在直達路徑。若系統中增加一個協作中繼節點，在源端發送信號給目的端時，中繼也接收信號，然后中繼再轉發給目的端，這樣目的端將收到信息的兩個副本，通過合并技術將它們融合，可以有效提高分集增益。（2）協作兩跳單中繼模型

4.2中繼轉發及拓撲結構4.2.2中繼網絡拓撲結構（3）協作兩跳并行中繼模型將協作兩跳單中繼模型可以如下圖所示的多中繼情形。此時，可以把中繼當做源端的虛擬多天線，并考慮發射分集，以提高系統的可靠性和有效性。4.2中繼轉發及拓撲結構4.2.2中繼網絡拓撲結構4.2中繼轉發及拓撲結構4.2.2中繼網絡拓撲結構（4）多跳中繼模型

可以將兩跳單中繼模型推廣到多跳從而搭建起一條多跳中繼鏈路，如圖所示。

多跳中繼模型具有擴大覆蓋范圍的優點，但同時也存在較大的時延和復雜的資源分配算法等缺點，因此在蜂窩網絡中不適合采用多于兩跳的中繼模型。4.2中繼轉發及拓撲結構4.2.2中繼網絡拓撲結構（5）協作串行中繼模型

為了充分利用無線信道的廣播特性，可以采用多跳分集接收模式，允許任意節點的廣播信號均能被后續節點收到并解碼，

并且采用AF協議的性能要優于DF協議，盡管AF協議在這個過程中可能也放大了噪聲。4.3.1中繼選擇分類4.3中繼選擇策略

在基于平均信道狀態信息的最優中繼選擇過程中，根據各個備選中繼節點的距離、路徑損耗、平均信噪比等參數的比較判決其是否為最優中繼節點。因此，該通信系統中需要有能夠有效估計各個節點的距離或者地理位置信息的設備，或者需要有能夠估計其鏈路平均信噪比的設備，對于實際系統來說估計其平均信噪比的開銷較大。（1）基于平均信道狀態信息的中繼選擇（2）基于瞬時信道狀態信息的中繼選擇4.3中繼選擇策略4.3.1中繼選擇分類最小法則：調和平均法則：

4.3中繼選擇策略4.3.1中繼選擇分類（3）基于中斷概率的中繼選擇基于中斷概率的中繼選擇方法以系統的中斷概率最小化為目標，選擇鏈路瞬時信噪比最大的中繼節點為最優中繼節點。系統的整體中斷概率：4.3中繼選擇策略4.3.1中繼選擇分類（4）基于誤碼率的中繼選擇

基于誤碼率的中繼選擇方法是以降低系統的誤碼率為目標的。在中繼選擇過程中，在考慮傳輸速率和信噪比的基礎上，還考慮了物理層中的調制傳輸方式和目的節點端的分集合并方式等因素，因此此類中繼選擇算法更適用于實際網絡。4.3中繼選擇策略4.3.1中繼選擇分類（5）基于社交網絡的中繼選擇

基于社交網絡的中繼選擇是以通信鏈路穩定性為目標，通過選擇社交關系強的節點來幫助源節點進行數據的轉發，該方法不僅僅考慮到了物理層的信道狀態、傳輸速率，還考慮現實生活中人們的主觀意愿，更加貼合實際。4.3中繼選擇策略4.3.1中繼選擇分類（6）基于機器學習的中繼選擇

4.3.2典型算法分析

(1)系統模型4.3中繼選擇策略

由單一宏基站或微基站控制的超密集蜂窩網絡中，設備與設備之間的通信鏈路包括中繼鏈路、直通鏈路和蜂窩鏈路3種形式。4.3中繼選擇策略4.3.2典型算法分析在D2D中繼通信的第一跳鏈路中，第r個RE的信干噪比在第二跳鏈路中，DUE的SINR可表示為：提高邊緣用戶的通信質量問題都可以轉換為在用戶通信時所在鏈路的吞吐量問題，由香農公式可知，改進的鏈路吞吐量可表示為：

一般情況下，影響用戶之間社交關系的因素主要體現在時間性因素。平均通信時間表示為4.3中繼選擇策略

(2)算法分析--基于社交網絡的典型算法分析基于時間因子可以推斷出社交值：當存在多個潛在中繼的情況下，為了減少探測次數，首先利用節點之間的社交關系，移除不可用的中繼節點。由上述分析可知，與SUE有較強社交關系的潛在中繼用戶更有可能為SUE、DUE提供中繼服務。結合社交網絡模型，提出基于整個系統的社交門限ω'的概念，表示為：4.3中繼選擇策略

(2)算法分析--基于社交網絡的典型算法分析4.3中繼選擇策略

①中繼識別因子排除自私節點從下面幾個點進行分析：中繼識別因子共包括3個屬性，負責判斷RE中具有自私行為的節點，進而明確何種節點可以中繼轉發數據。所設計的三個屬性分別為：聯合興趣度、轉發歷史比率和中繼物理狀態。(2)算法分析--基于自私行為分析的超密集D2D中繼選擇算法4.3中繼選擇策略

(2)算法分析--基于自私行為分析的超密集D2D中繼選擇算法

②權值計算

在定義了屬性表達式之后，如何確定每個屬性的權重是需要解決的關鍵問題。利用三角模糊函數將三個屬性權重劃分為三個層次，即優先級、中間級和一般級。根據三角模糊數隸屬函數的定義，給出屬性權重的隸屬函數表達式：③自私中繼確認

2.算法分析--基于自私行為分析的超密集D2D中繼選擇算法由下式可以計算出SUE和RE之間的屬性差：如果屬性差的閾值為Δth，當ΔS,R比Δth小時，這樣的RE被認為具有自私行為，并且不能作為轉發數據的中繼設備，也就是說自私中繼被確認的條件為：4.3中繼選擇策略4.4中繼選擇中的功率控制

假設小區有一個基站、N個可作為中繼的空閑蜂窩用戶RUE、M個蜂窩用戶CUE以及X個D2D通信對(SUE、DUE)。4.4中繼選擇中的功率控制

一旦通信鏈路的最小SINR閾值不能滿足，通信鏈路會發生中斷，中斷概率如下：4.4中繼選擇中的功率控制

4.5本章小結本章對D2D通信的優缺點進行了簡要概述，針對所面臨的通信距離遠、信道衰落大造成的通信中斷問題，分析了中繼協作的必要性，根據通信場景的不同，對現有協作中繼的網絡拓撲結構及轉發模式進行了概括。協作通信系統中源節點和中繼節點發送信息都要消耗功率，以往采用的等功率分配方案并不能最大程度利用節點的功率，