CN103533613B - 一种过时信道信息下的放大转发中继选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种过时信道信息下的中继选择方法，特征是在进行中继选择时，源节点通过反馈获得第一跳链路的过时信噪比信息，并利用信道相关系数为辅助，计算并比较各中继对应的条件中断概率，然后选择使该中断概率最小的中继作为协作中继。相比于传统的仅依靠信噪比信息的中继选择方案，由于考虑了信道相关性，提高了中继选择的可靠度，本发明对信道延时具有更强的鲁棒性，能够明显地提高系统性能。

Description

一种过时信道信息下的放大转发中继选择方法

技术领域

本发明属于无线通信的中继技术领域，具体涉及采用过时信道信息进行中继选择的放大转发中继选择方法。

背景技术

采用中继的协作通信系统能有效地提高覆盖面积，提高系统容量，有助于改善传统蜂窝小区中小区边缘用户需求无法满足、数据传输率小的问题。其中，中继选择技术能有效降低系统复杂度，同时保证较高的系统分集增益。在传统的中继选择算法中，节点需要依据反馈的信道状态信息，计算每个中继对应的链路信噪比，选择信噪比最大的中继进行协作传输。而在实际系统中，由于反馈时延，节点采用的是过时的信道状态信息，与实际信道不同，从而造成中继选择可靠性下降，系统性能降低。

经对现有文献检索发现，《基于部分信道信息的放大转发中继选择》(IEEECommun.Lett.,vol.12,no.4,pp.235-237,2008)一文提出了基于部分信道信息的放大转发中继选择(Partial Relay Selection，PRS)方案，但其考虑的是完善信道信息下的中继选择，未考虑过时信道信息对中继选择带来的影响。《有信道延时场景下的基于部分信道信息的中继选择性能分析》(IEEE Signal Process.Lett.,vol.17,no.6,pp.531–534,2010)一文分析了过时信道信息对PRS方案的负面影响，但未见提出进一步的改进方案来弥补过时信道信息带来的性能损失。《可再生协作网络中采用过时信道信息的中继选择方案设计》(IEEE Trans.Wireless Commun.,vol.10,no.9,pp.3086–3097,2011)一文提出的一种基于信道统计信息、信道相关性为辅助的解码转发中继选择方案，虽然能有效弥补过时信道信息带来的性能损失，但由于解码放大转发中继与放大转发中继的信号转发机制、中继选择机制并不相同，故该方案并不适用于放大转发中继选择。

发明内容：

本发明的目的是提出一种过时信道信息下的放大转发中继选择方法，以适用于在有反馈延时的场景下单源、多中继、单目的节点的放大转发中继系统的中继选择，改善由过时信道信息导致的中继选择不准确的问题，达到提高系统性能的目的。

本发明过时信道信息下的放大转发中继选择方法，包括：在单源、单目的节点、多中继的协作网络中，通信过程在两个时隙完成，在第一个时隙，源节点根据反馈信息选择一个中继并向其发送数据包；在第二个时隙，被选中的中继节点通过放大转发的方式向目的节点转发数据包完成通信；其特征在于：在进行中继选择时，源节点通过反馈获得第一跳链路的过时信噪比信息后，利用信道相关系数为辅助，计算并比较各中继对应的条件中断概率，然后选择使该中断概率最小的中继作为协作中继；具体操作步骤如下：

第一步：系统初始化，源节点获取各节点的位置信息，计算源节点到中继节点和中继节点到目的节点的距离d_1(i)和d_2(i)；然后计算各条链路的大尺度衰落： 以及平均信噪比：其中下标1和2分别表示源节点到中继节的第一跳链路和中继节点到目的节点的第二跳链路，i∈[1,N_r]表示中继标号，N_r表示可选的中继总数，E{·}表示取期望运算符，α表示路径损耗因子，P_S为源节点的发送功率，P_r为中继节点的发送功率，N₀₁、N₀₂为第一跳、第二跳链路的加性高斯白噪声的功率；

第二步：源节点发送中继选择启动命令；

第三步：每个中继节点接收到启动命令后，获得各自第一跳链路，即源节点到中继节点链路的信道信息并测量多普勒频移f_d(i)，然后将这些信息反馈给源节点；

第四步：计算每个中继对应的中断概率：源节点在获得多普勒频移、信道信息参数后，计算第一跳链路的信道相关系数ρ_1(i)＝J₀(2πf_d(i)τ)和信噪比其中，J₀(·)为第一类零阶贝塞尔函数，τ为信道时延；然后根据这些信息计算每个中继对应的条件中断概率所述条件中断概率的计算式为：

$\begin{array}{c}{P}_{out}\left({\mathrm{\γ}}_0\right|{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{1\left(i\right)})=\underset{m=0}{\overset{\mathrm{\∞}}{\Σ}}\frac{e^{-\frac{{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{1\left(i\right)}}{(1-{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2){\mathrm{\η}}_{1\left(i\right)}}}}{{(m!)}^2}{\left(\frac{{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{1\left(i\right)}}{(1-{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2){\mathrm{\η}}_{1\left(i\right)}}\right)}^m\\ \×\{\mathrm{\Γ}(m+1)-\frac{2e^{\frac{{\mathrm{\γ}}_0}{(1-{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2){\mathrm{\η}}_{1\left(i\right)}}}}{(1-{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2){\mathrm{\η}}_{1\left(i\right)}}{\left(\frac{1}{(1-{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2){\mathrm{\η}}_{1\left(i\right)}}\right)}^m\\ \×\underset{v=0}{\overset{m}{\Σ}}\[\left(\begin{array}{c}m\\ v\end{array}\right){\mathrm{\γ}}_0^{m-v}{\left(\frac{{\mathrm{C\γ}}_0}{{\mathrm{\η}}_{2\left(i\right)}}\right(1-{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2\left){\mathrm{\η}}_{1\left(i\right)}\right)}^{\frac{1}{2}(v+1)}{K}_{v+1}\left({\left(\frac{4{\mathrm{C\γ}}_0}{{\mathrm{\η}}_{2\left(i\right)}}\right)}^{1/2}\frac{1}{\sqrt{(1-{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2){\mathrm{\η}}_{1\left(i\right)}}}\right)\]\}\end{array}$

其中，γ₀表示信噪比门限，η_1(i)表示第一跳链路的平均信噪比，η_2(i)表示第二跳链路的平均信噪比，是与第一跳链路平均信噪比相关的参数，Γ(·)表示伽马函数，K_v(·)表示第一类修正的v阶贝塞尔函数；

第五步：源节点比较每个中继节点对应的中断概率，选择使其最小的中继节点作为协作中继，记为具体计算过程如下：

初始化迭代次数m＝0；

按照条件中断概率的计算式更新

按照条件中断概率迭代增量的计算式

$\begin{array}{c}{B}_{m,i}=\frac{e^{-\frac{{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{1\left(i\right)}}{(1-{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2){\mathrm{\η}}_{1\left(i\right)}}}}{{(m!)}^2}{\left(\frac{{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{1\left(i\right)}}{(1-{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2){\mathrm{\η}}_{1\left(i\right)}}\right)}^m\×\{\mathrm{\Γ}(m+1)-\frac{2e^{-\frac{{\mathrm{\γ}}_0}{(1-{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2){\mathrm{\η}}_{1\left(i\right)}}}}{(1-{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2){\mathrm{\η}}_{1\left(i\right)}}{\left(\frac{1}{(1-{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2){\mathrm{\η}}_{1\left(i\right)}}\right)}^m\\ \×\underset{v=0}{\overset{m}{\Σ}}\[\left(\begin{array}{c}m\\ v\end{array}\right){\mathrm{\γ}}_0^{m-v}{\left(\frac{{\mathrm{C\γ}}_0}{{\mathrm{\η}}_{2\left(i\right)}}\right(1-{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2\left){\mathrm{\η}}_{1\left(i\right)}\right)}^{\frac{1}{2}(v+1)}{K}_{v+1}\left({\left(\frac{4{\mathrm{C\γ}}_0}{{\mathrm{\η}}_{2\left(i\right)}}\right)}^{1/2}\frac{1}{\sqrt{(1-{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2){\mathrm{\η}}_{1\left(i\right)}}}\right)\]\},\end{array}$

计算条件中断概率迭代增量B_m,i；

按照条件中断概率更新计算式更新

若更新m＝m+1，跳到按照条件中断概率的计算式更新步骤；否则，结束循环；

选择使中断概率最小的中继节点,中继标号记为k,

第六步：节点通知被选择的中继节点k，向该中继节点发送数据，其它中继节点保持待命状态；

第七步：中继节点k收到数据后，向目的节点进行放大转发，协助源节点完成数据传输。

本发明从最小化中断概率的角度，提供了存在反馈时延环境下，放大转发中继系统中一种新的中继选择算法。相比于传统方法仅依靠过时信道信噪比信息进行中继选择，本发明加入了实际信道与过时信道之间的互相关性信息进行辅助，选择中断概率作为中继选择的标准；由于考虑了信道相关性，提高了中继选择的可靠度，本发明对信道延时具有更强的鲁棒性，能够明显地提高系统性能。

附图说明

图1为本发明过时信道信息下的放大转发中继选择方法适用的无线多中继通信系统框图；

图2为本发明过时信道信息下的放大转发中继选择方法提出的中继选择流程图。

图3为信道互相关系数为0.3时采用本发明方法与传统方法的中断概率性能比较曲线图。

图4为不同信道互相关系数下采用本发明方法与传统方法的中断概率性能比较曲线图。

图5为采用QPSK调制，信道互相关系数为0.3时采用本发明方法与传统方法的误码率性能比较曲线图。

图6为采用16QAM调制，信道互相关系数为0.3时采用本发明方法与传统方法的误码率性能比较曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的详细描述。

实施例1：

图1给出了本发明过时信道信息下的放大转发中继选择方法适用的无线多中继通信系统框图。如图1中所示：本发明方法的适用场景中有单个源节点、单个目的节点、多个中继节点组成的无线通信网络。设各节点均配置单根天线，中继个数设为N_r。通信过程可分为两个阶段：在第一阶段，源节点S向被选中继节点R_(k)发送数据在第二阶段，中继节点R_(k)向目的节点放大转发数据其中，h_1(k)、h_2(k)分别代表源节点S到中继节点R_(k)、中继节点R_(k)到目的节点D的小尺度瑞利衰落；λ_1(k)、λ_2(k)代表信道的大尺度衰落，即信道的平均增益；n_1(k)、n_2(k)是功率为N₀₁、N₀₂的加性高斯白噪声；G为放大转发系数；P_S为源节点的发送功率，P_r为中继节点的发送功率；图中，γ_1(i)、γ_2(i)表示实际的信道信噪比；表示源节点用于中继选择的过时信道信噪比信息，是γ_1(i)的过时版本。在本实施例中，取中继个数N_r＝3。

图2给出了适用于本发明过时信道信息下的放大转发中继选择方法的操作流程图。如图2中所示，本发明过时信道信息下的放大转发中继选择方法包含以下步骤：

(S1)系统初始化，源节点获取各节点的位置信息，计算源节点到中继节点和中继节点到目的节点的距离d_1(i)和d_2(i)；其中下标1和2分别表示第一跳链路(源节点到中继节)和第二跳链路(中继节点到目的节点)，(i)表示中继标号；计算各条链路的大尺度衰落：以及平均信噪比： α表示路径损耗因子；

(S2)源节点发送中继选择启动命令；

(S3)每个中继节点接收到启动命令后，获得各自第一跳链路的信道信息并测量多普勒频移f_d(i)，然后将这些信息反馈给源节点；

(S4)计算每个中继对应的中断概率：源节点在获得多普勒频移、信道信息参数后，计算第一跳链路的信道相关系数ρ_1(i)＝J₀(2πf_d(i)τ)和信噪比 τ为信道时延；然后根据这些信息计算每个中继对应的中断概率，进一步包含以下具体步骤：

(41)源节点在N_r个可选择中继节点中选择一个中继参与协作，假设被选中继为中继(i)，系统端到端信噪比表达式：

${\mathrm{\γ}}_{e2e}=\frac{{\mathrm{\γ}}_{1\left(i\right)}{\mathrm{\γ}}_{2\left(i\right)}}{C+{\mathrm{\γ}}_{2\left(i\right)}}---\left(1\right)$

其中是与第一跳链路平均信噪比相关的参数；

(42)源节点获得链路信道信息后，选择中继(i)进行协作传输时的系统中断概率表达式：

$\begin{array}{c}{P}_{out}\left({\mathrm{\γ}}_0\right|{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{1\left(i\right)})=\mathrm{Pr}({\mathrm{\γ}}_{e2e}\≤{\mathrm{\γ}}_0|{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{1\left(i\right)})\\ ={\∫}_{x=0}^{+\mathrm{\∞}}{f}_{{\mathrm{\γ}}_{1\left(i\right)}|{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{1\left(i\right)}}\left(x\right|{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{1\left(i\right)})dx-{\∫}_{x={\mathrm{\γ}}_0}^{+\mathrm{\∞}}(1-F_{{\mathrm{\γ}}_{2\left(i\right)}}(\frac{{\mathrm{C\γ}}_0}{(x-{\mathrm{\γ}}_0)}\left)\right)\×f_{{\mathrm{\γ}}_{1\left(i\right)}|{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{1\left(i\right)}}\left(x\right|{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{1\left(i\right)})dx\end{array}---\left(2\right)$

其中，为第一跳链路实际信噪比γ_1(i)在已知其过时版本时的条件概率密度函数，其计算式如下：

$f_{{\mathrm{\γ}}_{1\left(i\right)}|{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{1\left(i\right)}}\left(x\right|{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{1\left(i\right)})=\frac{e^{-\frac{x+{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{1\left(i\right)}}{(1-{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2){\mathrm{\η}}_{1\left(i\right)}}}}{(1-{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2){\mathrm{\η}}_{1\left(i\right)}}{I}_0\left(\frac{2\sqrt{{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^{2}x{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{1\left(i\right)}}}{(1-{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2){\mathrm{\η}}_{1\left(i\right)}}\right)---\left(3\right)$

为第二跳链路实际信噪比γ_2(i)的累积分布函数，具体表达式如下：

$F_{{\mathrm{\γ}}_{2\left(i\right)}}\left(z\right)=1-e^{-z/{\mathrm{\η}}_{2\left(i\right)}}---\left(4\right)$

(43)将(3)式、(4)式代入(2)式，得到中断概率的计算式：

$\begin{array}{c}{P}_{out}\left({\mathrm{\γ}}_0\right|{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{1\left(i\right)})=\underset{m=0}{\overset{\mathrm{\∞}}{\Σ}}\frac{e^{-\frac{{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{1\left(i\right)}}{(1-{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2){\mathrm{\η}}_{1\left(i\right)}}}}{{(m!)}^2}{\left(\frac{{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{1\left(i\right)}}{(1-{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2){\mathrm{\η}}_{1\left(i\right)}}\right)}^m\\ \×\{\mathrm{\Γ}(m+1)-\frac{2e^{\frac{{\mathrm{\γ}}_0}{(1-{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2){\mathrm{\η}}_{1\left(i\right)}}}}{(1-{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2){\mathrm{\η}}_{1\left(i\right)}}{\left(\frac{1}{(1-{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2){\mathrm{\η}}_{1\left(i\right)}}\right)}^m\\ \×\underset{v=0}{\overset{m}{\Σ}}\[\left(\begin{array}{c}m\\ v\end{array}\right){\mathrm{\γ}}_0^{m-v}{\left(\frac{{\mathrm{C\γ}}_0}{{\mathrm{\η}}_{2\left(i\right)}}\right(1-{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2\left){\mathrm{\η}}_{1\left(i\right)}\right)}^{\frac{1}{2}(v+1)}{K}_{v+1}\left({\left(\frac{4{\mathrm{C\γ}}_0}{{\mathrm{\η}}_{2\left(i\right)}}\right)}^{1/2}\frac{1}{\sqrt{(1-{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2){\mathrm{\η}}_{1\left(i\right)}}}\right)\]\}\end{array}---\left(5\right)$

(S5)选择使中断概率最小的中继节点参与协作，具体操作如下：

(51)初始化迭代次数m＝0；

(52)按照(5)式更新

$\begin{array}{c}{B}_{m,i}=\frac{e^{-\frac{{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{1\left(i\right)}}{(1-{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2){\mathrm{\η}}_{1\left(i\right)}}}}{{(m!)}^2}{\left(\frac{{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{1\left(i\right)}}{(1-{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2){\mathrm{\η}}_{1\left(i\right)}}\right)}^m\×\{\mathrm{\Γ}(m+1)-\frac{2e^{-\frac{{\mathrm{\γ}}_0}{(1-{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2){\mathrm{\η}}_{1\left(i\right)}}}}{(1-{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2){\mathrm{\η}}_{1\left(i\right)}}{\left(\frac{1}{(1-{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2){\mathrm{\η}}_{1\left(i\right)}}\right)}^m\\ \×\underset{v=0}{\overset{m}{\Σ}}\[\left(\begin{array}{c}m\\ v\end{array}\right){\mathrm{\γ}}_0^{m-v}{\left(\frac{{\mathrm{C\γ}}_0}{{\mathrm{\η}}_{2\left(i\right)}}\right(1-{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2\left){\mathrm{\η}}_{1\left(i\right)}\right)}^{\frac{1}{2}(v+1)}{K}_{v+1}\left({\left(\frac{4{\mathrm{C\γ}}_0}{{\mathrm{\η}}_{2\left(i\right)}}\right)}^{1/2}\frac{1}{\sqrt{(1-{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2){\mathrm{\η}}_{1\left(i\right)}}}\right)\]\}\end{array}---\left(6\right)$

$P_{out}\left({\mathrm{\γ}}_0\right|{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{1\left(i\right)})=P_{out}\left({\mathrm{\γ}}_0\right|{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{1\left(i\right)})+B_{m,i}---\left(7\right)$

(53)若更新m＝m+1，跳到(52)更新中断概率步骤；否则，结束循环；

(54)选择使中断概率最小的中继节点,中继标号记为k：

$k=\underset{i}{min}\left\{P_{out}\left({\mathrm{\γ}}_0\right|{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{1\left(i\right)})\right\}---\left(8\right)$

(S6)源节点通知被选择的中继节点k，向该中继节点发送数据，其它中继节点保持待命状态；

(S7)中继节点k收到数据后，向目的节点进行放大转发，协助源节点完成数据传输。

图3为中继数为3的场景下的采用本发明方法与传统的基于信噪比最大的方法的仿真比较结果。其中上面的曲线a3和下面的曲线b3分别是采用传统方法和本发明方法的系统中断概率随第一跳链路信噪比变化的性能仿真曲线。在仿真中，平均信噪比η_1(i)＝η_2(i),i＝1,2,3，η₁₍₂₎＝η₁₍₃₎＝η₁₍₁₎-3dB，信道相关系数ρ_1(i)＝0.3,i＝1,2,3。从附图3可以看出，在相同信噪比的情况下，采用本发明方法时的中断概率较传统方法更小，性能更优。在较高信噪比(>15dB)、相同的中断概率的条件下，本发明方法较传统方法有2-3dB的性能增益。

图4中的仿真场景设置与图3中的相同，比较了不同信道相关系数下、采用本发明方法与传统方法的中断概率性能。图中的曲线a4、b4、c4、d4、e4和f4分别是传统方法、本方案方法在不同信道相关系数下的中断概率随第一跳信道信噪比变化的性能仿真曲线；曲线a4、b4和c4为传统方法分别在信道相关系数为0.1、0.5、0.7时的中断概率曲线；曲线d4、e4、f4为本方案方法分别在信道相关系数为0.1、0.5、0.7时的中断概率曲线。从附图4中可以看出，在相关系数不同时，本发明方法相比于传统方法在中断概率性能上均有明显的提升，说明本发明方法对信道延时有较高的鲁棒性。

图5和图6分别为QPSK、16QAM调制方式下本发明方法与传统方法的平均误码率性能曲线图。其中的曲线a5和b5分别是传统方法和本发明方法在QPSK调制方式下误码率随第一跳链路信噪比变化的性能曲线；曲线a6、b6分别是传统方法和本发明方法在16QAM调制方式下误码率随第一跳链路信噪比变化的性能曲线。在仿真中，中继数为3，平均信噪比η_1(i)＝η_2(i),i＝1,2,3，η₁₍₂₎＝η₁₍₃₎＝η₁₍₁₎-5dB，信道相关系数ρ_1(i)＝0.3，i＝1,2,3。从图5和图6中可以看出，本发明方法的误码率性能也优于传统方法。

本实施例利用信道相关性信息为辅助，选择使中断概率最小的中继进行协作传输，并对中断概率性能、不同调制方式下的误码率性能进行的仿真结果显示，本发明方法比传统方法有着明显的性能增益，对信道延时也具有更强的鲁棒性。

Claims (1)

1.一种过时信道信息下的放大转发中继选择方法，包括：在单源、单目的节点、多中继的协作网络中，通信过程在两个时隙完成，在第一个时隙，源节点根据反馈信息选择一个中继并向其发送数据包；在第二个时隙，被选中的中继节点通过放大转发的方式向目的节点转发数据包完成通信；其特征在于：在进行中继选择时，源节点通过反馈获得第一跳链路的过时信噪比信息后，利用信道相关系数为辅助，计算并比较各中继对应的条件中断概率，然后选择使该中断概率最小的中继作为协作中继；具体操作步骤如下：

第一步：系统初始化，源节点获取各节点的位置信息，计算源节点到中继节点和中继节点到目的节点的距离d_1(i)和d_2(i)；然后计算各条链路的大尺度衰落： 以及平均信噪比：其中下标1和2分别表示源节点到中继节的第一跳链路和中继节点到目的节点的第二跳链路，i∈[1,N_r]表示中继标号，N_r表示可选的中继总数，E{·}表示取期望运算符，α表示路径损耗因子，P_S为源节点的发送功率，P_r为中继节点的发送功率，N₀₁、N₀₂为第一跳、第二跳链路的加性高斯白噪声的功率；

第二步：源节点发送中继选择启动命令；

第三步：每个中继节点接收到启动命令后，获得各自第一跳链路，即源节点到中继节点链路的信道信息并测量多普勒频移f_d(i)，然后将这些信息反馈给源节点；

第四步：计算每个中继对应的中断概率：源节点在获得多普勒频移、信道信息参数后，计算第一跳链路的信道相关系数ρ_1(i)＝J₀(2πf_d(i)τ)和信噪比其中，J₀(·)表示第一类零阶贝塞尔函数，τ为信道时延；然后根据这些信息计算每个中继对应的条件中断概率所述条件中断概率的计算式为：

$\begin{array}{c}{P}_{out}\left({\mathrm{\γ}}_0\right|{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{1\left(i\right)})=\underset{m=0}{\overset{\mathrm{\∞}}{\Σ}}\frac{e^{-\frac{{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{1\left(i\right)}}{(1-{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2){\mathrm{\η}}_{1\left(i\right)}}}}{{(m!)}^2}{\left(\frac{{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{1\left(i\right)}}{(1-{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2){\mathrm{\η}}_{1\left(i\right)}}\right)}^m\\ \×\{\mathrm{\Γ}(m+1)-\frac{2e^{-\frac{{\mathrm{\γ}}_0}{(1-{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2){\mathrm{\η}}_{1\left(i\right)}}}}{(1-{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2){\mathrm{\η}}_{1\left(i\right)}}{\left(\frac{1}{(1-{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2){\mathrm{\η}}_{1\left(i\right)}}\right)}^m\\ \×\underset{v=0}{\overset{m}{\Σ}}\[\left(\begin{array}{c}m\\ v\end{array}\right){\mathrm{\γ}}_0^{m-v}{\left(\frac{{\mathrm{C\γ}}_0}{{\mathrm{\η}}_{2\left(i\right)}}\left(1-{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2\right){\mathrm{\η}}_{1\left(i\right)}\right)}^{\frac{1}{2}(v+1)}{K}_{v+1}\left({\left(\frac{4{\mathrm{C\γ}}_0}{{\mathrm{\η}}_{2\left(i\right)}}\right)}^{1/2}\frac{1}{\sqrt{(1-{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2){\mathrm{\η}}_{1\left(i\right)}}}\right)\]\}\end{array}$

其中，γ₀表示信噪比门限，η_1(i)表示第一跳链路的平均信噪比，η_2(i)表示第二跳链路的平均信噪比，是与第一跳链路平均信噪比相关的参数，Γ(·)表示伽马函数，K_v(·)表示第一类修正的v阶贝塞尔函数；

第五步：源节点比较每个中继节点对应的中断概率，选择使其最小的中继节点作为协作中继，记为具体计算过程如下：

初始化迭代次数m＝0；

按照条件中断概率的计算式更新

按照条件中断概率迭代增量的计算式

$\begin{array}{c}{B}_{m,i}=\frac{e^{-\frac{{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{1\left(i\right)}}{(1-{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2){\mathrm{\η}}_{1\left(i\right)}}}}{{(m!)}^2}{\left(\frac{{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{1\left(i\right)}}{(1-{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2){\mathrm{\η}}_{1\left(i\right)}}\right)}^m\×\{\mathrm{\Γ}(m+1)-\frac{2e^{-\frac{{\mathrm{\γ}}_0}{(1-{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2){\mathrm{\η}}_{1\left(i\right)}}}}{(1-{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2){\mathrm{\η}}_{1\left(i\right)}}{\left(\frac{1}{(1-{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2){\mathrm{\η}}_{1\left(i\right)}}\right)}^m\\ \×\underset{v=0}{\overset{m}{\Σ}}\[\left(\begin{array}{c}m\\ v\end{array}\right){\mathrm{\γ}}_0^{m-v}{\left(\frac{{\mathrm{C\γ}}_0}{{\mathrm{\η}}_{2\left(i\right)}}\left(1-{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2\right){\mathrm{\η}}_{1\left(i\right)}\right)}^{\frac{1}{2}(v+1)}{K}_{v+1}\left({\left(\frac{4{\mathrm{C\γ}}_0}{{\mathrm{\η}}_{2\left(i\right)}}\right)}^{1/2}\frac{1}{\sqrt{(1-{\mathrm{\ρ}}_{1\left(i\right)}^2){\mathrm{\η}}_{1\left(i\right)}}}\right)\]\},\end{array}$

计算条件中断概率迭代增量B_m,i；

按照条件中断概率更新计算式更新

若1≤i≤N_r，更新m＝m+1，跳到按照条件中断概率的计算式更新步骤；否则，结束循环；

选择使中断概率最小的中继节点,中继标号记为k,

第六步：节点通知被选择的中继节点k，向该中继节点发送数据，其它中继节点保持待命状态；

第七步：中继节点k收到数据后，向目的节点进行放大转发，协助源节点完成数据传输。