CN105050155A - 基于csi预测的多用户中继选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于CSI预测的多用户中继选择方法，所述方法包括：方案一，按照用户业务对QoS要求的高低次序分别为用户选中继，选取具有最大的用户到各中继之间链路的预测信干噪比的中继节点为用户进行数据转发。方案二，首先在特定的能量限制下最小化所有用户的通信中断概率均值之和进行功率分配，测量分配功率下的信干噪比，再计算预测信干噪比，然后按照用户业务对QoS要求的高低次序分别为用户选中继，选取具有最大的用户到各中继之间链路的预测信干噪比的中继节点为用户进行数据转发。本发明有效克服了过时CSI对系统性能的影响，充分考虑了用户间的干扰，更贴近实际，更能保障系统性能，并且操作简单、计算量少、精度较高。

Description

基于CSI预测的多用户中继选择方法

技术领域

本发明涉及无线协作通信领域，具体涉及一种基于CSI预测的多用户中继选择方法。

背景技术

已有的多用户中继选择和功率分配方法一般都建立在过时的信道状态信息(CSI，ChannelStatusInformation)基础上，与中继转发时的CSI可能存在显著的差异。现有的多用户中继选择方法比如最大化网络的最小速率之和、用户的可达率之和、用户的接收信噪比之和等大都是基于信噪比研究，而忽略了多用户间的信道干扰，干扰的存在是多用户网络中一个不可小觑的问题。此外，对信噪比或信干噪比的预测有助于系统克服过时CSI的影响，但是现有中继选择方法中只有基于预测信噪比的中继选择方法，基于预测信干噪比的中继选择方法未见报道。

发明内容

本发明提供一种基于CSI预测的多用户中继选择方法，与已有的CSI预测方法比较，本发明具有以下特点：(1)区别于一般中继选择方法，本发明方法采用预测CSI进行中继选择，有效克服了过时CSI对系统性能的影响。(2)本发明考虑了多用户之间的干扰因素，将信干噪比引入多用户中继选择和功率分配，更贴近实际，更能保障系统性能。(3)本发明通过在测量信干噪比基础上添加特定分布的随机数获得预测信干噪比，预测精度比直接预测信干噪比高、性能好且实现简单。(4)本发明提供了一种考虑多用户功率资源公平分配的功率分配方法，并用于多用户中继选择方法中，为解决协作通信中多用户的公平问题提供了有益的帮助。

下面阐述本发明的技术方案。

方案一：

一种基于CSI预测的多用户中继选择方法，所述方法包括：

(1)计算用户u到中继节点i之间链路的预测信干噪比

(2)按照用户业务对QoS(服务质量，QualityofService)要求的高低次序分别为用户u选择中继节点，比较用户u到各中继节点之间链路的预测信干噪比大小，选取具有最大预测信干噪比的中继节点为用户u进行转发信息；

其中：u是用户序号，u∈S_user；i是中继节点序号，i∈S_relay；是用户u到中继节点i之间链路的测量信干噪比，Δ^ui为服从概率密度函数为的分布的随机数；

$\begin{array}{c}{f}_{{\mathrm{\Δ}}^{ui}}\left({\mathrm{\Δ}}^{ui}\right)=\exp \left(\frac{{\mathrm{\σ}}_{{\mathrm{\ϵ}}_{ui}}^2}{{\mathrm{\ρ}}_{ui}}-\frac{A^{ui}\left({\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{ui}+{\mathrm{\Δ}}^{ui}\right)}{{\mathrm{\ρ}}_{ui}{P}_u}\right)\underset{m=1}{\overset{N_{ui}}{\mathrm{\Σ}}}\frac{\exp \left(\underset{n=1}{\overset{N_{ui}}{\mathrm{\Σ}}}-P_n^{ui}{\mathrm{\σ}}_{{\mathrm{\ϵ}}_n^{ui}}^2{s}_m^{ui}-s_m^{ui}{\mathrm{\σ}}_{ui}^2+A^{ui}{s}_m^{ui}\right)}{B_m^{ui}}\\ \×\frac{{\mathrm{\ρ}}_{ui}{P}_u+A^{ui}({\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{ui}+{\mathrm{\Δ}}^{ui}-{\mathrm{\ρ}}_{ui}{P}_u{S}_m^{ui})}{{({\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{ui}+{\mathrm{\Δ}}^{ui}-{\mathrm{\ρ}}_{ui}{P}_u{s}_m^{ui})}^2},{\mathrm{\Δ}}^{ui}>-{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{ui}\end{array}$

其中，

$s_m^{ui}=-\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_m^{ui}{P}_m^{ui}},$

$A^{ui}=max\left\{\frac{P_u{\mathrm{\σ}}_{{\mathrm{\ϵ}}_{ui}}^2}{{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{ui}+{\mathrm{\Δ}}^{ui}},\underset{n=1}{\overset{N_{ui}}{\mathrm{\Σ}}}{P}_n^{ui}{\mathrm{\σ}}_{{\mathrm{\ϵ}}_n^{ui}}^2+{\mathrm{\σ}}_{ui}^2\right\},$

$B_m^{ui}=\frac{d}{ds}\[\underset{n=1}{\overset{N_{ui}}{\mathrm{\Π}}}\left({\mathrm{s\ρ}}_n^{ui}{P}_n^{ui}+1\right)\]{|}_{s=s_m^{ui}},$

上述式中：

exp(·)表示指数函数，max{·}表示取最大值；

h_ui为用户u到第i个中继节点之间链路的预测信道系数；

为用户u到第i个中继节点之间链路的测量信道系数；

ρ_ui为h_ui和的相关系数；

P_u为用户u的发射功率；

为的方差；

为第i个中继节点处用户u的噪声的方差；

N_ui为第i个中继节点处用户u的干扰信号个数；n＝1,2,...,N_ui，表示第n个干扰信号；

为第i个中继节点处用户u的第n个干扰信号的预测信道系数；

为第i个中继节点处用户u的第n个干扰信号的测量信道系数；

为和的相关系数；

为第i个中继节点处用户u的第n个干扰信号的发射功率；

为的方差；

m(m＝1,2,...,N_ui)是下标。

方案二：

一种基于CSI预测的多用户中继选择方法，所述方法包括：

(1)在特定的能量限制下最小化所有用户的通信中断概率均值之和以分配各用户的发射功率，即：得出用户的发射功率集合P， $P=\{P_1,P_2,...,P_{N_{user}}\};$ 所述特定的能量限制为： $\begin{array}{cc}s.t.& \underset{u=1}{\overset{N_{user}}{\mathrm{\Σ}}}{P}_u\≤E_T\\ & E_{\min }^u\≤P_u\≤E_{\max }^u,1\≤u\≤N_{user}\end{array};$

其中：

$J_u\left(P_u\right)=\underset{i=1}{\overset{N_{relay}}{\Σ}}{F}_{{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}}\left({\mathrm{\γ}}_T\right)p_{select}^{ui}\left(P_u\right),u\∈S_{user};$

$p_{select}^{ui}\left(P_u\right)=\underset{j\≠i}{\overset{N_{relay}}{\underset{j=1}{\mathrm{\Π}}}}p\left({\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}\≥{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{uj}\right),i\∈S_{relay};$

$p({\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}\≥{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{uj})={\∫}_0^{\mathrm{\∞}}{\∫}_{{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{uj}}^{\mathrm{\∞}}{f}_{{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}}\left({\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}\right)f_{{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{uj}}\left({\mathrm{\γ}}_{SIN}^{uj}\right){\mathrm{d\γ}}_{SIN}^{ui}{\mathrm{d\γ}}_{SIN}^{uj};$

$F_{{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}}\left({\mathrm{\γ}}_T\right)={\∫}_0^{{\mathrm{\γ}}_T}{f}_{{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}}\left({\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}\right){\mathrm{d\γ}}_{SIN}^{ui};$

$\begin{array}{c}{f}_{{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}}\left({\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}\right)=\exp \left(\frac{{\mathrm{\σ}}_{{\mathrm{\ϵ}}_{ui}}^2}{{\mathrm{\ρ}}_{ui}}-\frac{D^{ui}{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}}{{\mathrm{\ρ}}_{ui}{P}_u}\right)\underset{m=1}{\overset{N_{ui}}{\Σ}}\frac{\exp \left(\underset{n=1}{\overset{N_{ui}}{\Σ}}-P_n^{ui}{\mathrm{\σ}}_{{\mathrm{\ϵ}}_n^{ui}}^2{s}_m^{ui}-s_m^{ui}{\mathrm{\σ}}_{ui}^2+D^{ui}{s}_m^{ui}\right)}{B_m^{ui}}\\ \×\frac{{\mathrm{\ρ}}_{ui}{P}_u+D^{ui}({\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}-{\mathrm{\ρ}}_{ui}{P}_u{s}_m^{ui})}{{({\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}-{\mathrm{\ρ}}_{ui}{P}_u{s}_m^{ui})}^2},{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}>0\end{array}$

其中，

$s_m^{ui}=-\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_m^{ui}{P}_m^{ui}},$

$D^{ui}=max\left\{\frac{P_u{\mathrm{\σ}}_{{\mathrm{\ϵ}}_{ui}}^2}{{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}},\underset{n=1}{\overset{N_{ui}}{\mathrm{\Σ}}}{P}_n^{ui}{\mathrm{\σ}}_{{\mathrm{\ϵ}}_n^{ui}}^2+{\mathrm{\σ}}_{ui}^2\right\},$

$B_m^{ui}=\frac{d}{ds}\[\underset{m=1}{\overset{N_{ui}}{\mathrm{\Π}}}\left({\mathrm{s\ρ}}_n^{ui}{P}_n^{ui}+1\right)\]{|}_{s=s_m^{ui}}.$

上述式中：

u是用户序号，u∈S_user；i是中继节点序号，i∈S_relay；

P_u表示用户u的发射功率，分别为u＝1,2,...,N_user时的P_u；

J_u(P_u)是用户u的通信中断概率均值；

为中继节点i被用户u选择的概率；

为用户u到第i个中继节点之间的链路发生中断的概率，γ_T为链路发生中断的信干噪比阈值，当信干噪比低于该阈值时，通信链路发生中断；

E_T为归一化的可用的总能量，为归一化的可分配给用户u的最小能量，为归一化的可分配给用户u的最大能量；

exp(·)表示指数函数，max{·}表示取最大值；

h_ui为用户u到第i个中继节点之间链路的预测信道系数；

为用户u到第i个中继节点之间链路的测量信道系数；

ρ_ui为h_ui和的相关系数；

为的方差；

为第i个中继节点处用户u的噪声的方差；

N_ui为第i个中继节点处用户u的干扰信号个数；n＝1,2,...,N_ui，表示第n个干扰信号；

为第i个中继节点处用户u的第n个干扰信号的预测信道系数；

为第i个中继节点处用户u的第n个干扰信号的测量信道系数；

为和的相关系数；

为第i个中继节点处用户u的第n个干扰信号的发射功率；

为的方差；

j(j＝1,2,...,N_relay)、m(m＝1,2,...,N_ui)都是下标。

(2)测量分配功率P下用户u到第i个中继节点之间链路的信干噪比

(3)计算用户u到中继节点i之间链路的预测信干噪比

(4)按照用户业务对QoS(服务质量，QualityofService)要求的高低次序分别为用户u选取中继节点，比较用户u到各中继节点之间链路的预测信干噪比大小，选取具有最大预测信干噪比的中继节点为用户u进行转发信息；

其中：

Δ^ui为服从概率密度函数为的分布的随机数；

$\begin{array}{c}{f}_{{\mathrm{\Δ}}^{ui}}\left({\mathrm{\Δ}}^{ui}\right)=\exp \left(\frac{{\mathrm{\σ}}_{{\mathrm{\ϵ}}_{ui}}^2}{{\mathrm{\ρ}}_{ui}}-\frac{A^{ui}\left({\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{ui}+{\mathrm{\Δ}}^{ui}\right)}{{\mathrm{\ρ}}_{ui}{P}_u}\right)\underset{m=1}{\overset{N_{ui}}{\mathrm{\Σ}}}\frac{\exp \left(\underset{n=1}{\overset{N_{ui}}{\mathrm{\Σ}}}-P_n^{ui}{\mathrm{\σ}}_{{\mathrm{\ϵ}}_n^{ui}}^2{s}_m^{ui}-s_m^{ui}{\mathrm{\σ}}_{ui}^2+A^{ui}{s}_m^{ui}\right)}{B_m^{ui}}\\ \×\frac{{\mathrm{\ρ}}_{ui}{P}_u+A^{ui}({\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{ui}+{\mathrm{\Δ}}^{ui}-{\mathrm{\ρ}}_{ui}{P}_u{S}_m^{ui})}{{({\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{ui}+{\mathrm{\Δ}}^{ui}-{\mathrm{\ρ}}_{ui}{P}_u{s}_m^{ui})}^2},{\mathrm{\Δ}}^{ui}>-{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{ui}\end{array}$

其中，

$s_m^{ui}=-\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_m^{ui}{P}_m^{ui}},$

$A^{ui}=max\left\{\frac{P_u{\mathrm{\σ}}_{{\mathrm{\ϵ}}_{ui}}^2}{{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{ui}+{\mathrm{\Δ}}^{ui}},\underset{n=1}{\overset{N_{ui}}{\mathrm{\Σ}}}{P}_n^{ui}{\mathrm{\σ}}_{{\mathrm{\ϵ}}_n^{ui}}^2+{\mathrm{\σ}}_{ui}^2\right\},$

$B_m^{ui}=\frac{d}{ds}\[\underset{n=1}{\overset{N_{ui}}{\mathrm{\Π}}}\left({\mathrm{s\ρ}}_n^{ui}{P}_n^{ui}+1\right)\]{|}_{s=s_m^{ui}}.$

具体实施方式

本发明所述基于CSI预测的多用户中继选择方法的系统模型由一个含N_user个用户的用户集S_user＝{1,2,...,N_user}、一个目的节点D和含N_relay个DF(Decode-and-Forward，译码转发)类型的中继节点集S_relay＝{1,2,...,N_relay}组成，不失一般性，由于相距很远或被阻挡，目的节点接收不到来自用户的信号，信道为瑞利信道。

[中继选择方案一]：

(1)计算用户u到中继节点i之间链路的预测信干噪比 ${\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui},$ $u=1,2,...,N_{user},i=1,2,...,N_{relay}.$ 通过如下预测算法算出： ${\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}={\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{ui}+{\mathrm{\Δ}}^{ui},$ 其中为用户u(u∈S_user)到第i(i∈S_relay)个中继节点之间链路的测量信干噪比；Δ^ui为服从概率密度函数(pdf)为的分布的随机数，

$\begin{array}{c}{f}_{{\mathrm{\Δ}}^{ui}}\left({\mathrm{\Δ}}^{ui}\right)=\exp \left(\frac{{\mathrm{\σ}}_{{\mathrm{\ϵ}}_{ui}}^2}{{\mathrm{\ρ}}_{ui}}-\frac{A^{ui}\left({\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{ui}+{\mathrm{\Δ}}^{ui}\right)}{{\mathrm{\ρ}}_{ui}{P}_u}\right)\underset{m=1}{\overset{N_{ui}}{\mathrm{\Σ}}}\frac{\exp \left(\underset{n=1}{\overset{N_{ui}}{\mathrm{\Σ}}}-P_n^{ui}{\mathrm{\σ}}_{{\mathrm{\ϵ}}_n^{ui}}^2{s}_m^{ui}-s_m^{ui}{\mathrm{\σ}}_{ui}^2+A^{ui}{s}_m^{ui}\right)}{B_m^{ui}}\\ \×\frac{{\mathrm{\ρ}}_{ui}{P}_u+A^{ui}({\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{ui}+{\mathrm{\Δ}}^{ui}-{\mathrm{\ρ}}_{ui}{P}_u{S}_m^{ui})}{{({\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{ui}+{\mathrm{\Δ}}^{ui}-{\mathrm{\ρ}}_{ui}{P}_u{s}_m^{ui})}^2},{\mathrm{\Δ}}^{ui}>-{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{ui}\end{array}$

其中，

$s_m^{ui}=-\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_m^{ui}{P}_m^{ui}},$

$A^{ui}=max\left\{\frac{P_u{\mathrm{\σ}}_{{\mathrm{\ϵ}}_{ui}}^2}{{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{ui}+{\mathrm{\Δ}}^{ui}},\underset{n=1}{\overset{N_{ui}}{\mathrm{\Σ}}}{P}_n^{ui}{\mathrm{\σ}}_{{\mathrm{\ϵ}}_n^{ui}}^2+{\mathrm{\σ}}_{ui}^2\right\},$

$B_m^{ui}=\frac{d}{ds}\[\underset{n=1}{\overset{N_{ui}}{\mathrm{\Π}}}\left({\mathrm{s\ρ}}_n^{ui}{P}_n^{ui}+1\right)\]{|}_{s=s_m^{ui}},$

exp(·)表示指数函数，max{·}表示取最大值；记用户u到第i个中继节点之间链路的预测信道系数为h_ui，用户u到第i个中继节点之间链路的测量信道系数为ρ_ui为h_ui和的相关系数；P_u为用户u的发射功率；为的方差；为第i个中继节点处用户u的噪声的方差；N_ui为第i个中继节点处用户u的干扰信号个数；n＝1,2,...,N_ui，表示第n个干扰信号；记第i个中继节点处用户u的第n个干扰信号的预测信道系数为第i个中继节点处用户u的第n个干扰信号的测量信道系数为为和的相关系数；为第i个中继节点处用户u的第n个干扰信号的发射功率；为的方差；m(m＝1,2,...,N_ui)是下标。

根据特定的分布产生随机数的方法已有现成算法，本发明不再赘述。

(2)按照用户业务对QoS(服务质量，QualityofService)要求的高低次序分别为用户u选中继，选取具有最大的用户u到各中继之间链路的预测信干噪比的中继节点为用户u进行数据转发：中继即为所选用来为用户u转发信息的中继。如果用户业务对QoS(服务质量，QualityofService)要求的高低次序相同，则按照随机次序给这些用户选中继。同一个中继可以被不同的用户选择，如果该中继已经超负荷，则选择该中继的用户需要重新选择其他未超负荷的中继进行转发信息。

[中继选择方案二]：

(1)在特定的能量限制下最小化所有用户的通信中断概率均值之和以分配各用户的发射功率，得出用户的发射功率集合P，

$\underset{P}{\mathrm{argmin}}\underset{u=1}{\overset{N_{user}}{\Σ}}{J}_u\left(P_u\right)$

$\begin{array}{cc}s.t.& \underset{u=1}{\overset{N_{user}}{\mathrm{\Σ}}}{P}_u\≤E_T\end{array}.$

$E_{min}^u\≤P_u\≤E_{max}^u,1\≤u\≤N_{user}$

其中， $J_u\left(P_u\right)=\underset{i=1}{\overset{N_{relay}}{\Σ}}{F}_{{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}}\left({\mathrm{\γ}}_T\right)p_{select}^{ui}\left(P_u\right),u\∈S_{user},$

$p_{select}^{ui}\left(P_u\right)=\underset{j\≠i}{\overset{N_{relay}}{\underset{j=1}{\mathrm{\Π}}}}p\left({\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}\≥{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{uj}\right),i\∈S_{relay};$

$p({\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}\≥{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{uj})={\∫}_0^{\mathrm{\∞}}{\∫}_{{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{uj}}^{\mathrm{\∞}}{f}_{{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}}\left({\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}\right)f_{{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{uj}}\left({\mathrm{\γ}}_{SIN}^{uj}\right){\mathrm{d\γ}}_{SIN}^{ui}{\mathrm{d\γ}}_{SIN}^{uj},$

$F_{{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}}\left({\mathrm{\γ}}_T\right)={\∫}_0^{{\mathrm{\γ}}_T}{f}_{{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}}\left({\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}\right){\mathrm{d\γ}}_{SIN}^{ui},$

$\begin{array}{c}{f}_{{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}}\left({\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}\right)=\exp \left(\frac{{\mathrm{\σ}}_{{\mathrm{\ϵ}}_{ui}}^2}{{\mathrm{\ρ}}_{ui}}-\frac{D^{ui}{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}}{{\mathrm{\ρ}}_{ui}{P}_u}\right)\underset{m=1}{\overset{N_{ui}}{\Σ}}\frac{\exp \left(\underset{n=1}{\overset{N_{ui}}{\Σ}}-P_n^{ui}{\mathrm{\σ}}_{{\mathrm{\ϵ}}_n^{ui}}^2{s}_m^{ui}-s_m^{ui}{\mathrm{\σ}}_{ui}^2+D^{ui}{s}_m^{ui}\right)}{B_m^{ui}}\\ \×\frac{{\mathrm{\ρ}}_{ui}{P}_u+D^{ui}({\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}-{\mathrm{\ρ}}_{ui}{P}_u{s}_m^{ui})}{{({\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}-{\mathrm{\ρ}}_{ui}{P}_u{s}_m^{ui})}^2},{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}>0\end{array}$

其中，

$s_m^{ui}=-\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_m^{ui}{P}_m^{ui}},$

$D^{ui}=max\left\{\frac{P_u{\mathrm{\σ}}_{{\mathrm{\ϵ}}_{ui}}^2}{{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}},\underset{n=1}{\overset{N_{ui}}{\mathrm{\Σ}}}{P}_n^{ui}{\mathrm{\σ}}_{{\mathrm{\ϵ}}_n^{ui}}^2+{\mathrm{\σ}}_{ui}^2\right\},$

$B_m^{ui}=\frac{d}{ds}\[\underset{m=1}{\overset{N_{ui}}{\mathrm{\Π}}}\left({\mathrm{s\ρ}}_n^{ui}{P}_n^{ui}+1\right)\]{|}_{s=s_m^{ui}}.$

分别为u＝1,2,...,N_user时的P_u，P_u表示用户u(u∈S_user)的发射功率；J_u(P_u)是用户u的通信中断概率均值；为中继节点i(i∈S_relay)被用户u选择的概率；为用户u到第i个中继节点之间的链路发生中断的概率，γ_T为链路发生中断的信干噪比阈值，当信干噪比低于该阈值时，通信链路发生中断；E_T为归一化的可用的总能量，为归一化的可分配给用户u的最小能量，为归一化的可分配给用户u的最大能量。

exp(·)表示指数函数，max{·}表示取最大值；记用户u到第i个中继节点之间链路的预测信道系数为h_ui，用户u到第i个中继节点之间链路的测量信道系数为ρ_ui为h_ui和的相关系数；为的方差；为第i个中继节点处用户u的噪声的方差；N_ui为第i个中继节点处用户u的干扰信号个数；n＝1,2,...,N_ui，表示第n个干扰信号；记第i个中继节点处用户u的第n个干扰信号的预测信道系数为第i个中继节点处用户u的第n个干扰信号的测量信道系数为为和的相关系数；为第i个中继节点处用户u的第n个干扰信号的发射功率；为的方差；j(j＝1,2,...,N_relay)、m(m＝1,2,...,N_ui)都是下标。

在特定的能量限制下最小化所有用户的通信中断概率均值之和可以算出用户的发射功率集合P，具体的解法可参照几何规划问题的解法，已有现成算法，此处不赘述。

(2)测量分配功率P下用户u到第i个中继节点之间链路的信干噪比 即为用户u到第i个中继节点之间链路的测量信干噪比；计算用户u到中继节点i之间链路的预测信干噪比 ${\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui},$ $u=1,2,...,N_{user},i=1,2,...,N_{relay}.$ 通过如下预测算法算出： ${\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}={\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{ui}+{\mathrm{\Δ}}^{ui},$ 其中Δ^ui为服从概率密度函数(pdf)为的分布的随机数，

$\begin{array}{c}{f}_{{\mathrm{\Δ}}^{ui}}\left({\mathrm{\Δ}}^{ui}\right)=\exp \left(\frac{{\mathrm{\σ}}_{{\mathrm{\ϵ}}_{ui}}^2}{{\mathrm{\ρ}}_{ui}}-\frac{A^{ui}\left({\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{ui}+{\mathrm{\Δ}}^{ui}\right)}{{\mathrm{\ρ}}_{ui}{P}_u}\right)\underset{m=1}{\overset{N_{ui}}{\mathrm{\Σ}}}\frac{\exp \left(\underset{n=1}{\overset{N_{ui}}{\mathrm{\Σ}}}-P_n^{ui}{\mathrm{\σ}}_{{\mathrm{\ϵ}}_n^{ui}}^2{s}_m^{ui}-s_m^{ui}{\mathrm{\σ}}_{ui}^2+A^{ui}{s}_m^{ui}\right)}{B_m^{ui}}\\ \×\frac{{\mathrm{\ρ}}_{ui}{P}_u+A^{ui}({\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{ui}+{\mathrm{\Δ}}^{ui}-{\mathrm{\ρ}}_{ui}{P}_u{S}_m^{ui})}{{({\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{ui}+{\mathrm{\Δ}}^{ui}-{\mathrm{\ρ}}_{ui}{P}_u{s}_m^{ui})}^2},{\mathrm{\Δ}}^{ui}>-{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{ui}\end{array}$

其中，

$s_m^{ui}=-\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_m^{ui}{P}_m^{ui}},$

$A^{ui}=max\left\{\frac{P_u{\mathrm{\σ}}_{{\mathrm{\ϵ}}_{ui}}^2}{{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{ui}+{\mathrm{\Δ}}^{ui}},\underset{n=1}{\overset{N_{ui}}{\mathrm{\Σ}}}{P}_n^{ui}{\mathrm{\σ}}_{{\mathrm{\ϵ}}_n^{ui}}^2+{\mathrm{\σ}}_{ui}^2\right\},$

$B_m^{ui}=\frac{d}{ds}\[\underset{n=1}{\overset{N_{ui}}{\mathrm{\Π}}}\left({\mathrm{s\ρ}}_n^{ui}{P}_n^{ui}+1\right)\]{|}_{s=s_m^{ui}},$

根据特定的分布产生随机数的方法已有现成算法，本发明不再赘述。

(3)按照用户业务对QoS(服务质量，QualityofService)要求的高低次序分别为用户u选中继，选取具有最大的用户u到各中继之间链路的预测信干噪比的中继节点为用户u进行数据转发：中继即为所选用来为用户u转发信息的中继。如果用户业务对QoS(服务质量，QualityofService)要求的高低次序相同，则按照随机次序给这些用户选中继。同一个中继可以被不同的用户选择，如果该中继已经超负荷，则选择该中继的用户需要重新选择其他未超负荷的中继进行转发信息。

下面用具体的数据事例对本发明作一演算说明，可以更好的体现本发明的效果。

系统中有4个用户，3个DF中继，即N_user＝4，N_relay＝3。

[中继选择方案一]：

(1)计算用户u到中继节点i之间链路的预测信干噪比 ${\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui},u=1,2,3,4,$ $i=1,2,3.$

通过测量可得到 ${\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{ui},u=1,2,3,4,i=1,2,3,$ 如下：

${\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{11}=20.6015243156496,{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{12}=17.1820604313161,{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{13}=11.0809606614043,$

${\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{21}=11.9605734466424,{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{22}=16.0684236671411,{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{23}=17.7595896304299,$

${\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{31}=28.9623883207618,{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{32}=20.5536539133240,{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{33}=16.6809678463277,$

${\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{41}=4.30786864917042,{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{42}=20.5028687730994,{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{43}=\mathrm{23.0216583002298.}$

随机生成服从概率密度函数(pdf)为的分布的随机数Δ^ui，u＝1,2,3,4，i＝1,2,3，如下：

Δ¹¹＝1.98889377031179，Δ¹²＝1.79387146709666，Δ¹³＝0.431129541831968，

Δ²¹＝2.53469300991786，Δ²²＝0.712717196241362，Δ²³＝0.690501305575125，

Δ³¹＝2.22688513338324，Δ³²＝2.38839563175764，Δ³³＝-1.44428416199490，

Δ⁴¹＝1.19655907521398，Δ⁴²＝0.352929893030850，Δ⁴³＝2.93838029281510。

则根据 ${\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}={\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{ui}+{\mathrm{\Δ}}^{ui}$ 可得 ${\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui},(u=1,2,3,4,i=1,2,3),$ 如下：

${\mathrm{\γ}}_{SIN}^{11}=22.5904180859614,{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{12}=18.9759318984127,{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{13}=11.5120902032363,$

${\mathrm{\γ}}_{SIN}^{21}=14.4952664565602,{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{22}=16.7811408633825,{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{23}=18.4500909360050,$

${\mathrm{\γ}}_{SIN}^{31}=31.1892734541451,{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{32}=22.9420495450817,{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{33}=15.2366836843328,$

${\mathrm{\γ}}_{SIN}^{41}=5.50442772438440,{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{42}=20.8557986661303,{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{43}=\mathrm{25.9600385930449.}$

(2)按照用户业务对QoS(服务质量，QualityofService)要求的高低次序分别为用户u选中继，选取具有最大的用户u到各中继之间链路的预测信干噪比的中继节点为用户u进行数据转发：中继即为所选用来为用户u转发信息的中继。

则由(1)中的 ${\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui},(u=1,2,3,4,i=1,2,3)$ 及 $i_u^{*}=\arg \underset{i\∈S_{relay}}{max}\left\{{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}\right\}$ 可得 $i_u^{*}$ $(u=1,2,3,4,i=1,2,3),$ 如下：

中继1即为所选用来为用户1转发信息的中继；

中继3即为所选用来为用户2转发信息的中继；

中继1即为所选用来为用户3转发信息的中继；

中继3即为所选用来为用户4转发信息的中继。

[中继选择方案二]：

(1)在特定的能量限制下最小化所有用户的通信中断概率均值之和以分配各用户的发射功率，得出用户的发射功率集合P，P＝{P₁,P₂,P₃,P₄}：

$\underset{P}{\mathrm{argmin}}\underset{u=1}{\overset{N_{user}}{\Σ}}{J}_u\left(P_u\right)$

$\begin{array}{cc}s.t.& \underset{u=1}{\overset{N_{user}}{\Σ}}{P}_u\≤E_T\end{array}.$

$E_{min}^u\≤P_u\≤E_{max}^u,1\≤u\≤N_{user}$

通过解上述功率分配问题，可以得出用户的发射功率集合P＝{P₁,P₂,P₃,P₄}＝{12.5,3.75,5,3.75}。

(2)测量分配功率P下用户u到第i个中继节点之间链路的信干噪比u＝1,2,3,4，i＝1,2,3。

在分配功率P下通过测量可得到如下：

${\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{11}=31.6951022638524,{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{12}=28.8367546240371,{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{13}=29.4935729817515,$

${\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{21}=16.4470177139339,{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{22}=9.42275769292599,{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{23}=2.31280000507974,$

${\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{31}=0.893157844480491,{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{32}=25.6876309579245,{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{33}=16.4184141922068,$

${\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{41}=11.2832900213071,{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{42}=18.9923984000255,{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{43}=\mathrm{8.33723611792161.}$

随机生成服从概率密度函数(pdf)为的分布的随机数Δ^ui，u＝1,2,3,4，i＝1,2,3，如下：

Δ¹¹＝1.41750557462904，Δ¹²＝2.34037552975391，Δ¹³＝1.80352079464935，

Δ²¹＝-0.433022917850987，Δ²²＝0.611967917670990，Δ²³＝0.899673437866266，

Δ³¹＝1.06103384606523，Δ³²＝1.60009283313932，Δ³³＝1.98996532117395，

Δ⁴¹＝-0.294678841455123，Δ⁴²＝0.955471070009452，Δ⁴³＝2.23936312360447。

则根据 ${\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}={\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{ui}+{\mathrm{\Δ}}^{ui}$ 可得 ${\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui},(u=1,2,3,4,i=1,2,3),$ 如下：

${\mathrm{\γ}}_{SIN}^{11}=33.1126078384815,{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{12}=31.1771301537911,{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{13}=31.2970937764009,$

${\mathrm{\γ}}_{SIN}^{21}=16.0139887960829,{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{22}=10.0347256105970,{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{23}=3.21247344294600,$

${\mathrm{\γ}}_{SIN}^{31}=1.95419169054572,{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{32}=27.2877237910639,{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{33}=18.4083795133807,$

${\mathrm{\γ}}_{SIN}^{41}=10.9886111798520,{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{42}=19.9478694700350,{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{43}=\mathrm{10.5765992415261.}$

(3)按照用户业务对QoS(服务质量，QualityofService)要求的高低次序分别为用户u选中继，选取具有最大的用户u到各中继之间链路的预测信干噪比的中继节点为用户u进行数据转发：中继即为所选用来为用户u转发信息的中继。

则由(2)中的 ${\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui},(u=1,2,3,4,i=1,2,3)$ 及 $i_u^{*}=\arg \underset{i\∈S_{relay}}{max}\left\{{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}\right\}$ 可得 $i_u^{*}$ $(u=1,2,3,4,i=1,2,3),$ 如下：

中继1即为所选用来为用户1转发信息的中继；

中继1即为所选用来为用户2转发信息的中继；

中继2即为所选用来为用户3转发信息的中继；

中继2即为所选用来为用户4转发信息的中继。

Claims (4)

1.一种基于CSI预测的多用户中继选择方法，所述方法包括：

(1)计算用户u到中继节点i之间链路的预测信干噪比

(2)按照用户业务对服务质量QoS要求的高低次序分别为用户u选择中继节点，比较用户u到各中继节点之间链路的预测信干噪比大小，选取具有最大预测信干噪比的中继节点为用户u进行转发信息；

其中：u是用户序号，u∈S_user，S_user是含N_user个用户的用户集，S_user＝{1,2,...,N_user}；i是中继节点序号，i∈S_relay，S_relay是含N_relay个DF(Decode-and-Forward，译码转发)类型的中继节点集，S_relay＝{1,2,...,N_relay}；是用户u到中继节点i之间链路的测量信干噪比，Δ^ui为服从概率密度函数为的分布的随机数；

$f_{{\mathrm{\Δ}}^{ui}}\left({\mathrm{\Δ}}^{ui}\right)=\exp \left(\frac{{\mathrm{\σ}}_{{\mathrm{\ϵ}}_{ui}}^2}{{\mathrm{\ρ}}_{ui}}-\frac{A^{ui}\left({\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{ui}+{\mathrm{\Δ}}^{ui}\right)}{{\mathrm{\ρ}}_{ui}{P}_u}\right)\underset{m=1}{\overset{N_{ui}}{\mathrm{\Σ}}}\frac{\exp \left(\underset{n=1}{\overset{N_{ui}}{\mathrm{\Σ}}}-P_n^{ui}{\mathrm{\σ}}_{{\mathrm{\ϵ}}_n^{ui}}^2{s}_m^{ui}-s_m^{ui}{\mathrm{\σ}}_{ui}^2+A^{ui}{s}_m^{ui}\right)}{B_m^{ui}}$

$\×\frac{{\mathrm{\ρ}}_{ui}{P}_u+A^{ui}({\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{ui}+{\mathrm{\Δ}}^{ui}-{\mathrm{\ρ}}_{ui}{P}_u{S}_m^{ui})}{{({\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{ui}+{\mathrm{\Δ}}^{ui}-{\mathrm{\ρ}}_{ui}{P}_u{s}_m^{ui})}^2},{\mathrm{\Δ}}^{ui}>-{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{ui}$

其中，

$s_m^{ui}=-\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_m^{ui}{P}_m^{ui}},$

$A^{ui}=max\left\{\frac{P_u{\mathrm{\σ}}_{{\mathrm{\ϵ}}_{ui}}^2}{{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{ui}+{\mathrm{\Δ}}^{ui}},\underset{n=1}{\overset{N_{ui}}{\mathrm{\Σ}}}{P}_n^{ui}{\mathrm{\σ}}_{{\mathrm{\ϵ}}_n^{ui}}^2+{\mathrm{\σ}}_{ui}^2\right\},$

$B_m^{ui}=\frac{d}{ds}\[\underset{n=1}{\overset{N_{ui}}{\mathrm{\Π}}}\left({\mathrm{s\ρ}}_n^{ui}{P}_n^{ui}+1\right)\]{|}_{s=s_m^{ui}};$

上述式中：

exp(·)表示指数函数，max{·}表示取最大值；

h_ui为用户u到第i个中继节点之间链路的预测信道系数；

为用户u到第i个中继节点之间链路的测量信道系数；

ρ_ui为h_ui和的相关系数；

P_u为用户u的发射功率；

为的方差；

为第i个中继节点处用户u的噪声的方差；

N_ui为第i个中继节点处用户u的干扰信号个数；n＝1,2,...,N_ui，表示第n个干扰信号；

为第i个中继节点处用户u的第n个干扰信号的预测信道系数；

为第i个中继节点处用户u的第n个干扰信号的测量信道系数；

为和的相关系数；

为第i个中继节点处用户u的第n个干扰信号的发射功率；

为的方差；

m(m＝1,2,...,N_ui)是下标。

2.一种基于CSI预测的多用户中继选择方法，所述方法包括：

(1)在特定的能量限制下最小化所有用户的通信中断概率均值之和以分配各用户的发射功率，即：得出用户的发射功率集合P，所述特定的能量限制为： $\begin{array}{cc}s.t.& \underset{u=1}{\overset{N_{user}}{\mathrm{\Σ}}}{P}_u\≤E_T\\ & E_{\min }^u\≤P_u\≤E_{\max }^u,1\≤u\≤N_{user}\end{array};$

其中：

$J_u\left(P_u\right)=\underset{i=1}{\overset{N_{relay}}{\Σ}}{F}_{{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}}\left({\mathrm{\γ}}_T\right)p_{select}^{ui}\left(P_u\right),u\∈S_{user};$

$p_{select}^{ui}\left(P_u\right)=\underset{j\≠i}{\overset{N_{relay}}{\underset{j=1}{\mathrm{\Π}}}}p\left({\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}\≥{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{uj}\right),i\∈S_{relay};$

$p({\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}\≥{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{uj})={\∫}_0^{\mathrm{\∞}}{\∫}_{{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{uj}}^{\mathrm{\∞}}{f}_{{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}}\left({\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}\right)f_{{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{uj}}\left({\mathrm{\γ}}_{SIN}^{uj}\right){\mathrm{d\γ}}_{SIN}^{ui}{\mathrm{d\γ}}_{SIN}^{uj};$

$F_{{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}}\left({\mathrm{\γ}}_T\right)={\∫}_0^{{\mathrm{\γ}}_T}{f}_{{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}}\left({\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}\right){\mathrm{d\γ}}_{SIN}^{ui};$

$f_{{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}}\left({\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}\right)=\exp \left(\frac{{\mathrm{\σ}}_{{\mathrm{\ϵ}}_{ui}}^2}{{\mathrm{\ρ}}_{ui}}-\frac{D^{ui}{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}}{{\mathrm{\ρ}}_{ui}{P}_u}\right)\underset{m=1}{\overset{N_{ui}}{\Σ}}\frac{\exp \left(\underset{n=1}{\overset{N_{ui}}{\Σ}}-P_n^{ui}{\mathrm{\σ}}_{{\mathrm{\ϵ}}_n^{ui}}^2{s}_m^{ui}-s_m^{ui}{\mathrm{\σ}}_{ui}^2+D^{ui}{s}_m^{ui}\right)}{B_m^{ui}}$

$\×\frac{{\mathrm{\ρ}}_{ui}{P}_u+D^{ui}({\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}-{\mathrm{\ρ}}_{ui}{P}_u{s}_m^{ui})}{{({\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}-{\mathrm{\ρ}}_{ui}{P}_u{s}_m^{ui})}^2},{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}>0$

其中，

$s_m^{ui}=-\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_m^{ui}{P}_m^{ui}},$

$D^{ui}=max\left\{\frac{P_u{\mathrm{\σ}}_{{\mathrm{\ϵ}}_{ui}}^2}{{\mathrm{\γ}}_{SIN}^{ui}},\underset{n=1}{\overset{N_{ui}}{\mathrm{\Σ}}}{P}_n^{ui}{\mathrm{\σ}}_{{\mathrm{\ϵ}}_n^{ui}}^2+{\mathrm{\σ}}_{ui}^2\right\},$

$B_m^{ui}=\frac{d}{ds}\[\underset{m=1}{\overset{N_{ui}}{\mathrm{\Π}}}\left({\mathrm{s\ρ}}_n^{ui}{P}_n^{ui}+1\right)\]{|}_{s=s_m^{ui}};$

上述式中：

u是用户序号，u∈S_user，S_user是含N_user个用户的用户集，S_user＝{1,2,...,N_user}；i是中继节点序号，i∈S_relay，S_relay是含N_relay个DF(Decode-and-Forward，译码转发)类型的中继节点集，S_relay＝{1,2,...,N_relay}；

P_u表示用户u的发射功率，分别为u＝1,2,...,N_user时的P_u；

J_u(P_u)是用户u的通信中断概率均值；

为中继节点i被用户u选择的概率；

为用户u到第i个中继节点之间的链路发生中断的概率，γ_T为链路发生中断的信干噪比阈值；

E_T为归一化的可用的总能量，为归一化的可分配给用户u的最小能量，为归一化的可分配给用户u的最大能量；

exp(·)表示指数函数，max{·}表示取最大值；

h_ui为用户u到第i个中继节点之间链路的预测信道系数；

为用户u到第i个中继节点之间链路的测量信道系数；

ρ_ui为h_ui和的相关系数；

为的方差；

为第i个中继节点处用户u的噪声的方差；

N_ui为第i个中继节点处用户u的干扰信号个数；n＝1,2,...,N_ui，表示第n个干扰信号；

为第i个中继节点处用户u的第n个干扰信号的预测信道系数；

为第i个中继节点处用户u的第n个干扰信号的测量信道系数；

为和的相关系数；

为第i个中继节点处用户u的第n个干扰信号的发射功率；

为的方差；

j(j＝1,2,...,N_relay)、m(m＝1,2,...,N_ui)都是下标。

(2)测量分配功率P下用户u到第i个中继节点之间链路的信干噪比

(3)计算用户u到中继节点i之间链路的预测信干噪比

(4)按照用户业务对服务质量QoS要求的高低次序分别为用户u选取中继节点，比较用户u到各中继节点之间链路的预测信干噪比大小，选取具有最大预测信干噪比的中继节点为用户u进行转发信息；

其中：

Δ^ui为服从概率密度函数为的分布的随机数；

$f_{{\mathrm{\Δ}}^{ui}}\left({\mathrm{\Δ}}^{ui}\right)=\exp \left(\frac{{\mathrm{\σ}}_{{\mathrm{\ϵ}}_{ui}}^2}{{\mathrm{\ρ}}_{ui}}-\frac{A^{ui}\left({\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{ui}+{\mathrm{\Δ}}^{ui}\right)}{{\mathrm{\ρ}}_{ui}{P}_u}\right)\underset{m=1}{\overset{N_{ui}}{\mathrm{\Σ}}}\frac{\exp \left(\underset{n=1}{\overset{N_{ui}}{\mathrm{\Σ}}}-P_n^{ui}{\mathrm{\σ}}_{{\mathrm{\ϵ}}_n^{ui}}^2{s}_m^{ui}-s_m^{ui}{\mathrm{\σ}}_{ui}^2+A^{ui}{s}_m^{ui}\right)}{B_m^{ui}}$

$\×\frac{{\mathrm{\ρ}}_{ui}{P}_u+A^{ui}({\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{ui}+{\mathrm{\Δ}}^{ui}-{\mathrm{\ρ}}_{ui}{P}_u{S}_m^{ui})}{{({\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{ui}+{\mathrm{\Δ}}^{ui}-{\mathrm{\ρ}}_{ui}{P}_u{s}_m^{ui})}^2},{\mathrm{\Δ}}^{ui}>-{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{ui}$

其中，

$s_m^{ui}=-\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_m^{ui}{P}_m^{ui}},$

$A^{ui}=max\left\{\frac{P_u{\mathrm{\σ}}_{{\mathrm{\ϵ}}_{ui}}^2}{{\widehat{\mathrm{\γ}}}_{SIN}^{ui}+{\mathrm{\Δ}}^{ui}},\underset{n=1}{\overset{N_{ui}}{\Σ}}{P}_n^{ui}{\mathrm{\σ}}_{{\mathrm{\ϵ}}_n^{ui}}^2+{\mathrm{\σ}}_{ui}^2\right\},$

$B_m^{ui}=\frac{d}{ds}\[\underset{n=1}{\overset{N_{ui}}{\mathrm{\Π}}}({\mathrm{s\ρ}}_n^{ui}{P}_n^{ui}+1)\]{|}_{s=s_m^{ui}}.$

3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：如果用户业务对服务质量QoS要求的高低次序相同，则按照随机次序给这些用户选择中继节点。

4.根据权利要求3所述的方法，还包括：同一个中继节点可以被不同的用户选择，如果该中继节点已经超负荷，则选择该中继节点的用户需要重新选择其他未超负荷的中继节点进行转发信息。