CN110300430B - 网络编码辅助多对d2d通信中继选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信技术领域，具体的说是一种网络编码辅助多对D2D通信中继选择方法，其特征在于首先需要中继辅助通信的用户向基站反馈当前的环境质量信息，如果信道质量良好则通过距离范围进行中继集合初步确定，如果通信环境较差则再对信噪比进一步选择，确定可以完成通信的用户保留在集合中；对步骤1确定的中继集合每一个用户是否对传输的信息有需求或者感兴趣进行检测，保留对通信内容感兴趣的用户，若所有用户都对传输的内容不感兴趣则集合内的用户保持不变；计算集合中每个维持通信的时间，选择至少可以完成全部通信内容的中继；然后对确定的集合里的用户进行排序，然后依次计算可以实现的信道容量，选择出可以实现的中继辅助通信。

Description

网络编码辅助多对D2D通信中继选择方法

技术领域：

本发明涉及通信技术领域，具体的说是一种联合考虑中继位置、通信内容、剩余能量和系统容量、不仅具有较低的复杂度便于实现，并且很大程度的提高了可实现的系统容量的网络编码辅助多对D2D通信中继选择方法。

背景技术：

随着对移动互联网接入需求的急剧增长，造成了流量需求的爆炸式增长，而增加基站会提高建设成本，为了应对资源匮乏和减轻基站负担在5G中采用了D2D通信技术，近距离慢速的用户设备之间可以直接建立通信，复用蜂窝用户的资源，数据不需要通过基站，这样不仅降低了基站的负载压力还降低了通信用户的功耗和传输延时。为了扩大D2D通信的覆盖范围很多研究采用了中继辅助D2D通信，这样可以增加建立通信链路两用户之间的距离，并通过相应的中继选择方案降低系统通信中继的概率。但是在以往的研究中都是每对D2D用户匹配一个中继用户，这在空闲用户充足的情况下可以很好的实现，但是实际通信场景中大多情况空闲且可成为中继的用户是有限的。此外如果空闲用户对传输内容并不感兴趣就会造成用户资源的浪费。

在中继辅助通信中中继选择是关键问题，所以在以往的研究中提出了很多中继选择方案，针对不同的应用场景侧重点也不同，但是很多方案过于复杂，可实施性不高。

发明内容：

本发明针对现有技术中存在的缺点和不足，提出了一种联合考虑中继位置、通信内容、剩余能量和系统容量、不仅具有较低的复杂度便于实现，并且很大程度的提高了可实现的系统容量的网络编码辅助多对D2D通信中继选择方法。

本发明通过以下措施达到：

一种网络编码辅助多对D2D通信中继选择方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：需要中继辅助通信的用户向基站反馈当前的环境质量信息，如果信道质量良好则通过距离范围进行中继集合初步确定，如果通信环境较差则再对信噪比进一步选择，确定可以完成通信的用户保留在集合中；

步骤2：对步骤1确定的中继集合每一个用户是否对传输的信息有需求或者感兴趣进行检测，优先保留对通信内容感兴趣的用户，若所有用户都对传输的内容不感兴趣则集合内的用户保持不变；

步骤3：计算集合中每个维持通信的时间，选择至少可以完成全部通信内容的中继；

步骤4：对步骤3中确定的集合里的用户进行排序，然后依次计算可以实现的信道容量，选择出可以实现最大容量的用户为最终有效中继辅助通信。

本发明在中继选择过程中，每一步结束时如果集合中只有一个中继则选择过程结束，如果集合为空则没有能够辅助通信的中继用户，转换为蜂窝模式。

本发明步骤1中如果两对D2D用户的位置用坐标表示为(x_S1,y_S1)，(x_D1,y_D1),(x_S2,y_S2),(x_D2,y_D2)，则可以分别计算出两对用户中心位置和之间的距离，以中心为圆心，发送用户和目的用户距离的一半为半径分别进行画圆，取两圆交集部分为中继选择位置范围，即

本发明步骤2中根据通信内容，根据通信内容，在一个热点区域例如会议、演唱会现场等，很多用户会请求相同的信息，因此如果所采用的中继用户与D2D用户通信的内容相同，可以提高信道的利用率，定义信道的利用率为η，令每条链路的带宽是W，传输的有效信息量为Ψ，如果中继r₁对传输的内容感兴趣，则有效信息量实际为2Ψ，信道的利用率为/>如果中继r₂对传输的内容不感兴趣没有需求，则有效的信息量为Ψ，信道的利用率为/>由此可见采用r₂作为中继信道的利用率只是采用r₁的二分之一，因此通过对候选中继用户是否对通信内容感兴趣的检测可以提高信道的利用率，进一步节约了资源。

本发明步骤3是对候选中继的剩余能量进行判断，剩余能量的多少将决定能够维持通信的时间，尤其是针对辅助多对D2D用户通信，能量的消耗相对较大，因此对于中继的剩余能量要求会更高，假设每一个中继用户的剩余能量为E₁,E₂,…E_j,…,E_J，中继R_j的传输功率为传输时的能量消耗系数为η，那么计算出功率损耗为/>如果每一个用户的放电电压为V，那么就可以计算出通信时的瞬时放电电流为：/>根据Peukert法则计算出每一个中继的存活时间为/>最后将每一个中继的存活时间与完成通信所需的最小时间进行比较选择出满足下式的用户保留在集合中，t_j≥M_j/r_j，其中M_j是中继R_j需要传输的总的数据量，r_j是传输速率；最后是对候选中继能够实现的系统容量进行分析，以最大化系统容量为目标确定最终的有效中继用户，网络编码辅助通信能够实现的系统容量为C_RA，构建中继选择的数学模型为/>其中约束条件的含义是每个D22用户只能由一个中继辅助通信，而每个中继只工作在辅助两对D2D用户通信模式，否则就处于空闲状态。

本发明中所构建的网络编码辅助多对D2D用户通信的系统为在一个小区中包括了蜂窝用户，空闲用户，直接通信D2D用户和需要通过中继进行通信的D2D用户的系统，其中包括了多对D2D用户，其中S1-D1和S2-D2是两对需要通过中继进行通信的用户，小区中存在多个空闲用户作为候选中继，最终通过选择后确定一个用户作为两对D2D用户的中继辅助通信，此外小区中还包括了直接进行D2D通信的用户S3-D3和S4-D4，这两对用户满足可以直接建立链路的条件，所以不需要通过中继进行通信，在小区中还分布这大量的其他蜂窝用户，这些用户是为D2D用户提供复用资源的潜在用户；

如果采用两个时隙通信，则在第一个时隙S1像中继R和D2广播数据，S2向中继R和D1广播数据，中继对接收到数据进行网络编码，然后在第二个时隙广播给D1和D2，该方式需要时隙数少但是对同步要求高，如果采用三时隙通信则S1和S2分别在两个时隙进行数据广播，然后中继在第三个时隙发送编码后的数据；通信系统中采用瑞利衰落信道模型，在链路S-D中接收端D的接收功率为：其中，p_s是源端S的发射功率，/>是路径损耗，ρ_s,d是两用户的距离，α是路径损耗指数，|h₀|²是高斯信道系数，因此可以计算出链路的信干燥比(SINR)为/>

针对上述通信系统，整个通信会话过程建立包括以下内容：

步骤一：基站接收每个用户的通信请求，然后进行判断每个用户符合直接D2D通信、中继辅助通信和蜂窝通信中的哪种模式；

步骤二：对可以进行直接通信的用户分配资源，建立直接D2D通信链路，对于不能直接通信的其他多个用户，建立中继辅助通信；

步骤三：基站向空闲的用户广播中继请求，根据中继选择方案确定满足条件的中继，每个一个空闲用户至少辅助两对D2D用户进行通信；

步骤四：基站向D2D用户和中继分配资源，建立链路完成通信，如果在步骤四中的空闲用户中没有符合条件的中继，则将需要通信的用户转换为蜂窝模式进行通信，在通信中基站会对每一个用户是否存在潜在的通信链路进行检测，对于中继辅助的D2D对，在完成了最优中继选择之后便结合网络编码对数据进行处理传输，网络编码辅助多对D2D用户通信的具体过程两个D2D用户通过一个中继在两个时隙内进行通信，主要包括多址接入和广播两个阶段，在第一个时隙S1广播数据包到中继R和D2，S2广播数据包到中继R和D1，中继R接收到的数据为两个目的用户D2和D1接收的数据为其中/>和/>分别是S1和S2的发送功率，和/>是每条链路间的信道增益，n是服从正太分布的加性高斯白噪声，中继R对收到的数据包通过最大似然检测恢复出发送用户传输的信息/>和/> 然后进行网络编码(异或)得到/>在第二时隙中继广播编码后的数据包到D1和D2，接收到的数据为/>目的用户通过最大似然检测恢复出编码信号 最后目的用户根据在两个时隙内接收到的数据进行解码，在D1处有/>在D2处有通过以上过程便恢复出各自通信的内容，完成通信。

本发明所提的中继选择方案操作简单，计算复杂度低，具有可行性，同时在热点区域可以提高信道的利用率。

附图说明：

附图1是本发明中通信系统模型图。

附图2是本发明中通信具体过程示意图。

附图3是本发明中中继位置对系统容量的影响曲线图。

附图4是本发明的中继选择过程流程图。

附图5是本发明中小区用户分布情况和中继选择过程示意图，其中图5(a)是小区用户初始分布情况示意图，图5(b)是根据中继位置、通信内容和剩余能量粗选，确定复用资源蜂窝用户后小区用户分布示意图，图5(c)是以最大化系统容量确定最优中继后小区用户分布示意图。

附图6是中继是否对传输内容感兴趣对信道利用率的影响曲线图。

附图7是中继选择方案对系统可实现容量的影响曲线图。

附图8是网络编码对系统可实现容量的影响曲线图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

本发明中所构建的网络编码辅助多对D2D用户通信的系统模型如图1所示，在一个小区中，包括了蜂窝用户，空闲用户，直接通信D2D用户和需要通过中继进行通信的D2D用户。在通信中由于信道质量和通信距离等问题会导致直接进行D2D失败，所以引入中继用户辅助通信。本发明一方面为了增加小区用户的接入量，另一方面考虑到在实际情况中可能存在空闲中继用户资源紧张，不足以支持每个对D2D用户分配一个中继用户通信，因此可以考虑将多对D2D用户通过一个中继进行通信。

在图1中包括了多对D2D用户，其中S1-D1和S2-D2是两对需要通过中继进行通信的用户，小区中存在多个空闲用户作为候选中继，最终通过选择后确定一个用户作为两对D2D用户的中继辅助通信。考虑到实际的小区通信情况，此外小区中还包括了直接进行D2D通信的用户S3-D3和S4-D4，这两对用户满足可以直接建立链路的条件，所以不需要通过中继进行通信。在小区中还分布这大量的其他蜂窝用户，这些用户是为D2D用户提供复用资源的潜在用户。不同于以往的研究，在本发明中所构建的通信系统模型中针对进行中继通信的D2D用户的源节点和目的节点处可能存在的潜在D2D通信，这种情况在实际的通信中是存在的，尤其是在热点区域，同时存在多个用户对通信信息的获取请求。因此本发明所构建的系统模型在扩大了小区用户接入量的同时更加的符合实际情况。在图1的小区中假设S1-D1和S2-D2分别复用U1和U2的上行链路资源，中继R复用U3的上行链路资源，中继和D2D用户不可以复用相同蜂窝用户的资源，在各链路间就会产生如图中所示的相应的干扰，在本发明会通过一种贪婪算法来确定具体提供复用资源的蜂窝用户，以此来使产生的干扰降低到最小，确保对正常的通信不会造成影响。为了进一步提高系统通信速率，不同于传统的数据传输模式(存储转发或者放大转发)，在中继处才用网络编码对数据进行处理，主要是多址接入和广播两个阶段。如果采用两个时隙通信，则在第一个时隙S1像中继R和D2广播数据，S2向中继R和D1广播数据，中继对接收到数据进行网络编码，然后在第二个时隙广播给D1和D2，该方式需要时隙数少但是对同步要求高。如果采用三时隙通信则S1和S2分别在两个时隙进行数据广播，然后中继在第三个时隙发送编码后的数据。

在此采用瑞利衰落信道模型，在链路S-D中接收端D的接收功率为

其中，p_s是源端S的发射功率，是路径损耗，ρ_s,d是两用户的距离，α是路径损耗指数，|h₀|²是高斯信道系数。因此可以计算出链路的信干燥比(SINR)为

根据所构建的系统模型，下面对整个通信会话过程建立进行详细的介绍。

(1)基站接收每个用户的通信请求，然后进行判断每个用户符合直接D2D通信、中继辅助通信和蜂窝通信中的哪种模式。

(2)对可以进行直接通信的用户分配资源，建立直接D2D通信链路

(3)对于不能直接通信的其他多个用户，建立中继辅助通信

(4)基站向空闲的用户广播中继请求，根据中继选择方案确定满足条件的中继。每个一个空闲用户至少辅助两对D2D用户进行通信。

(5)基站向D2D用户和中继分配资源，建立链路完成通信

(6)如果在(5)中的空闲用户中没有符合条件的中继，则将需要通信的用户转换为蜂窝模式进行通信

(7)在通信中基站会对每一个用户是否存在潜在的通信链路进行检测，例如图1中S1-D5之间的通信。

对于中继辅助的D2D对，在完成了最优中继选择之后便结合网络编码对数据进行处理传输，网络编码辅助多对D2D用户通信的具体过程如图2，在图2中两个D2D用户通过一个中继在两个时隙内进行通信，主要包括多址接入和广播两个阶段，这里先不考虑各用户受到的干扰对通信过程和信息接收进行分析。

在第一个时隙S1广播数据包到中继R和D2，S2广播数据包到中继R和D1，中继R接收到的数据为

两个目的用户D2和D1接收的数据为

其中和/>分别是S1和S2的发送功率，/>和/>是每条链路间的信道增益，n是服从正太分布的加性高斯白噪声。

中继R对收到的数据包通过最大似然检测恢复出发送用户传输的信息和/>

然后进行网络编码(异或)得到

在第二时隙中继广播编码后的数据包到D1和D2，接收到的数据为

目的用户通过最大似然检测恢复出编码信号

最后目的用户根据在两个时隙内接收到的数据进行解码，在D1处有在D2处有/>通过以上过程便恢复出各自通信的内容，完成通信。

本发明所构建的通信系统模型中主要的性能指标是系统的通信容量，因此接下来分析本发明通信模型中网络编码辅助D2D通信的系统容量。

令x_d,u表示D2D用户d复用蜂窝用户u的上行链路资源，令x_r,u表示中继r复用蜂窝用户u的资源，令y_d,r表示中继r辅助D2D用户d通信。如图2在网络编码辅助下S1广播数据包M，S2广播数据包N，中继R将广播给D1和D2。所以R传输/>的速率受到(S1，R)，(S2，R)，(R，D1)，(R，D2)四条链路的影响，首先R可以发送数据包/>的最大速率受限于(S1，R)，(S2，R)的最小速率，即

min{c(S1,R),c(S2,R)}

然后假设D1接收的过程可以看成两跳传输，也就是R接收/>从一个虚拟节点，然后再传输给D1，因此第二跳的传输速率为c(R,D1)，第一跳等价于中继R接收数据M和N的速率，即

min{c(S1,R),(S2,R)}

对于这两跳传输可以实现的速率为

min{c(R,D1),min{c(S1,R),(S2,R)}}

此外在通信中D1还会收到S2发送的数据包，这个过程的速率为c(S2,D1)，因此D1可以解码出数据包M的速率为

min{c(S2,D1),min{c(R,D1),min{c(S1,R),(S2,R)}}}

同理可以求出D2可以解码出数据包N的速率为

min{c(S1,D2),min{c(R,D2),min{c(S1,R),(S2,R)}}}；

因此可以实现总得容量为

根据下式计算出每一条链路的传输容量，/>其中I和N分别是干扰和噪声功率，P是接收端的接收功率，在此采用瑞利衰落信道模型，通过弗里斯传输公式计算路径损耗，因此通过下式计算得出P

其中P_T是传输功率，G_T和G_R分别是发送端和接收端的天线增益，λ是信号带宽，l是链路的通信距离。

若被选择的中继为r_j，辅助通信的两个D2D对为α(j),β(j)，因此对于任意的i≠α(j),β(j)都有/>在本发明所构建的小区中包含了三类链路分别是D2D用户→D2D用户、D2D用户→中继r和中继r→D2D用户，因此对于通过中继通信的用户会受到其他D2D用户、中继和蜂窝用户的干扰。下面计算每一条链路可以实现的通信容量：

(1)S_α(j)→D_β(j)和S_β(j)→D_α(j)链路容量：

(2)S_α(j)→r_j和S_β(j)→r_j链路容量：

(3)r_j→D_α(j)和r_j→D_β(j)链路容量：

综上述各式便可以计算出中继r_j辅助通信下系统可以达到的容量为

在小区并非所有的中继都可以进行网络编码辅助D2D用户通信，如果r_j辅助两个D2D用户通信，那么对于任意的r_j来说都有否则/>因此可以计算出在整个小区中所有中继辅助D2D通信可以达到的系统容量为：

在本发明所构建的通信系统中存在多个空闲用户，但是并不是每一个中继都可以和需要进行通信的D2D对形成拓扑，此外为了节约用户资源和考虑到空闲用户数量和通信用户接入量等问题，多对D2D用户将通过一个中继辅助通信。所以如何确定一个符合通信要求并提高通信系统性能的中继用户至关重要，在很多文章中提出了很多基于不同影响因素的中继选择方案，但是计算复杂度太高或者考虑的并不是很全面，因此基于本发明构建的通信系统提出了一种联合考虑中继位置、通信内容、剩余能量和系统容量的中继选择方案。

首先对于两对D2D用户来说中继所处的位置不同对两者的性能影响也不同，因此需要确定一个范围，因此中继用户位置不同对通信系统容量影响结果如图3所示，可以发现当中继约接近通信拓扑中心能实现的系统容量越大。如果两对D2D用户的位置用坐标表示为(x_S1,y_S1)，(x_D1,y_D1),(x_S2,y_S2),(x_D2,y_D2)，则可以分别计算出两对用户中心位置和之间的距离。以中心为圆心，发送用户和目的用户距离的一半为半径分别进行画圆，取两圆交集部分为中继选择位置范围，即

第二根据通信内容，在一个热点区域例如会议、演唱会现场等，很多用户会请求相同的信息，因此如果所采用的中继用户与D2D用户通信的内容相同，可以提高信道的利用率。定义信道的利用率为η，

令每条链路的带宽是W，传输的有效信息量为Ψ。如果中继r₁对传输的内容感兴趣，则有效信息量实际为2Ψ，信道的利用率为

如果中继r₂对传输的内容不感兴趣没有需求，则有效的信息量为Ψ，信道的利用率为由此可见采用r₂作为中继信道的利用率只是采用r₁的二分之一，因此通过对候选中继用户是否对通信内容感兴趣的检测可以提高信道的利用率，进一步节约了资源。

第三是对候选中继的剩余能量进行判断，剩余能量的多少将决定能够维持通信的时间，尤其是针对辅助多对D2D用户通信，能量的消耗相对较大，因此对于中继的剩余能量要求会更高，假设每一个中继用户的剩余能量为E₁,E₂,…E_j,…,E_J，中继R_j的传输功率为传输时的能量消耗系数为η，那么计算出功率损耗为/>如果每一个用户的放电电压为V，那么就可以计算出通信时的瞬时放电电流为/>根据Peukert法则计算出每一个中继的存活时间为/>最后将每一个中继的存活时间与完成通信所需的最小时间进行比较选择出满足下式的用户保留在集合中。

t_j≥M_j/r_j，其中M_j是中继R_j需要传输的总的数据量，r_j是传输速率。

最后是对候选中继能够实现的系统容量进行分析，以最大化系统容量为目标确定最终的有效中继用户。根据上一节计算出网络编码辅助通信能够实现的系统容量为C_RA，构建中继选择的数学模型为

max(C_RA)

其中约束条件的含义是每个D22用户只能由一个中继辅助通信，而每个中继只工作在辅助两对D2D用户通信模式，否则就处于空闲状态。

根据上述分析本发明所提的中继选择方案的具体步骤如下：

(1)首先需要中继辅助通信的用户向基站反馈当前的环境质量信息，如果信道质量良好则通过距离范围进行中继集合初步确定，如果通信环境较差则再对信噪比进一步选择，确定可以完成通信的用户保留在集合中。

(2)对(1)确定的中继集合每一个用户是否对传输的信息有需求或者感兴趣进行检测，优先保留对通信内容感兴趣的用户。

若所有用户都对传输的内容不感兴趣则集合内的用户保持不变。

(3)计算集合中每个维持通信的时间，选择至少可以完成全部通信内容的中继。

(4)对(3)中确定的集合里的用户进行排序，然后依次计算可以实现的信道容量，选择出可以实现最大容量的用户为最终有效中继辅助通信。

在中继选择过程中，每一步结束时如果集合中只有一个中继则选择过程结束，如果集合为空则没有能够辅助通信的中继用户，转换为蜂窝模式。中继选择过程如图4所示：

下面对所提的网络编码辅助多对D2D通信中继选择方案给系统带来的通信容量等性能进行仿真分析，具体的参数设置如表1所示：

表1 具体仿真参数设置

小区内用户的分布情况和中继选择过程如图5所示

图5中的(a)是小区各类用户的初始分布状态，其中包括了两对需要通过中继辅助通信的D2D用户，一对直接通信D2D用户，5-10个蜂窝用户，60-70个空闲用户随机分布在小区中。(b)是根据中继位置范围，通信内容和剩余能量确定的中继，可以发现在本次通信中只有三个用户满足条件，此外以使产生的干扰最小选择复用资源的蜂窝用户。(c)是对满足条件的三个中继进行最优选择确定一个用户作为最终有效中继。

首先中继用户是否对传输内容感兴趣或者有需求对信道利用率的影响进行分析，仿真结果如图6所示，可以发现当采用的中继用户也对传输的内容感兴趣时可以提高信道的利用率，并且是采用对传输内容不感兴趣用户为中继的2倍，与理论分析相符。

图6是将本发明所提的中继选择方案对系统通信容量影响的仿真，并与传统基于信道质量的中继选择方案进行比较。通过仿真结果可以发现联合考虑中继位置、传输内容、剩余能量和系统容量几个因素的中继选择方案可以很大程度的提高了系统的容量，比传统的中继选择方案实现的系统容量高出接近4倍。

在图8中对是否采用网络编码辅助通信对系统可实现的容量进行比较，仿真结果如图，可以发现通过网络编码辅助通信不仅提升了速率还提高了系统容量，和传统的数据传输模式相比提高了60％。

为了扩大小区容量和用户接入量，以及考虑到空闲用户数量限制和节约资源等因素，本发明构架了多对D2D用户通过一个中继通信的系统模型。为了提高通信速率和进一步提高系统容量，通过网络编码辅助通信，对具体的会话建立和通信过程进行了详细的描述。然后提出了一种联合考虑中继位置、通信内容、剩余能量和系统容量和中继选择方案，在合适的范围内选择可以共享信息，并具有维持通信不中断实现最大系统容量的中继。本发明所提的中继选择方案操作简单，计算复杂度低，具有可行性，同时在热点区域可以提高信道的利用率。

Claims (4)

1.一种网络编码辅助多对D2D通信中继选择方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：需要中继辅助通信的用户向基站反馈当前的环境质量信息，如果信道质量良好则通过距离范围进行中继集合初步确定，如果通信环境较差则再对信噪比进一步选择，确定信道良好的用户保留在集合中；

步骤2：对步骤1确定的中继集合里的每一个用户是否对传输的信息有需求或者感兴趣进行检测，优先保留对通信内容感兴趣的用户，若所有用户都对传输的内容不感兴趣则集合内的用户保持不变；

步骤3：计算集合中每个通信维持的时间，选择至少可以完成全部通信内容的中继，具体地说：对候选中继的剩余能量进行判断，剩余能量的多少将决定能够维持通信的时间，尤其是针对辅助多对D2D用户通信，能量的消耗相对较大，因此对于中继的剩余能量要求会更高，假设每一个中继用户的剩余能量为E₁,E₂,…E_j,…,E_J，中继R_j的传输功率为传输时的能量消耗系数为η，那么计算出功率损耗为/>如果每一个用户的放电电压为V，那么就可以计算出通信时的瞬时放电电流为：/>根据Peukert法则计算出每一个中继的存活时间为/>最后将每一个中继的存活时间与完成通信所需的最小时间进行比较选择出满足下式的用户保留在集合中，t_j≥M_j/r_j，其中M_j是中继R_j需要传输的总的数据量，r_j是传输速率；

步骤4：对步骤3中确定的集合里的用户进行排序，然后依次计算可以实现的信道容量，选择出可以实现最大容量的用户为最终有效中继辅助通信，具体地说，对候选中继能够实现的系统容量进行分析，以最大化系统容量为目标确定最终的有效中继用户，网络编码辅助通信能够实现的系统容量为C_RA，构建中继选择的数学模型为其中约束条件的含义是每个D2D用户只能由一个中继辅助通信，而每个中继只工作在辅助两对D2D用户通信模式，否则就处于空闲状态；在中继选择过程中，每一步结束时如果集合中只有一个中继则选择过程结束，如果集合为空则没有能够辅助通信的中继用户，转换为蜂窝模式。

2.根据权利要求1所述的一种网络编码辅助多对D2D通信中继选择方法，其特征在于步骤1中如果两对D2D用户的位置用坐标表示为(x_S1,y_S1)，(x_D1,y_D1),(x_S2,y_S2),(x_D2,y_D2)，则可以分别计算出两对用户中心位置和之间的距离，以中心为圆心，发送用户和目的用户距离的一半为半径分别进行画圆，取两圆交集部分为中继选择位置范围，即

3.根据权利要求1所述的一种网络编码辅助多对D2D通信中继选择方法，其特征在于，步骤2中根据通信内容，在一个热点区域很多用户会请求相同的信息，因此如果所采用的中继用户与D2D用户通信的内容相同，可以提高信道的利用率，定义信道的利用率为令每条链路的带宽是W，传输的有效信息量为Ψ，如果中继r₁对传输的内容感兴趣，则有效信息量实际为2Ψ，信道的利用率为/>如果中继r₂对传输的内容不感兴趣没有需求，则有效的信息量为Ψ，信道的利用率为/>由此可见采用r₂作为中继信道的利用率只是采用r₁的二分之一，因此通过对候选中继用户是否对通信内容感兴趣的检测可以提高信道的利用率。

4.根据权利要求1所述的一种网络编码辅助多对D2D通信中继选择方法，其特征在于，所构建的网络编码辅助多对D2D用户通信的系统为在一个小区中包括了蜂窝用户，空闲用户，直接通信D2D用户和需要通过中继进行通信的D2D用户的系统，其中包括了多对D2D用户，其中S1-D1和S2-D2是两对需要通过中继进行通信的用户，小区中存在多个空闲用户作为候选中继，最终通过选择后确定一个用户作为两对D2D用户的中继辅助通信，此外小区中还包括了直接进行D2D通信的用户S3-D3和S4-D4，这两对用户满足可以直接建立链路的条件，所以不需要通过中继进行通信，在小区中还分布这大量的其他蜂窝用户，这些用户是为D2D用户提供复用资源的潜在用户；

如果采用两个时隙通信，则在第一个时隙S1向中继R和D2广播数据，S2向中继R和D1广播数据，中继对接收到数据进行网络编码，然后在第二个时隙广播给D1和D2，该方式需要时隙数少但是对同步要求高，如果采用三时隙通信则S1和S2分别在两个时隙进行数据广播，然后中继在第三个时隙发送编码后的数据；通信系统中采用瑞利衰落信道模型，在链路S-D中接收端D的接收功率为：其中，p_s是源端S的发射功率，/>是路径损耗，ρ_s,d是两用户的距离，α是路径损耗指数，|h₀|²是高斯信道系数，因此可以计算出链路的信干燥比(SINR)为/>

针对上述通信系统，整个通信会话过程建立包括以下内容：

步骤一：基站接收每个用户的通信请求，然后进行判断每个用户符合直接D2D通信、中继辅助通信和蜂窝通信中的哪种模式；

步骤二：对可以进行直接通信的用户分配资源，建立直接D2D通信链路，对于不能直接通信的其他多个用户，建立中继辅助通信；

步骤三：基站向空闲的用户广播中继请求，根据中继选择方案确定满足条件的中继，每个一个空闲用户至少辅助两对D2D用户进行通信；

步骤四：基站向D2D用户和中继分配资源，建立链路完成通信，如果在步骤四中的空闲用户中没有符合条件的中继，则将需要通信的用户转换为蜂窝模式进行通信，在通信中基站会对每一个用户是否存在潜在的通信链路进行检测，对于中继辅助的D2D对，在完成了最优中继选择之后便结合网络编码对数据进行处理传输，网络编码辅助多对D2D用户通信的具体过程两个D2D用户通过一个中继在两个时隙内进行通信，主要包括多址接入和广播两个阶段，在第一个时隙S1广播数据包到中继R和D2，S2广播数据包到中继R和D1，中继R接收到的数据为两个目的用户D2和D1接收的数据为/>其中/>和/>分别是S1和S2的发送功率，/>和/>是每条链路间的信道增益，n是服从正太分布的加性高斯白噪声，中继R对收到的数据包通过最大似然检测恢复出发送用户传输的信息/>和/>然后进行网络编码(异或)得到/>在第二时隙中继广播编码后的数据包到D1和D2，接收到的数据为目的用户通过最大似然检测恢复出编码信号

最后目的用户根据在两个时隙内接收到的数据进行解码，在D1处有/>在D2处有/>通过以上过程便恢复出各自通信的内容，完成通信。