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摘要：针对协作通信网的中继选择问题，提出了一种基于贝叶斯推理的自适应中继选择方案。该方案拓展地运用了放大转发协议的原理，准确地分析了中继节点后验概率，并以此选取最优的中继节点进行信息传输。实验仿真结果表明，该方案在信噪比恒定的情况下，显著地提高了网络性能。
关键词：协作网络；5G；放大转发；中继选择；贝叶斯推理
doi：10.12045/j.issn.1007-3043.2024.01.016
引言
协作通信因其在终端节点之间能提供协作的潜在应用而受到广泛关注。此外，由于数据应用的大幅增长，频谱资源出现了短缺问题。为了解决这个问题，需要协作通信通过节点间的协作，有效地利用资源，以提高信道的容量［1］。协作通信表明，多用户状态下的单天线可以共享，构成虚拟的多天线发射机，使其能够完成发射分集功能［2］。在基于中继的通信系统中，如何有效地使用中继节点以及如何使系统性能最大化是一个非常具有挑战性的问题。对此，学术界和研究人员提出了不同的技术方案来优化网络性能。
基于概率的中继选择方案是指利用贝叶斯理论计算选择中继节点的概率。该方案将可达的数据速率量化为选择中继节点的先验概率和后验概率，进而最 大 化 网 络 的 数 据 速 率［3］。 虽 然 多 输 入 多 输 出（MIMO）技术已经能够提高容量和频谱效率（spectrumefficiency，SE）［4］，但发射端和接收端天线的倍频需要更多的电路能量。为了克服这种现象，文献［5］根据信道状态信息（channel state information，CSI）提出了一种基于功率控制门限的中继选择方案。文献［6］在蚁群算法的基础上，提出了一种基于功率分配和蚁群优化的中继选择（RS-PA-PSACO）方案。该方案可以在总功率固定的情况下，能同时获得最小化误比特率（SER）的中继选择和功率分配的最优解。此外，CSI作为中继节点位置选择的参考标准，可以通过调整所选中继的发射功率来最大化信噪比，从而显著提高信噪比，降低误比特率［7］。与基于平均功率的分配方案［8］相比，该方案提高了接收信噪比，降低了误比特率。为了提高协作网络的能量效率，文献［9］提出了一种基于竞争的选择方案。该方案的信源将以最小的发射功率发送数据，中继也可能消耗最小的能量，这能一定程度上提高整个网络的能量效率。
此外，文献［10］提出了一种基于门限的中继选择方案，该方案结合了确定性中继和概率中继的优点，可以选择任意的数量作为中继。文献［11］提出在布置固定的中继节点时，可以充分考虑路径损耗以进一步提高无线网络的能量效率。文献［12］研究了所选中继具有实质性的端到端的中继路径，它实现了最优的性能，并确保完全分集数量等于中继的数量。文献［13］从中继节点选择和功率分配 2 个方面进行了讨论，在有效利用带宽的同时最小化网络的总功率。文献［14］采用解码转发（decode-and-forward，DF）协议对源节点和中继节点进行协作通信功率分配，以优化功率消耗，同时保持服务质量。文献［15］研究了一种分散的中继选择方案，即一个客户端根据瞬时信道估计从众多中继中选择端到端的最佳路由。
针对以上各方法所存在的不足，本文首先对多跳蜂窝网络中的协作通信进行了系统建模，然后提出了一种基于贝叶斯推理的中继选择方案，最后通过仿真实验证明了方案的可行性。
