CN103052132A - 多跳中继路径选择方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多跳中继路径选择方法与系统。该方法包括宿节点检测自源节点、中继节点至宿节点所经过的各条路径以及每条路径的信道容量和误码率；确定传输路径集合和备选路径集合；利用传输路径集合中的每条路径向源节点传输备选路径集合的信息；源节点判断是否存在可用路径；如果存在则向宿节点发送路径选择确认消息并在源节点与宿节点之间传输数据。本发明综合考虑单跳信道容量和误码率，从而使得最终所选择的整条路径的性能最优。此外，本发明还同时考虑双向的性能，从而使得所选择的路径在双方向上的性能都能同时达到最优。

Description

多跳中继路径选择方法与系统

技术领域

本发明涉及LTE演进(LTE-Advanced，LTE-A)系统，特别地，涉及一种多跳中继路径选择方法与系统。

背景技术

中继(Relay)作为包括LTE-A在内的下一代通信候选技术，能扩大基站覆盖范围，提高局部容量，近年来已引起各方关注和研究。协作分集的思想开始使relay从单纯的放大转发向更高级的方向发展，3GPP组织在其R9的36-814文档中对relay的分类等做了说明，并给出了其系统级仿真参数。

虽然3GPP将relay作为下一代通信候选标准，但是其尚未将两跳以上relay引入标准，目前大多数研究依然在两跳范围内。

图1是现有relay模型示意图。

如图1所示，目前LTE中relay的应用模型一般是三点式模型，即在增强型基站(enhanced NodeB，eNB)和用户设备(User Equipment，UE)之间选一个relay或几个平行relay作为转发点。在图1中，eNB与UE之间的链路h1称为直传链路，eNB与relay之间的链路h2称为回传链路，relay与UE之间的链路h3称为接入链路。

2005年末，IEEE组织制定的IEEE802.16e结合多跳自组网提出了多跳relay的雏形，经过多方讨论和修改，2009年修订的IEEE802.16j对两跳及两跳以上relay的物理层至媒体接入控制层(Medium AccessControl，MAC)的标准和基本流程进行了描述。

目前，多跳relay的研究方向主要包括信道容量、组网方式和多跳relay选择等。而在多跳relay选择中，最常用的依据主要包括基于距离、基于路损、基于信干噪比或信噪比、基于信道容量或者其中几者均考虑。

发明人经认真研究发现，现有的多跳relay选择存在以下技术问题：

(1)基于ad-hoc网络的思维模式，以能量为考虑标准，往往因为某些节点“能源”耗尽而改选次优路径，导致性能下降。实际上，绝大部分relay都接有电源，“能源”不必成为其路径选择的最重要指标。

(2)基于两跳模式，将多跳模型化简为两跳模型，然后根据其选择的relay选择算法直接进行选择，但是这种算法只进行了局部最优化，没有考虑整条路径是否最优，接下来通过实例进行说明。

图2是现有技术中局部最优算法的模型示意图。

如图2所示，从源端(S)到目的端(D)共有2个relay，假设每个relay都是解码转发，连线之间的数字表示该跳的信道容量。如果只关心下一跳的路径最优，则源端S选择R1，R1在下一跳的信道容量为1，而多跳路径的路径信道容量取决于最差一跳的信道容量，所以整条路径的信道容量最高为1。而另一条路径S-R2-D，每跳的信道容量都为2，其整条路径的信道容量为2，要优于路径S-R1-D。

由此可见，目前在多跳relay中进行路径选择时只考虑了下一跳是否为最优路径，未从整体路径的性能出发进行考虑。

发明内容

本发明要解决的一个技术问题是提供一种多跳中继路径选择方法与系统，能够优化自源节点到宿节点的整条路径，提高整条路径的性能。

根据本发明的一方面，提出了一种多跳中继路径选择方法，包括宿节点接收路径搜索消息，根据路径搜索消息检测自源节点、中继节点至宿节点所经过的各条路径以及每条路径的信道容量和误码率；根据检测到的每条路径的信道容量和误码率以及所设置的最高误码率和返回路径数M从检测到的各条路径中确定传输路径集合和备选路径集合，除传输路径集合和备选路径集合外被宿节点检测到的路径被确定为剩余路径集合，其中M＞0，所设置的最高误码率包括单跳最高误码率和路径最高误码率；利用传输路径集合中的每条路径向源节点传输备选路径集合的信息，其中，备选路径集合的信息包括每条备选路径节点序列、宿节点计算的每条备选路径的信道容量和路径误码率；源节点根据检测到的传输路径集合中的每条路径的信道容量和误码率以及最高误码率判断是否存在可用路径；在存在可用路径的情况下，利用可用路径向宿节点发送路径选择确认消息并在源节点与宿节点之间传输数据；在不存在可用路径并且未收到剩余路径集合为空集的消息的情况下，利用接收到的备选路径集合中的每条备选路径向宿节点发送路径重选消息；宿节点在接收到路径重选消息后，将备选路径集合更新为传输路径集合，从剩余路径集合中提取M条信道容量最大的路径构成备选路径集合，并利用传输路径集合中的每条路径向源节点传输用户数据和备选路径集合的信息，源节点继续检测可用路径，直至源节点检测到可用路径或剩余路径集合为空集，在剩余路径集合为空集时向源节点返回剩余路径集合为空集的消息；在不存在可用路径并且收到剩余路径集合为空集的消息的情况下，源节点广播路径搜索消息。

根据本发明的另一方面，还提出了一种多跳中继路径选择系统，包括源节点、宿节点以及多个中继节点，其中，宿节点，用于接收路径搜索消息，根据路径搜索消息检测自源节点、中继节点至宿节点所经过的各条路径以及每条路径的信道容量和误码率，根据检测到的每条路径的信道容量和误码率以及所设置的最高误码率和返回路径数M从检测到的各条路径中确定传输路径集合和备选路径集合，除传输路径集合和备选路径集合外被宿节点检测到的路径被确定为剩余路径集合，其中M＞0，所设置的最高误码率包括单跳最高误码率和路径最高误码率，利用传输路径集合中的每条路径向源节点传输备选路径集合的信息，其中，备选路径集合的信息包括每条备选路径节点序列、宿节点计算的每条备选路径的信道容量和误码率，在接收到路径重选消息后，将备选路径集合更新为传输路径集合，从剩余路径集合中提取M条信道容量最大的路径构成备选路径集合，并利用传输路径集合中的每条路径向源节点传输用户数据和备选路径集合的信息，在剩余路径集合为空集时向源节点返回剩余路径集合为空集的消息；源节点，用于根据检测到的传输路径集合中的每条路径的信道容量和误码率以及最高误码率判断是否存在可用路径，在存在可用路径的情况下，利用可用路径向宿节点发送路径选择确认消息并在源节点与宿节点之间传输数据，在不存在可用路径并且未收到剩余路径集合为空集的消息的情况下，利用接收到的备选路径集合中的每条备选路径向宿节点发送路径重选消息，在不存在可用路径并且收到剩余路径集合为空集的消息的情况下广播路径搜索消息；每个中继节点，设置于源节点和宿节点之间，用于转发在源节点与宿节点之间传输的数据和消息。

本发明提供的多跳中继路径选择方法与系统，综合考虑单跳信道容量和误码率，从而使得最终所选择的整条路径的性能最优。此外，本发明还同时考虑双向的性能，从而使得所选择的路径在双方向上的性能都能同时达到最优。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分。在附图中：

图1是现有relay模型示意图。

图2是现有技术中局部最优算法的模型示意图。

图3是多跳relay模型示意图。

图4是两跳relay的帧结构示意图。

图5是多跳relay的帧结构示意图。如图5所示，以三跳为例进行说明。

图6是本发明多跳中继路径选择方法的一个实施例的流程示意图。

图7是本发明多跳中继路径选择失败的一个消息流程示意图。

图8是本发明多跳中继路径选择成功的一个消息流程示意图。

图9是本发明的一个多跳中继路径示意图。

图10是本发明另一多跳中继路径示意图。

图11是本发明多跳中继路径选择的一个消息流程示意图。

图12是本发明的又一多跳中继路径示意图。

图13是MIMO系统中下行资源栅格示意图。

图14是N条路径中继示意图。

图15是本发明多跳中继路径选择系统的一个实施例的结构示意图。

图16本发明多跳中继路径选择系统的再一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。本发明的示例性实施例及其说明用于解释本发明，但并不构成对本发明的不当限定。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

首先介绍本发明所涉及的多跳relay模型。

图3是多跳relay模型示意图。

如图3所示，虚线箭头表示这不是一个直接的路径，而是一个经过多个relay而形成的路径。纵向虚线框中表示从源节点(S)到宿节点(D)的所有relay路径集合，横向虚线框h₁代表从S到D的第一条路径，R_1，i为第1条路径上的第i个relay，R_N，j为第N条路径上的第j个relay。各条路径可以有相同的节点，也就是说R_1，i与R_N，j可以是同一个relay，只是在不同路径集合中的标识不一样。假设从S到D的第一条路径共经过I个节点，则该路径也可以用relay序列表示为：(R_1，1…，R_1，j，…，R_1，I)。

在多跳relay中，如果只进行放大转发，噪声将随之放大，相当一部分功率仅用于传送噪声，造成功率浪费，也使误码率增大。本发明中各relay均采用解码转发方式，有利于降低误码率，同时，本发明的Relay是层3relay，其对用户非透明，有独立小区ID，可以进行随机接入与资源请求分配等。

其次介绍relay的帧结构。

802.16j对多跳relay的帧结构进行了较为详细地说明，本发明结合LTE-A将多跳relay帧结构转化为以下模型。该模型未考虑直传链路，即，用户和基站之间的通信需要借助relay来实现。

以时分双工模式为例，一帧中共有10个子帧，其中第1子帧和第6子帧为导频子帧，其余子帧为数据传输子帧。在不考虑第1子帧和第6子帧的情况下可以将剩余8个子帧分成四个工作区间，如图4和图5所示，T为发送区间，R为接收区间，Idle为空闲区间，有些接收区间为可调发送区间，即，当relay接收到要转发给其他relay的信息后，将部分接收区间调整为发送区间，如果relay没有接收到需要转发给其他relay的信息，则此部分依然为接收区间。同理，有些发送区间为可调接收区间。实际上，所调整的这部分区间为一种保护间隔，保护间隔的大小可以根据数据传输速率和relay的覆盖范围决定。

图4是两跳relay的帧结构示意图。

如图4所示，Relay在第一工作区间接收eNB发送的信息，在第二工作区间将接收到的信息转发给UE，第三工作区间接收UE发送的信息，第四工作区间将接收到的来自UE的信息转发给eNB。

在大于两跳的情况下，relay接收到转发给其他relay的信息时，帧结构相对于图4将有所调整。

图5是多跳relay的帧结构示意图。如图5所示，以三跳为例进行说明。

在第一工作区间，eNB向relay1发送数据，未接收到要转发给其他relay数据的relay(例如，relay2)在这一工作区间为接收区间。但是当其接收到要转发给其他relay的数据时，可将靠近发送区间的部分调整为发送状态以便在下一个relay的接收区间能向其发送数据，降低时延。图5中的relay1在接收到eNB发送的数据后，将其靠近发送区间的部分时间调整为发送状态，并将接收到的要发送给其他relay的数据发送出去，例如，relay1将数据发送给relay2。

在第二工作区间，eNB为空闲状态，relay1和relay2都为发送状态，但relay2因在第一个工作区间的后端部分接收到relay1的转发数据，因此将第二工作区间的前端部分调整为接收状态，即，增加一个保护间隔以保证对relay1所发送数据的完整接收。

在第三工作区间，用户进入发送状态，relay1和relay2都进入接收状态，与第一工作区间的工作方式相同，当relay2接收到待转发给relay1的数据时，第三工作区间的后端部分调整为发送状态。

在第四工作区间，relay1、relay2进入发送状态，eNB为接收状态，relay1的发送前端调整为接收状态，以保证接收数据的完整性。

如果发送端和接收端速率匹配，不考虑数据传输速率，可以只需考虑relay的覆盖范围对保护间隔的影响。电磁波在空气中的传播速度近似为3×10⁸m/s，一个子帧为1ms，一个子帧在时域上通常包含14个正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)符号，当relay的覆盖范围超过15km时，如果不加保护间隔会影响至少1个OFDM符号，此时接收端的保护间隔就显得尤为重要，保护间隔应为1个OFDM符号长度。当relay的覆盖范围小于1km时，以1km为例，传播时延为1/3×10^-5s，如果不加保护间隔则会与其他子帧的循环前缀碰撞，保护间隔约为1/10个OFDM符号。

接下来基于上述多跳relay模型和帧结构描述说明本发明的实施例。

图6是本发明多跳中继路径选择方法的一个实施例的流程示意图。

如图6所示，该实施例可以包括以下步骤：

S602，宿节点接收路径搜索消息，根据路径搜索消息检测自源节点、中继节点至宿节点所经过的各条路径以及每条路径的信道容量和误码率；

S604，根据检测到的每条路径的信道容量和误码率以及所设置的最高误码率和返回路径数M从检测到的各条路径中确定传输路径集合(也可以理解为最优路径集合)和备选路径集合(也可以理解为次优路径集合)，除传输路径集合和备选路径集合外被宿节点检测到的路径可以被确定为剩余路径集合，其中M＞0，设置的最高误码率包括单跳最高误码率和整条路径的最高误码率；

S606，利用传输路径集合中的每条路径向源节点传输备选路径集合的信息，其中，备选路径集合的信息包括每条备选路径节点序列(例如，S-R1-R3-D)、宿节点计算的每条备选路径的信道容量和误码率；

S608，源节点根据检测到的传输路径集合中的每条路径的信道容量和误码率以及最高误码率判断是否存在可用路径；

S610，在存在可用路径的情况下，利用可用路径向宿节点发送路径选择确认消息并在源节点与宿节点之间传输数据；

S612，在不存在可用路径并且未收到剩余路径集合为空集的消息的情况下，利用接收到的备选路径集合中的每条备选路径向宿节点发送路径重选消息，其中，剩余路径结合为空集的消息是在宿节点检测到剩余路径集合为空集的情况下向源节点发送的，宿节点在接收到路径重选消息后，将备选路径集合更新为传输路径集合(即，将备选路径结合作为新的传输路径集合)，从剩余路径集合中提取M条信道容量最大的路径(如果信道容量相同，则选取路径误码率最小的M条路径)构成备选路径集合(即，从剩余路径集合中选取路径构成新的备选路径集合)，并利用传输路径集合中的每条路径向源节点传输用户数据和备选路径集合的信息，源节点继续检测是否存在可用路径，直至源节点检测到可用路径或剩余路径集合为空集，在剩余路径集合为空集时宿节点向源节点返回剩余路径集合为空集的消息；

S614，在不存在可用路径并且收到剩余路径集合为空集的消息的情况下，源节点广播路径搜索消息。

该实施例综合考虑单跳信道容量和误码率，从而使得最终所选择的整条路径的性能最优。此外，本发明还同时考虑双向的性能，从而使得所选择的路径在双方向上的性能都能同时达到最优。

在一个实例中，可以通过下述步骤获得步骤S602和S608中的每条路径的信道容量和误码率：

首先将当前节点估计出的单跳信道容量和单跳误码率与设置的最低信道容量和单跳最高误码率进行比较，如果估计出的单跳信道容量大于设置的最低信道容量并且估计出的单跳误码率低于单跳最高误码率，则继续判断当前节点是否为第一跳节点，否则，丢弃到达当前节点的消息或数据(即，不满足系统设定的要求)，如果是第一跳节点，则将该跳节点估计出的单跳信道容量和单跳误码率发送至下一跳节点，如果不是，则每一跳节点将本跳节点估计出的单跳信道容量与上一跳节点所发送的单跳信道容量进行比较，并将两者中较小的单跳信道容量、本跳节点的单跳误码率和上一跳节点发送的单跳误码率发送至下一跳节点，其中，当前节点为中继节点；

如果当前节点为整条路径的最后一个节点(即，源节点或宿节点)，则将估计出的单跳信道容量与上一跳节点发送的单跳信道容量进行比较，根据两者中较小的单跳信道容量计算出路径信道容量，并根据每一跳的单跳误码率计算出路径误码率。

例如，假设宿节点检测到来自源节点的N条路径，第n条路径经过I个中继节点，则整个第n条路径的信道容量C_n和误码率Ps_n分别为：

$C_n=\frac{1}{I+1}\min \left\{C_{n,i}\right|R_i\∈h_n\}---\left(1\right)$

${\mathrm{Ps}}_n=1-\underset{i=1}{\overset{I+1}{\mathrm{\Π}}}(1-{\mathrm{Ps}}_{n,i})---\left(2\right)$

其中，关于每一跳的信道容量C_n，i和每一跳的误码率Ps_n，i将在后续的实施例中针对特定的系统模型给出具体的计算公式。

从该实例可以看出，最终的路径信道容量与路径中所有跳的最小的信道容量相关，整条路径的误码率是每一跳误码率的累积，因此，其可以选取出整条路径性能最优的多跳路径。

在另一实例中，步骤S604可以通过下述步骤具体实现：

将检测到的每条路径的误码率与路径最高误码率进行比较；

从检测到的满足路径最高误码率要求的路径中选取出M条信道容量最大的路径构成传输路径集合，如果信道容量相同，则选取路径误码率较低的路径构成传输路径集合；举例说明，假设返回路径数M为2并且满足路径最高误码率要求的路径共有8条，则选取出信道容量最大的前两条路径构成传输路径集合，如果信道容量最大的有3条路径，则选取路径误码率最低的前2条路径构成传输路径集合；

从检测到的满足路径最高误码率要求的路径中选取M条未用于传输数据的路径构成备选路径集合(即，从宿节点检测的满足最高误码率要求的N条路径中，先选出M条作为传输路径，再从N-M条中选取M条作为备选路径)，如果信道容量相同，则选取路径误码率较低的路径构成备选路径集合；继续上述的例子，从剩余的6条路径中再选出2条作为备选路径，要求这两条路径的信道容量应当在这6条路径中最大，如果信道容量相同，则选取两条误码率最低的路径作为备选路径。

在又一实例中，步骤S608可以通过下述步骤具体实现：

源节点将检测到的每条路径的误码率与路径最高误码率进行比较；如果低于路径最高误码率，则选取信道容量最大的路径作为可用路径，如果信道容量相同，则选取路径误码率最小的路径作为可用路径。

在本发明多跳中继路径选择方法的另一实施例中，中继节点在接收到路径搜索消息后，还可以先判断当前跳数是否大于所设置的最大跳数；如果大于所设置的最大跳数，则丢弃路径搜索消息，否则进行路径的选择。

在实际应用中，宿节点可以为基站或用户设备，相应地源节点可以为用户设备或基站，以下将通过具体实例进行详细说明。

本发明的中继节点都采用解码转发方式，解码转发的中继路径容量取决于用户最小传输速率和最小单跳信道容量。每一个中继节点在接收数据进行单跳信道估计后，都可以算出从上一跳节点(即，上一个发送端)到该中继节点的单跳信道容量和单跳误码率。第一跳所到达的节点将两个值(该跳的信道容量和该跳的误码率)进行保存并发送给下一跳节点，从第二跳开始，每一跳的节点都对本跳信道容量和上一跳信道容量进行对比，保留较小的数据，将本跳的误码率和接收到的所有误码率进行保存，并作为信息发送给下一跳节点。依此类推，在最后一个节点就可以得到每一条路径的信道容量和误码率。同理，源节点也可以得到从宿节点到源节点的路径信道容量和误码率。

假设系统设置的单跳最高误码率为P_ssmax，路径最高误码率为P_msmax(其中，P_msmax＞P_ssmax)，单跳最低信道容量为C_min，最大跳数为I_max+1。

图7是本发明多跳中继路径选择失败的一个消息流程示意图。

如图7所示，示出了源节点发起业务请求时的路径选择过程，具体包括如下过程：

S702，源节点发出业务请求，开始路径搜索；

S704，宿节点接收路径搜索消息，根据检测到的从源节点经不同中继节点到宿节点的路径进行源节点至宿节点的路径选择，如果有N条满足要求的路径(具体判断方法参见上述实施例)，则从N条路径中选出信道容量最大的M条路径h₁，...h_M作为传输路径，再在N-M条路径中选出信道容量最大(如果信道容量相同，选取路径误码率最小的路径)的M条路径h_M+1，...h_2M作为备选路径，其余N-2M条路径构成剩余路径集合。利用传输路径集合中的每条路径向源节点发送备选路径集合的信息，具体包括每条备选路径的节点序列、从源节点到宿节点的备选路径的信道容量和误码率；

S706，源节点根据从宿节点至源节点的传输路径的测量结果选择可用路径(具体选择方法参见上述实施例)，如果未选出可用路径，则利用备选路径集合中的备选路径h_M+1，...h_2M向宿节点发送重选路径请求，此时可以开始传输数据；

S708，宿节点接收到重选路径请求后，将备选路径集合更新为传输路径集合，从N-2M条路径中选取M条信道容量最大(如信道容量相同选路径误码率最小)的M条路径作为新的备选路径集合；利用新的M条传输路径h_M+1，...h_2M向源节点传输数据，并将新的M条备选路径h_2M+1，...h_3M的信息也回传给源节点，在剩余路径集合为空集时向源节点返回剩余路径集合为空集的消息；

S710，如果宿节点还未检测到可用路径并且收到剩余路径集合为空集的消息的情况下，源节点广播路径搜索消息，重新执行上述S702-S708的路径选择步骤。

图8是本发明多跳中继路径选择成功的一个消息流程示意图。

如图8所示，示出了源节点发起业务请求时的路径选择过程，具体包括如下过程：

S802，源节点发出业务请求，开始路径搜索；

S804，宿节点接收路径搜索消息，根据检测到的从源节点经不同中继节点到宿节点的路径进行源节点至宿节点的路径选择，如果有N条满足要求的路径(具体判断方法参见上述实施例)，则从N条路径中选出信道容量最大的M条路径h₁，...h_M作为传输路径，再从N-M条路径中选出信道容量最大(如果信道容量相同，选取路径误码率最小的路径)的M条路径h_M+1，...h_2M作为备选路径，其余N-2M条路径构成剩余路径集合。利用传输路径集合中的每条路径向源节点发送备选路径集合的信息，包括每条备选路径的节点序列、从源节点到宿节点的备选路径的信道容量和误码率；

S806，源节点根据从宿节点至源节点的传输路径的测量结果选择可用路径(具体选择方法参见上述实施例)，如果可以选出一条可用路径，则利用该选出的可用路径向宿节点发送路径选择确认消息；

S808，在源节点与宿节点之间的可用路径上进行双向数据传输。

在图7和图8所示的消息流程中，源节点、宿节点和中继节点的作用如下：

中继节点(Relay)：

在源节点(S)和宿节点(D)之间发送的消息和数据经过源节点与宿节点之间的relay进行转发。设从S到D的第n条路径途经中继R_n，i，在R_n，i处，进行信道估计得到H_n，i，进而利用H_n，i计算这一跳的信道容量C_n，i和误码率Ps_n，i。

此外，中继节点还将当前跳数i与I_max进行比较，如果当前跳数i大于I_max则丢弃该消息或数据包，否则，继续判断当前一跳的单跳误码率Ps_n，i是否小于单跳最高误码率P_ssmax且当前一跳的单跳信道容量是否大于最低信道容量，如果是，则进行解码后向下一节点转发，否则，丢弃该消息或数据包。

源节点(S)：

源节点S是业务发起者，在该实例中，源节点可以是eNodeB，也可以是用户设备。源节点可以有三个功能：发出业务请求、寻呼、选择传输路径。

S发出的请求或寻呼途经从S到D的所有Relay路径，到达D。

一般情况下，S只需从D返回的数据传输路径中按照下列标准进行选择。设从S到D有N条路径，D向S返回M条路径的数据，第m条路径经过I个relay节点，该路径上的信道容量和误码率分别为：

$C_m=\frac{1}{I+1}\min \left\{C_{m,i}\right|R_i\∈h_m\}---\left(3\right)$

${\mathrm{Ps}}_m=1-\underset{i=1}{\overset{I+1}{\mathrm{\Π}}}(1-{\mathrm{Ps}}_{m,i})---\left(4\right)$

当该条路径的误码率Ps_m大于路径最高误码率P_msmax时，删除该路径信息，即，该路径不可用。

遍历M条路径，在每条路径中单跳误码率以及路径误码率均小于设置的最高误码率，并且单跳信道容量均大于最低信道容量的情况下，源节点以信道容量作为第一排序条件，以误码率作为第二排序条件，即，首先选择信道容量最大的一条路径作为可用路径，若信道容量相同，则选择误码率最小的一条路径作为可用路径。由于多跳中继的信道容量与跳数相关，这里已经考虑了跳数问题，因而也就无需再单独作为条件进行考虑。当可用路径选出后，通过该路径发出路径确认信息，之后可以利用该可用路径进行数据传输。

若从宿节点到源节点的所有返回路径的误码率都高于设置的最高误码率P_msmax，则从宿节点返回的信息中寻找备选路径，通过备选路径发出路径重选请求，如果该请求被响应，则接收到新的路径信息，重复上述计算比较，若有满足要求的路径，则选其为可用路径，并返回确认消息，并开始数据传输。如果该请求被响应，但最终依然没有满足要求的可用路径，则广播路径搜索信息，重新开始新一轮的路径搜求请求。

宿节点(D)：

宿节点D是数据接收者，如果源节点是UE，则宿节点是eNB，反之，如果源节点为eNB，则宿节点为UE。

从图7的流程可以看出，在宿节点处，对接收的路径进行检测，提取各条路径的信息。若D检测到来自S的N条路径，第n条路径经过I个relay节点，则该路径上的信道容量和误码率可以分别通过公式(1)和公式(2)获得。

当该条路径的误码率Ps_n大于路径最高误码率P_msmax时，删除该路径信息。

遍历N条路径，与源节点同理，在每条路径中单跳误码率以及路径误码率均小于设置的最高误码率，并且单跳信道容量均大于最低信道容量的情况下，宿节点以信道容量作为第一排序条件，误码率作为第二排序条件。选择信道容量最大的M条路径作为传输路径(在第一次可以理解为最优路径，在后续可以理解为次优路径)，若信道容量相同，则选择误码率较小的M条路径作为传输路径。同时将剩余满足条件的L(L≤(N-M))条路径中的信道容量最大的M条路径的信息作为备用路径集合的信息返回给源节点。

如果收到源节点的路径选择确认消息，则响应并准备接收数据；如果收到源节点的路径重选消息，则将备用路径集合更新为传输路径集合，同时从剩余的L-(r_i+1)×M条路径中(r_i表示接收到的路径重选消息次数)选择M条信道容量最大的路径作为新的备用路径集合，直至接收到路径选择确认消息。若一直未接收到路径选择确认消息或接收到广播信息，则抛弃现有满足条件的路径列表，重新从接收路径中选择新的路径。

下面以一个具体实例来进一步说明上述实施例。

图9是本发明的一个多跳中继路径示意图。

如图9所示，以eNB发起业务请求为例，假设单跳最高误码率P_ssmax＝0.06，路径最高误码率P_msmax＝0.1，最低信道容量C_min＝1，最大跳数I_max+1＝6，M＝2。在箭头上先后标明了计算出的单跳的信道容量和单跳的误码率(后续相似附图中的含义也相同)，具体计算方法将在后续给出详细说明。

用户设备检测到下列来自eNB方向的下行路径信息：

路径集合	信道容量	误码率	跳数
				R3，R4	2/3	0.068	3
R1，R2	1/3	0.059	3
				R1，R4	1/3	0.088	3

表1

用户设备根据排序规则选出两条路径(R3，R4)和(R1，R2)，回传数据中包含的备选路径是(R1，R4)。

eNB检测到下列来自用户设备方向的上行路径信息：

路径集合	信道容量	误码率	跳数
				R4，R3	1/3	0.097	3

R2，R1

--

单跳误码率过高

表2

同时，eNB还接收到来自用户设备的备选路径信息：

路径集合	信道容量	误码率	跳数
				R1，R4	1/3	0.088	3

表3

根据上述实施例的选取原则，从表2可以看出，eNB可以将(R4，R3)选作可用路径。

上述实施例为每个用户选择其最优路径，但也存在一定问题。上述实施例中的路径选择为事件驱动型，即，当用户有业务请求或被基站寻呼时，路径选择事件才发生。由于路径有生存周期，超出生存周期，用户每一次发起业务请求或被寻呼都要进行一次路径选择，而用户业务的突发性和移动性，使得用户路径选择的频率较高。如果某一地区用户较多，较多的用户选用了至少有一个交点的路径，则在这些节点上重复路径计算量非常大，而实际上70％以上的业务发生在室内或用户移动范围很小，频繁的用户路径选择将使中继节点的计算量加大，同时也使用户面总体延迟加大。如果最后一跳的链路质量可靠，用户只需要常规性地进行接入测量即可，而不需要每次进行路径选择。

下述实施例中的用户不用参与路径的选择，路径的选择由直接服务用户的接入中继节点选择。如果用户移动速度较慢，则其路径拓扑变化较慢，用户可能依然在中继节点的服务范围内，中继节点可以根据上次传输路径进行路径选择，不需要每次建立连接都进行路径选择。

在这种情况下，可以将宿节点设置为基站或接入中继节点，相应地将源节点设置为接入中继节点或基站，用户设备与接入中继节点直接交互，此时，在进行宿节点与源节点之间的路径选择之前，用户设备选择接入中继节点，具体如下：

用户设备接收与其直接交互的各中继节点发送的下行消息(例如，导频信息)，根据下行信息估计出自各中继节点至用户设备的下行单跳信道容量和下行单跳误码率；

将各中继节点至用户设备的下行单跳误码率和下行单跳信道容量分别与单跳最高误码率和设置的最低信道容量进行比较，向满足误码率和信道容量要求(即，下行单跳误码率小于单跳最高误码率且下行单跳信道容量大于最低信道容量)的路径所对应的各中继节点发送上行消息；

接收到上行消息的中继节点根据上行消息估计出用户设备至该中继节点的上行信单跳道容量和上行单跳误码率，并将估计出的上行单跳误码率和上行单跳信道容量分别与单跳最高误码率和最低信道容量进行比较，满足误码率和信道容量要求(即，上行单跳误码率小于单跳最高误码率且上行单跳信道容量大于最低信道容量)的各中继节点向用户设备发送对应路径的上行单跳信道容量和上行单跳误码率；

用户设备将上行单跳信道容量与下行单跳信道容量之和最大的路径所对应的中继节点作为接入中继节点，如果单跳信道容量和(即，上行单跳信道容量与下行单跳信道容量之和)相同，则将上行单跳误码率和下行单跳误码率之和最小的路径所对应的中继节点作为接入中继节点。

图10是本发明另一多跳中继路径示意图。

如图10所示，UE直接接入附近的一个中继节点(Rac)，该中继节点称为接入中继节点，因此图10中可以包括两类中继节点：普通中继节点和接入中继节点。某一个用户的接入中继节点可能是另一个用户的普通中继节点。eNB与Rac之间的路径选择方法可以采用上述实施例的方式进行选择。

图11是本发明多跳中继路径选择的一个消息流程示意图。

如图11所示，具体包括如下过程：

S1102，用户设备接收来自与其直接交互的普通中继节点的信息，利用接收到的信息测量自各中继节点至用户终端的下行单跳信道容量和下行单跳误码率；

S1104，用户设备将测量的下行单跳误码率和下行单跳信道容量与单跳最高误码率和最低信道容量进行比较(由于仅为一跳)，只要小于单跳路径最高误码率就小于路径最高误码率，向满足误码率和信道容量要求(即，小于单跳最高误码率且大于最低信道容量)的路径中的各中继节点发送路径选择请求；

S1106，对应的各中继节点接收到该请求后，估计出自用户终端至各中继节点的上行单跳信道容量和上行单跳误码率，并将上行单跳信道容量和上行单跳误码率分别与最低信道容量和单跳最高误码率进行比较，满足误码率和信道容量要求的各中继节点向用户设备反馈满足要求路径的上行单跳信道容量和上行单跳误码率；

S1108，用户设备选取上行单跳信道容量与下行单跳信道容量之和最大路径所对应的中继节点为接入中继节点，向其发送接入请求，在单跳信道容量相同的情况下选取上行单跳误码率和下行单跳误码率之和最小路径对应的中继节点为接入中继节点；

S1110，接入中继节点向用户设备发出响应，并返回可用资源信息；

S1112，在用户设备与接入中继节点之间传输数据。

在图10所示的模型中，源节点、宿节点和普通中继节点和接入中继节点的作用如下：

eNB：

作为源节点和宿节点时，其作用与图7与图8中源节点与宿节点的作用相同。

普通中继节点：

其作用与图7和图8中的中继节点的作用相同。

接入中继节点：

接入中继节点代替用户终端选择路径、提取路径信息、计算各个路径的误码率和信道容量，在一定误码率约束条件下，对其进行排序，排序次序依次为信道容量和误码率。

如果从eNB到UE共I+1跳，第I个中继节点就是UE的接入中继节点，则在接入中继节点处可以检测出N条路径，第n条路径经过I-1个中继节点，eNB与第I个中继节点之间的路径上的信道容量和误码率分别为：

$C_n=\frac{1}{I}\min \left\{C_{n,i}\right|R_i\∈h_n\}---\left(5\right)$

${\mathrm{Ps}}_n=1-\underset{i=1}{\overset{I}{\mathrm{\Π}}}(1-{\mathrm{Ps}}_{n,i})---\left(6\right)$

当该条路径的误码率Ps_n大于路径最高误码率P_msmax，删除该路径信息。

其余流程与图7和图8中的源节点和宿节点的功能相同。

用户设备：

其不参与整条路径的选择，只进行接入中继节点的选择。在用户终端或eNB发起路径选择过程之前，多一个用户接入过程。

图12是本发明的又一多跳中继路径示意图。

假设条件与图9中的实例相同。

首先，用户设备选择接入中继节点，用户设备检测来自R5和R6的消息，计算出下行单跳信道容量和下行单跳误码率：

中继节点	信道容量	误码率
			R5	2	0.02
R6	2	0.03

表4

R5，R6向用户设备返回测量出的上行单跳信道容量和上行单跳误码率：

中继节点	信道容量	误码率
			R5	2	0.03
R6	1	0.03

表5

根据信道容量之和最大的准则，结合表5和表6用户设备选择信道容量较大的R5作为接入中继节点。

其次，eNB计算出下述从R5到eNB的路径：

路径集合	信道容量	误码率	跳数
				R2，R1	2/3	0.097	3
R4，R3	1/3	0.088	3
				R4，R1	1/3	0.097	3

表6

eNB根据排序规则选出两条路径(R2，R1)和(R4，R3)，回传数据中包含的备选路径是(R4，R1)。

接下来，R5处计算出下述从eNB到R5的路径：

路径集合	信道容量	误码率	跳数
				R2，R1	1/3	0.059	3
R4，R3	1/3	0.068	3

表7

同时R5还接收到来自eNB的备用路径信息：

路径集合	信道容量	误码率	跳数
				R4，R1	1/3	0.097	3

表8

R5接入中继节点根据排序规则选择(R2，R1)作为可用路径。

接下来，以多输入多输出(Multi Input Multi Output，MIMO)系统模型为例说明信道容量C_n，i和误码率Ps_n，i的计算方法。

首先介绍MIMO系统模型。

图13是MIMO系统中下行资源栅格示意图。

如图13所示，横轴方向是时域，纵轴方向是频域，每一个小方块都表示一个资源粒子，这是LTE与LTE-A中的最小单位。l是资源粒子在时域上的编号，一个资源粒子对应一个OFDM符号，L表示一个时隙中OFDM符号的总数；k是资源粒子在频域上的编号，对应LTE-A下行资源栅格中的子载波，K表示用于数据传输的子载波总数。粗线框标识的部分表示一个资源块，其在时域上对应一个时隙，在频域上对应180kHz。M_T、M_R与N_RI分别表示UE的射频链路的发送天线数、接收天线数与传输层数(即，秩数)，且M_T、M_R与N_RI都是正整数，N_RI≤min(M_T，M_R)。下行资源栅格中的第k个子载波在第l个OFDM符号周期内的下行传输信号可以表示为：

$r_{(k,l)}=\sqrt{\frac{E_x}{M_T}}{H}_{(k,l)}{W}_{(k,l)}{x}_{(k,l)}+n_{(k,l)},k=1,...,K;l=1,...,L---\left(7\right)$

其中，

是预编码矩阵，

是信道矩阵，

式(7)中的预编码矩阵W_(k，l)用于将各个层上的数据流映射到各根天线上。令为等效信道矩阵，则式(7)可以表示为：

$r_{(k,l)}=\sqrt{\frac{E_x}{M_T}}{\tilde{H}}_{(k,l)}{x}_{(k,l)}+n_{(k,l)}---\left(10\right)$

其中，x_(k，l)表示各个层上的数据流，E_x表示每个符号的平均能量，x_(k，l)的能量为M_T，也即

(ε(·)表示取期望)。r_(k，l)表示接收数据向量。n_(k，l)表示复值加性高斯白噪声向量，服从分布

假设基站和中继节点之间采用视距传输，基站和用户设备之间、中继节点与中继节点之间、中继节点与用户设备之间均为非视距传输。

图14是N条路径中继示意图。

如图14所示，其是图13所示模型的具体化，假设eNB与UE之间有X个中继节点，共N条路径。h₁表示第一条路径，h₁经过节点R₁、R₂、R₃，将h1记为(R₁，R₂，R₃)，第N条路径h_N也可记为h_N＝(R_X-2，R_X，R_X-1)。不同的路径可以经过同一个节点，如该图中另一条路径(R₁，R₄，R₃)与h₁有两个节点重合。

当发送端采用发送分集时，信道容量为：

$C_{(k,l)}^{n_{\mathrm{RI}}}\left({\tilde{H}}_{(k,l)}\right)={\log }_2\left(\det (I+\mathrm{\γ}{\tilde{H}}_{(k,l)}^H{\tilde{H}}_{(k,l)})\right)---\left(11\right)$

其中，γ＝E_x/N₀是接收天线处的平均信噪比。

当接收端采用最大比合并检测时，对资源粒子(k，l)的判决输出信噪比为：

${\mathrm{\γ}}_{1,\mathrm{div}}{|}_{(k,l)}^1=\frac{\mathrm{\γ}}{M_T}{\left|\right|H_{(k,l)}\left|\right|}_F^2=\frac{\mathrm{\γ}}{M_T}\underset{i=1}{\overset{M_T}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{M_R}{\mathrm{\Σ}}}{\left|H_{(k,l)}^{(i,j)}\right|}^2---\left(12\right)$

当发送端采用空间复用时，信道容量为：

$C_{(k,l)}^{n_{\mathrm{RI}}}\left({\tilde{H}}_{(k,l)}\right)={\log }_2\left(\det (I+\mathrm{\γ}{\tilde{H}}_{(k,l)}^H{\tilde{H}}_{(k,l)})\right)---\left(13\right)$

当接收端采用迫零检测时，第n层对资源粒子(k，l)的判决输出信噪比为：

${\mathrm{\γ}}_{n,\mathrm{ZF}}{|}_{(k,l)}^{n_{\mathrm{RI}}}=\frac{\mathrm{\γ}}{M_T}\frac{1}{{\left[{\tilde{H}}_{(k,l)}^H{\tilde{H}}_{(k,l)}\right]}_{n,n}^{-1}},n=1,...,n_{\mathrm{RI}}---\left(14\right)$

计算一个时隙内所有资源粒子的误码率：

$P_s{|}^{n_{\mathrm{RI}}}=\underset{n=1}{\overset{n_{\mathrm{RI}}}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{P}_s\left[e\right|\left({\mathrm{\γ}}_{n,X}{|}_{(k,l)}^{n_{\mathrm{RI}})}\right)]\·p\left({\mathrm{\γ}}_{n,X}{|}_{(k,l)}^{n_{\mathrm{RI}}}\right)---\left(15\right)$

上式中，

表示在某种传输模式下，一个时隙共n_RI层数据的误码率，

表示在某种调制方式下，当输出信噪比为

时的误符号率，

表示输出信噪比为

的概率密度，X表示检测方式，ZF表示迫零检测，div为最大比合并检测。

对于矩形M-QAM，衰落信道下的条件误符号率为：

$P_s\left[e\right|\left({\mathrm{\γ}}_{n,X}{|}_{(k,l)}^{n_{\mathrm{RI}}}\right)]=\frac{4G}{\mathrm{\π}}{\∫}_0^{\frac{\mathrm{\π}}{2}}\exp (-\frac{{\mathrm{g\γ}}_{n,X}{|}_{(k,l)}^{n_{\mathrm{RI}}}}{{\sin }^2\mathrm{\θ}})\mathrm{d\θ}-\frac{4G^2}{\mathrm{\π}}{\∫}_0^{\frac{\mathrm{\π}}{4}}\exp (-\frac{{\mathrm{g\γ}}_{n,X}{|}_{(k,l)}^{n_{\mathrm{RI}}}}{{\sin }^2\mathrm{\θ}})\mathrm{d\θ}---\left(16\right)$

其中， $G=1-\frac{1}{M^{1/2}},g=\frac{3}{2(M-1)},$ M是星座点数。

的概率密度函数

按下式计算：

$p\left({\mathrm{\γ}}_X{|}_{(k,l)}^{n_{\mathrm{RI}}}\right)=\frac{M_T}{\mathrm{\γ}\·\mathrm{\Γ}\left(D_X\right)}{\left(\frac{M_T{\mathrm{\γ}}_{n,X}{|}_{(k,l)}^{n_{\mathrm{RI}}}}{\mathrm{\γ}}\right)}^{D_X^f-1}\exp (-\frac{M_T{\mathrm{\γ}}_{n,X}{|}_{(k,l)}^{n_{\mathrm{RI}}}}{\mathrm{\γ}})---\left(17\right)$

其中，Γ(·)是Gamma函数，D_X是接收机的分集度：

$D_X=\left\{\begin{array}{c}{M}_R-M_T+1,X=\mathrm{ZF}\\ M_R{M}_R,X=\mathrm{div}\end{array}\right.---\left(18\right)$

为例比较上述不同实施例的性能，将图3-图10所涉及的方案称为方案A，将图10-图12所涉及的方案称为方案B，以下是对这两个方案的比较：

表9

本领域普通技术人员可以理解，实现上述方法实施例的全部和部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算设备可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤，而前述的存储介质可以包括ROM、RAM、磁碟和光盘等各种可以存储程序代码的介质。

图15是本发明多跳中继路径选择系统的一个实施例的结构示意图。

如图15所示，该实施例的系统1500可以包括源节点1510、宿节点1520以及多个中继节点1530，其中，

宿节点1520，用于接收路径搜索消息，根据路径搜索消息检测自源节点、中继节点至宿节点所经过的各条路径以及每条路径的信道容量和误码率，根据检测到的每条路径的信道容量和误码率以及所设置的最高误码率和返回路径数M从检测到的各条路径中确定传输路径集合和备选路径集合，除传输路径集合和备选路径集合外被宿节点检测到的路径被确定为剩余路径集合，其中M＞0，所设置的最高误码率包括单跳最高误码率和路径最高误码率，利用传输路径集合中的每条路径向源节点传输备选路径集合的信息，其中，备选路径集合的信息包括每条备选路径节点序列、宿节点计算的每条备选路径的信道容量和误码率，在接收到路径重选消息后，将备选路径集合更新为传输路径集合，从剩余路径集合中提取M条信道容量最大的路径构成备选路径集合，并利用传输路径集合中的每条路径向源节点传输用户数据和备选路径集合的信息，在剩余路径集合为空集时向源节点返回剩余路径集合为空集的消息；

源节点1510，用于根据检测到的传输路径集合中的每条路径的信道容量和误码率以及最高误码率判断是否存在可用路径，在存在可用路径的情况下，利用可用路径向宿节点发送路径选择确认消息并在源节点与宿节点之间传输数据，在不存在可用路径并且未收到剩余路径集合为空集的消息的情况下，利用接收到的备选路径集合中的每条备选路径向宿节点发送路径重选消息，在不存在可用路径并且收到剩余路径集合为空集的消息的情况下广播路径搜索消息；

每个中继节点1530，设置于源节点和宿节点之间，用于转发在源节点与宿节点之间传输的数据和消息；

举例说明，宿节点可以为基站或用户设备，相应地源节点可以为用户设备或基站。

在本发明多跳中继路径选择系统的另一实施例中，与图15中的实施例相比，该实施例的系统中的宿节点可以包括：

路径检测单元，用于接收路径搜索消息，根据路径搜索消息检测自源节点、中继节点至宿节点所经过的各条路径以及每条路径的信道容量和误码率；

路径集合确定单元，与路径检测单元相连，用于根据检测到的每条路径的信道容量和误码率以及所设置的最高误码率和返回路径数M从检测到的各条路径中确定传输路径集合和备选路径集合，除传输路径集合和备选路径集合外被宿节点检测到的路径被确定为剩余路径集合；

路径信息发送单元，与路径集合确定单元相连，用于利用传输路径集合中的每条路径向源节点传输备选路径集合的信息；

路径集合更新单元，用于在接收到路径重选消息后，将备选路径集合更新为传输路径集合，从剩余路径集合中提取M条信道容量最大的路径构成备选路径集合；

空集消息发送单元，与路径集合更新单元相连，用于在剩余路径集合为空集时向源节点返回剩余路径集合为空集的消息。

在本发明多跳中继路径选择系统的又一实施例中，与图15中的实施例相比，该实施例的系统中的源节点可以包括：

可用路径判断单元，用于根据检测到的传输路径集合中的每条路径的信道容量和误码率以及最高误码率判断是否存在可用路径；

路径确认发送单元，与可用路径判断单元相连，用于在存在可用路径的情况下，利用可用路径向宿节点发送路径选择确认消息并在源节点与宿节点之间传输数据；

路径重选发送单元，与可用路径判断单元相连，用于在不存在可用路径并且未收到剩余路径集合为空集的消息的情况下，利用接收到的备选路径集合中的每条备选路径向宿节点发送路径重选消息；

广播消息发送单元，与可用路径判断单元相连，用于在不存在可用路径并且收到剩余路径集合为空集的消息的情况下广播路径搜索消息。

在一个实例中，为了计算每条路径的信道容量和误码率，每个中继节点还用于将当前节点估计出的单跳信道容量和单跳误码率与设置的最低信道容量和单跳最高误码率进行比较；如果估计出的单跳信道容量大于最低信道容量并且估计出的单跳误码率低于单跳最高误码率，则判断当前节点是否为第一跳节点，否则，丢弃到达当前节点的消息或数据；如果是，则将该跳节点估计出的单跳信道容量和单跳误码率发送至下一跳节点；如果不是，则每一跳节点将本跳节点估计出的单跳信道容量与上一跳节点发送的单跳信道容量进行比较，并将较小的单跳信道容量、本跳节点的单跳误码率和上一跳节点发送的单跳误码率发送至下一跳节点。

进一步地，在当前节点为整条路径的最后一个节点时，源节点或宿节点还用于将估计出的单跳信道容量与上一跳节点发送的单跳信道容量进行比较，根据较小的单跳信道容量计算出路径信道容量，并根据单跳误码率计算出路径误码率。

在一个实例中，路径集合确定单元可以包括：

第一路径误码率比较子单元，用于将检测到的每条路径的误码率与所路径最高误码率进行比较；

传输路径确定子单元，与第一路径误码率比较子单元相连，用于从检测到的满足路径最高误码率要求的路径中选取M条信道容量最大的路径构成传输路径集合，如果信道容量相同，则选取路径误码率较低的路径构成传输路径集合；

备选路径确定子单元，与第一路径误码率比较子单元相连，用于从检测到的满足路径最高误码率要求的路径中选取M条未用于传输数据的信道容量最大的路径构成备选路径集合，如果信道容量相同，则选取路径误码率较低的路径构成备选路径集合。

在另一实例中，可用路径判断单元可以包括：

第二路径误码率比较子单元，用于将检测到的每条路径的误码率与路径最高误码率进行比较；

可用路径确定子单元，与第二路径误码率比较子单元相连，用于如果低于路径最高误码率，则选取信道容量最大的路径作为可用路径，如果信道容量相同，则选取路径误码率最小的路径作为可用路径。

在又一实例中，每个中继节点还用于在接收到路径搜索消息后，判断当前跳数是否大于所设置的最大跳数，如果大于所设置的最大跳数，则丢弃路径搜索消息，否则进行路径的选择。

在另一实例中，宿节点可以为基站或接入中继节点，相应地源节点可以为接入中继节点或基站。

图16本发明多跳中继路径选择系统的再一实施例的结构示意图。

如图16所示，与图15中的实施例相比，该实施例的系统1600还可以包括：

用户设备1610，与接入中继节点(该中继接入节点可以为源节点或宿节点，在图16中以宿节点为例)直接交互，用于选择接入中继节点。具体地，用户设备可以包括：

性能估计单元，用于接收与用户设备直接交互的各中继节点发送的下行消息，根据下行消息估计出自各中继节点至用户设备的下行单跳信道容量和下行单跳误码率；

误码率比较单元，与性能估计单元相连，用于将各中继节点至用户设备的下行单跳误码率和下行单跳信道容量分别与单跳最高误码率和设置的最低信道容量进行比较，向满足误码率和信道容量要求的路径所对应的各中继节点发送上行消息；

上行参数接收单元，用于接收满足误码率和信道容量要求的各中继节点向用户设备发送对应路径的上行单跳信道容量和上行单跳误码率；

接入中继节点确定单元，与上行参数接收单元相连，用于将上行单跳信道容量与下行单跳信道容量之和最大的路径所对应的中继节点作为接入中继节点，如果单跳信道容量和相同，则将上行单跳误码率和下行单跳误码率之和最小的路径所对应的中继节点作为接入中继节点。

本说明书中各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同和相似的部分可以相互参见。对于系统实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处可以参见方法实施例部分的说明。

虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (21)

1.一种多跳中继路径选择方法，其特征在于，包括：

宿节点接收路径搜索消息，根据所述路径搜索消息检测自源节点、中继节点至所述宿节点所经过的各条路径以及每条路径的信道容量和误码率；

根据检测到的每条路径的信道容量和误码率以及所设置的最高误码率和返回路径数M从检测到的各条路径中确定传输路径集合和备选路径集合，除所述传输路径集合和所述备选路径集合外被所述宿节点检测到的路径被确定为剩余路径集合，其中M＞0，所设置的最高误码率包括单跳最高误码率和路径最高误码率；

利用所述传输路径集合中的每条路径向所述源节点传输所述备选路径集合的信息，其中，所述备选路径集合的信息包括每条备选路径节点序列、所述宿节点计算的每条备选路径的信道容量和误码率；

所述源节点根据检测到的所述传输路径集合中的每条路径的信道容量和误码率以及所述最高误码率判断是否存在可用路径；

在存在所述可用路径的情况下，利用所述可用路径向所述宿节点发送路径选择确认消息并在所述源节点与所述宿节点之间传输数据；

在不存在所述可用路径并且未收到剩余路径集合为空集的消息的情况下，利用接收到的所述备选路径集合中的每条备选路径向所述宿节点发送路径重选消息，所述宿节点在接收到所述路径重选消息后，将所述备选路径集合更新为传输路径集合，从所述剩余路径集合中提取M条信道容量最大的路径构成备选路径集合，并利用所述传输路径集合中的每条路径向所述源节点传输用户数据和所述备选路径集合的信息，所述源节点继续检测所述可用路径，直至所述源节点检测到所述可用路径或所述剩余路径集合为空集，在所述剩余路径集合为空集时向所述源节点返回所述剩余路径集合为空集的消息；

在不存在所述可用路径并且收到所述剩余路径集合为空集的消息的情况下，所述源节点广播所述路径搜索消息。

2.根据权利要求1所述的多跳中继路径选择方法，其特征在于，通过下述步骤获得所述每条路径的信道容量和误码率：

将当前节点估计出的单跳信道容量和单跳误码率与设置的最低信道容量和所述单跳最高误码率进行比较；

如果估计出的单跳信道容量大于所述最低信道容量并且估计出的单跳误码率低于所述单跳最高误码率，则判断当前节点是否为第一跳节点，否则，丢弃到达当前节点的消息或数据；

如果是，则将该跳节点估计出的单跳信道容量和单跳误码率发送至下一跳节点；

如果不是，则每一跳节点将本跳节点估计出的单跳信道容量与上一跳节点发送的单跳信道容量进行比较，并将较小的单跳信道容量、本跳节点的单跳误码率和上一跳节点发送的单跳误码率发送至下一跳节点；

如果当前节点为整条路径的最后一个节点，则将估计出的单跳信道容量与上一跳节点发送的单跳信道容量进行比较，根据较小的单跳信道容量计算出路径信道容量，并根据每一跳的单跳误码率计算出路径误码率。

3.根据权利要求2所述的多跳中继路径选择方法，其特征在于，所述根据检测到的每条路径的信道容量和误码率以及所设置的最高误码率和返回路径数M从检测到的各条路径中确定传输路径集合和备选路径集合的步骤包括：

将检测到的每条路径的误码率与所述路径最高误码率进行比较；

从检测到的满足所述路径最高误码率要求的路径中选取M条信道容量最大的路径构成所述传输路径集合，如果信道容量相同，则选取路径误码率较低的路径构成所述传输路径集合；

从检测到的满足所述路径最高误码率要求的路径中选取M条未用于传输数据的信道容量最大的路径构成所述备选路径集合，如果信道容量相同，则选取路径误码率较低的路径构成所述备选路径集合。

4.根据权利要求2所述的多跳中继路径选择方法，其特征在于，所述源节点根据检测到的所述传输路径集合中的每条路径的信道容量和误码率以及所述最高误码率判断是否存在可用路径的步骤包括：

所述源节点将检测到的每条路径的误码率与所述路径最高误码率进行比较；

如果低于所述路径最高误码率，则选取信道容量最大的路径作为所述可用路径，如果信道容量相同，则选取路径误码率最小的路径作为所述可用路径。

5.根据权利要求1所述的多跳中继路径选择方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述中继节点在接收到所述路径搜索消息后，判断当前跳数是否大于所设置的最大跳数；

如果大于所设置的最大跳数，则丢弃所述路径搜索消息，否则进行路径的选择。

6.根据权利要求1所述的多跳中继路径选择方法，其特征在于，所述中继节点采用解码转发方式向下一跳节点转发数据。

7.根据权利要求1所述的多跳中继路径选择方法，其特征在于，所述宿节点为基站或用户设备，相应地所述源节点为所述用户设备或所述基站。

8.根据权利要求1所述的多跳中继路径选择方法，其特征在于，所述宿节点为基站或接入中继节点，相应地所述源节点为所述接入中继节点或所述基站，用户设备与所述接入中继节点直接交互，所述方法还包括：

在对所述宿节点与所述源节点之间的路径进行选择之前，所述用户设备选择接入中继节点。

9.根据权利要求8所述的多跳中继路径选择方法，其特征在于，所述用户设备选择接入中继节点的步骤包括：

所述用户设备接收与其直接交互的各中继节点发送的下行消息，根据所述下行消息估计出自各中继节点至所述用户设备的下行单跳信道容量和下行单跳误码率；

将各中继节点至所述用户设备的下行单跳误码率和下行单跳信道容量分别与所述单跳最高误码率和设置的最低信道容量进行比较，向满足误码率和信道容量要求的路径所对应的各中继节点发送上行消息；

接收到所述上行消息的中继节点根据所述上行消息估计出所述用户设备至该中继节点的上行单跳信道容量和上行单跳误码率，并将估计出的上行单跳误码率和上行单跳信道容量分别与所述单跳最高误码率和最低信道容量进行比较，满足误码率和信道容量要求的各中继节点向所述用户设备发送对应路径的上行单跳信道容量和上行单跳误码率；

所述用户设备将上行单跳信道容量与下行单跳信道容量之和最大的路径所对应的中继节点作为所述接入中继节点，如果单跳信道容量和相同，则将上行单跳误码率和下行单跳误码率之和最小的路径所对应的中继节点作为所述接入中继节点。

10.一种多跳中继路径选择系统，其特征在于，包括源节点、宿节点以及多个中继节点，其中，

所述宿节点，用于接收路径搜索消息，根据所述路径搜索消息检测自源节点、中继节点至所述宿节点所经过的各条路径以及每条路径的信道容量和误码率，根据检测到的每条路径的信道容量和误码率以及所设置的最高误码率和返回路径数M从检测到的各条路径中确定传输路径集合和备选路径集合，除所述传输路径集合和所述备选路径集合外被所述宿节点检测到的路径被确定为剩余路径集合，其中M＞0，所设置的最高误码率包括单跳最高误码率和路径最高误码率，利用所述传输路径集合中的每条路径向所述源节点传输所述备选路径集合的信息，其中，所述备选路径集合的信息包括每条备选路径节点序列、所述宿节点计算的每条备选路径的信道容量和误码率，在接收到所述路径重选消息后，将所述备选路径集合更新为传输路径集合，从所述剩余路径集合中提取M条信道容量最大的路径构成备选路径集合，并利用所述传输路径集合中的每条路径向所述源节点传输用户数据和所述备选路径集合的信息，在所述剩余路径集合为空集时向所述源节点返回所述剩余路径集合为空集的消息；

所述源节点，用于根据检测到的所述传输路径集合中的每条路径的信道容量和误码率以及所述最高误码率判断是否存在可用路径，在存在所述可用路径的情况下，利用所述可用路径向所述宿节点发送路径选择确认消息并在所述源节点与所述宿节点之间传输数据，在不存在所述可用路径并且未收到剩余路径集合为空集的消息的情况下，利用接收到的所述备选路径集合中的每条备选路径向所述宿节点发送路径重选消息，在不存在所述可用路径并且收到所述剩余路径集合为空集的消息的情况下广播所述路径搜索消息；

每个中继节点，设置于所述源节点和所述宿节点之间，用于转发在所述源节点与所述宿节点之间传输的数据和消息。

11.根据权利要求10所述的多跳中继路径选择系统，其特征在于，所述宿节点包括：

路径检测单元，用于接收路径搜索消息，根据所述路径搜索消息检测自源节点、中继节点至所述宿节点所经过的各条路径以及每条路径的信道容量和误码率；

路径集合确定单元，与所述路径检测单元相连，用于根据检测到的每条路径的信道容量和误码率以及所设置的最高误码率和返回路径数M从检测到的各条路径中确定传输路径集合和备选路径集合，除所述传输路径集合和所述备选路径集合外被所述宿节点检测到的路径被确定为剩余路径集合；

路径信息发送单元，与所述路径集合确定单元相连，用于利用所述传输路径集合中的每条路径向所述源节点传输所述备选路径集合的信息；

路径集合更新单元，用于在接收到所述路径重选消息后，将所述备选路径集合更新为传输路径集合，从所述剩余路径集合中提取M条信道容量最大的路径构成备选路径集合；

空集消息发送单元，与所述路径集合更新单元相连，用于在所述剩余路径集合为空集时向所述源节点返回所述剩余路径集合为空集的消息。

12.根据权利要求11所述的多跳中继路径选择系统，其特征在于，所述源节点包括：

可用路径判断单元，用于根据检测到的所述传输路径集合中的每条路径的信道容量和误码率以及所述最高误码率判断是否存在可用路径；

路径确认发送单元，与所述可用路径判断单元相连，用于在存在所述可用路径的情况下，利用所述可用路径向所述宿节点发送路径选择确认消息并在所述源节点与所述宿节点之间传输数据；

路径重选发送单元，与所述可用路径判断单元相连，用于在不存在所述可用路径并且未收到剩余路径集合为空集的消息的情况下，利用接收到的所述备选路径集合中的每条备选路径向所述宿节点发送路径重选消息；

广播消息发送单元，与所述可用路径判断单元相连，用于在不存在所述可用路径并且收到所述剩余路径集合为空集的消息的情况下广播所述路径搜索消息。

13.根据权利要求12所述的多跳中继路径选择系统，其特征在于，每个中继节点还用于将当前节点估计出的单跳信道容量和单跳误码率与设置的最低信道容量和所述单跳最高误码率进行比较；如果估计出的单跳信道容量大于所述最低信道容量并且估计出的单跳误码率低于所述单跳最高误码率，则判断当前节点是否为第一跳节点，否则，丢弃到达当前节点的消息或数据；如果是，则将该跳节点估计出的单跳信道容量和单跳误码率发送至下一跳节点；如果不是，则每一跳节点将本跳节点估计出的单跳信道容量与上一跳节点发送的单跳信道容量进行比较，并将较小的单跳信道容量、本跳节点的单跳误码率和上一跳节点发送的单跳误码率发送至下一跳节点。

14.根据权利要求13所述的多跳中继路径选择系统，其特征在于，在当前节点为整条路径的最后一个节点时，所述源节点或所述宿节点还用于将估计出的单跳信道容量与上一跳节点发送的单跳信道容量进行比较，根据较小的单跳信道容量计算出路径信道容量，并根据每一跳的单跳误码率计算出路径误码率。

15.根据权利要求14所述的多跳中继路径选择系统，其特征在于，所述路径集合确定单元包括：

第一路径误码率比较子单元，用于将检测到的每条路径的误码率与所述路径最高误码率进行比较；

传输路径确定子单元，与所述第一路径误码率比较子单元相连，用于从检测到的满足所述路径最高误码率要求的路径中选取M条信道容量最大的路径构成所述传输路径集合，如果信道容量相同，则选取路径误码率较低的路径构成传输路径集合；

备选路径确定子单元，与所述第一路径误码率比较子单元相连，用于从检测到的满足所述路径最高误码率要求的路径中选取M条未用于传输数据的信道容量最大的路径构成所述备选路径集合，如果信道容量相同，则选取路径误码率较低的路径构成所述备选路径集合。

16.根据权利要求12所述的多跳中继路径选择系统，其特征在于，所述可用路径判断单元包括：

第二路径误码率比较子单元，用于将检测到的每条路径的误码率与所述路径最高误码率进行比较；

可用路径确定子单元，与所述第二路径误码率比较子单元相连，用于如果低于所述路径最高误码率，则选取信道容量最大的路径作为所述可用路径，如果信道容量相同，则选取路径误码率最小的路径作为所述可用路径。

17.根据权利要求10所述的多跳中继路径选择系统，其特征在于，所述每个中继节点还用于在接收到所述路径搜索消息后，判断当前跳数是否大于所设置的最大跳数，如果大于所设置的最大跳数，则丢弃所述路径搜索消息，否则进行路径的选择。

18.根据权利要求10所述的多跳中继路径选择系统，其特征在于，每个中继节点采用解码转发方式向下一跳节点转发数据。

19.根据权利要求10所述的多跳中继路径选择系统，其特征在于，所述宿节点为基站或用户设备，相应地所述源节点为所述用户设备或所述基站。

20.根据权利要求10所述的多跳中继路径选择系统，其特征在于，所述宿节点为基站或接入中继节点，相应地所述源节点为所述接入中继节点或所述基站，所述系统还包括：

用户设备，与所述接入中继节点直接交互，用于选择接入中继节点。

21.根据权利要求20所述的多跳中继路径选择系统，其特征在于，所述用户设备包括：

性能估计单元，用于接收与所述用户设备直接交互的各中继节点发送的下行消息，根据所述下行消息估计出自各中继节点至所述用户设备的下行单跳信道容量和下行单跳误码率；

参数比较单元，与所述性能估计单元相连，用于将各中继节点至所述用户设备的下行单跳误码率和下行单跳信道容量分别与所述单跳最高误码率和设置的最低信道容量进行比较，向满足误码率和信道容量要求的路径所对应的各中继节点发送上行消息；

上行参数接收单元，用于接收满足误码率和信道容量要求的各中继节点向所述用户设备发送对应路径的上行单跳信道容量和上行单跳误码率；

接入中继节点确定单元，与所述上行参数接收单元相连，用于将上行单跳信道容量与下行单跳信道容量之和最大的路径所对应的中继节点作为所述接入中继节点，如果信道容量和相同，则将上行单跳误码率和下行单跳误码率之和最小的路径所对应的中继节点作为所述接入中继节点。

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