基于车联网系统中提高车载终端信号交互有效性的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于车联网系统中提高车载终端信号交互有效性的方法，首先对车载待传输信号进行串并变换及正交幅度调制，得到正交幅度调制信号，对正交幅度调制信号进行多载波调制与并串变换后，得到多载波已调信号sn，利用压扩抗失真变换函数T(·)对多载波已调信号sn的模值进行抗失真变换，获得抗失真变换信号sn′，sn′＝T(sn)；将抗失真变换信号sn′通过D/A转换和固态功率放大器后得到信号sa，并通过车载天线进行发射；在接收端利用抗失真变换逆函数T

A Method to Improve the Interactive Effectiveness of Vehicle Terminal Signals Based on Vehicle Networking System

The invention discloses a method for improving the interactive effectiveness of vehicle terminal signals based on the vehicle networking system. Firstly, the vehicle signal to be transmitted is transformed in series and parallel and quadrature amplitude modulation is carried out to obtain quadrature amplitude modulation signal. After the quadrature amplitude modulation signal is multi-carrier modulated and parallel series transformed, the multi-carrier modulated signal SN is obtained, and the multi-carrier modulated signal SN is obtained by using the compression-expansion anti-distortion transform function T(.) The modulus of carrier modulated signal SN is anti-distortion transformed to obtain anti-distortion transformed signal sn', sn'= T (sn); the anti-distortion transformed signal sn'is converted to signal SA through D/A conversion and solid-state power amplifier, and transmitted through vehicle antenna; and the anti-distortion transformed inverse function T is used at the receiving end.

【技术实现步骤摘要】
基于车联网系统中提高车载终端信号交互有效性的方法
本专利技术属于交通信息工程及控制
，具体涉及基于车联网系统中提高车载终端信号交互有效性的方法。
技术介绍
当今时代，随着车辆数量的急剧上升，车-路矛盾逐年加深，城市交通压力越来越大，为了缓解城市的交通压力，在物联网的基础上，基于车-车互联的车联网应运而生。车联网是由车辆信息和路况信息等组成的巨大交互型网络。通过车载设备，如GPS定位系统、各类传感器、高清摄像头和无线传输设备等，完成对车辆状态信息和路况信息的采集并通过该网络将所有信息汇总到中央处理器，中央处理器对这些数据进行分析和处理，然后再将各类路况信息发送到车载终端和信号灯处理终端达到对整个交通进行宏观调控的目的。车联网系统中信号传输的方式采用多载波调制，多载波调制采用多个子载波把数据流分解为若干个子数据流，从而使子数据流具有较低的传输比特速率，利用这些数据分别去调制若干个子载波。因为多载波通信技术较高的频谱利用率，已成为基于LTE-V的车联网系统中信号传输的关键技术。但由于多载波信号是由多个子载波上的信号叠加而成，因此，若子载波上信号相位相近时，叠加后信号幅度会非常大。而这个大幅值信号会给高功率放大器及A/D变换器的带来严重的非线性失真从而极大地降低系统性能。本专利技术正是通过对进入放大器前的大幅值信号进行抗失真处理，从而达到优化车联网系统传输性能的目的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于降低LTE-V系统传输信号的非线性失真，提出一种基于车联网系统中提高车载终端信号交互有效性的方法，对车-车通信的发送信号进行抗失真变换，使传输信号在固态功率放大器的线性范围内，从而抑制多载波信号的非线性失真。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于车联网系统中提高车载终端信号交互有效性的方法，包括以下步骤：步骤1，对基于LTE-V的车联网中的原始输入信号进行串并变换和正交幅度调制，得到正交幅度调制信号S＝[S0,S1,...,Sm,...,SN-1]，N表示基于LTE-V的车联网系统中的子载波个数；步骤2，对车联网系统中的正交幅度调制信号S进行多载波调制和并串变换，得到多载波已调信号sn；步骤3，利用抗失真函数T(·)对车联网系统中多载波已调信号sn的模值分布进行抗失真变换，获得抗失真变换信号sn′，sn′＝T(sn)；步骤4，将步骤3得到的抗失真变换信号sn′进行D/A变换并通过固态功率放大器进行功率放大后得到信号Sa，将满足降噪要求的信号Sa通过车联网系统的发射端进行信号发射；步骤5，在车联网系统接收端利用抗失真逆变换函数T-1(·)对信号Sa进行处理，得到信号sn″，sn″＝T-1(Sa)；步骤6，对步骤5所得车联网系统接收端的信号sn″进行多载波解调，恢复出车联网系统原始的输入信号。步骤(2)中多载波已调信号表示为：其中Sm为正交幅度调制信号，j为虚数单位，J为过采样因子，0≤n≤JN-1且n为整数；|sn|为车联网系统中多载波已调信号的模值且其概率密度函数与累计分布函数分别为：其中σ2为多载波已调信号方差，exp(·)为指数函数。根据抗失真变换后信号模值|sn′|的概率分布函数得到|sn′|的累计分布函数，并确定抗失真函数线性分布的斜率k；根据概率密度函数的性质和抗失真变换前后信号功率不变的特性，求得抗失真变换中参数a、l和h与线性分布的斜率k之间的关系，再结合多载波已调信号的累计分布函数和抗失真变换后的概率密度函数的逆函数得到完整的抗失真变换函数T(s)与抗失真逆函数T-1(s)。步骤3中，抗失真变换后信号的模值|sn′|的概率分布满足在区间[0,al]内服从均匀分布，而在区间[al，l]内服从斜率为k的线性分布，得到模值|sn′|的概率密度函数和模值|sn′|的累计分布函数。模值|sn′|的概率密度函数为：其中h为抗失真函数平均分布值，l为信号概率分布的截止点，参数k为线性分布的斜率，a为平均分布所占总的概率分布的百分比；模值|sn′|的累计分布函数为：根据概率密度函数的性质：求得抗失真函数平均分布值：保持抗失真变换前后信号的功率恒定，求得该线性分布的抗失真变换线性分布的斜率为：抗失真函数T(s)为：抗失真变换后信号的概率密度函数的逆函数为：结合多载波已调信号的模值累计分布函数抗失真变换后信号的概率密度函数的逆函数以及抗失真函数T(s)得到完整的抗失真变换函数T(s)为：相应地，可以求得抗失真变换函数T(s)在接收端的逆变换函数T-1(s)为：步骤4具体包括：步骤4a，设定非线性失真减小的门限值L和最大迭代次数M；步骤4b，将多载波已调信号sn和步骤3得到的抗失真变换信号sn′分别通过相同功率放大器放大，并求得经过功率放大器两信号对应的频域信号Φk和Φk′对应固态功率放大器的失真表达式为：步骤4c，计算通过功率放大器后所得频域信号Φk和Φk′引入的噪声分量Nk和Nk′，再计算Nk和Nk′的差值Nlim，比较所述差值Nlim值与门限值L的大小，若差值Nlim值小于L，则改变抗失真变换斜率k代入所述固态功率放大器的失真表达式对原始车联网系统的信号sn重新进行抗失真变换，直到Nk值与Nk′值之差Nlim大于L即停止，若达到最大迭代次数M时上述条件仍不满足，也终止该循环，并求得经过最优斜率k的抗失真变换得到的信号sn′，将该信号经过车载D/A转换器与射频放大器后经由车联网发射终端进行发射。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术在将车联网原始输入信号进行多载波调制后，引入本专利技术所提出的抗失真函数，通过对发送信号进行抗失真变换从而达到降低车联网系统中信号传输的非线性失真的目的，然后在接收端相应位置对接收信号进行反变换从而恢复出原始的多载波已调信号，本专利技术还具有以下优点：本专利技术所述方案实现复杂度低，可以有效降低车联网系统所传输信号对功率放大器线性度的要求，提升射频功率放大器的工作效率；本专利技术抗失真变换函数中斜率k为可变值，在满足车联网系统正常通信的情况下，可以通过调节斜率k的值使得传输系统的性能达到最佳；本专利技术是一种基于车联网系统中提高车载终端信号交互有效性的方法，方法中提出的抗失真变换函数还可广泛应用于各类其他多载波信号传输系统中，达到降低信号非线性失真的目的。附图说明图1是本专利技术的实现流程框图；图2是本专利技术与其它方法的信号失真性能比较图；图3是本专利技术与原始多载波、指数变换和分段优化算法的发送端频谱性能图；其中Ⅰ为原始多载波信号频谱曲线，Ⅱ为经指数变换的信号频谱曲线，Ⅲ为经抗失真变换的信号频谱曲线。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行详细阐述。首先对车联网系统中待传输信号进行星座映射与正交振幅调制得到多载波时域传输信号，通过计算未经调制与调制后的多载波时域传输信号通过功率放大器的降噪幅度，确定是否需要再次调制，当降噪水平达到要求，通过车-车通信系统进行信号传输，接收端对接收信号进行解调，得到原始信号。参照附图1，本专利技术的具体实现步骤如下：(1)对基于LTE-V的车联网中原始输入信号进行串并变换及正交幅度调制，得到正交幅度调制信号S＝[S0,S1,...,Sm,...,SN-1]，N表示基于LTE-V的车联网系统中的子载波个数；(2)对车联网系统中的调制信号进行多载波调制与并串变换后，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于车联网系统中提高车载终端信号交互有效性的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，对基于LTE‑V的车联网中的原始输入信号进行串并变换和正交幅度调制，得到正交幅度调制信号S＝[S0,S1,...,Sm,...,SN‑1]，N表示基于LTE‑V的车联网系统中的子载波个数；步骤2，对车联网系统中的正交幅度调制信号S进行多载波调制和并串变换，得到多载波已调信号sn；步骤3，利用抗失真函数T(·)对车联网系统中多载波已调信号sn的模值分布进行抗失真变换，获得抗失真变换信号sn′，sn′＝T(sn)；步骤4，将步骤3得到的抗失真变换信号sn′进行D/A变换并通过固态功率放大器进行功率放大后得到信号Sa，将满足降噪要求的信号Sa通过车联网系统的发射端进行信号发射；步骤5，在车联网系统接收端利用抗失真逆变换函数T‑1(·)对信号Sa进行处理，得到信号sn″，sn″＝T‑1(Sa)；步骤6，对步骤5所得车联网系统接收端的信号sn″进行多载波解调，恢复出车联网系统原始的输入信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于车联网系统中提高车载终端信号交互有效性的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，对基于LTE-V的车联网中的原始输入信号进行串并变换和正交幅度调制，得到正交幅度调制信号S＝[S0,S1,...,Sm,...,SN-1]，N表示基于LTE-V的车联网系统中的子载波个数；步骤2，对车联网系统中的正交幅度调制信号S进行多载波调制和并串变换，得到多载波已调信号sn；步骤3，利用抗失真函数T(·)对车联网系统中多载波已调信号sn的模值分布进行抗失真变换，获得抗失真变换信号sn′，sn′＝T(sn)；步骤4，将步骤3得到的抗失真变换信号sn′进行D/A变换并通过固态功率放大器进行功率放大后得到信号Sa，将满足降噪要求的信号Sa通过车联网系统的发射端进行信号发射；步骤5，在车联网系统接收端利用抗失真逆变换函数T-1(·)对信号Sa进行处理，得到信号sn″，sn″＝T-1(Sa)；步骤6，对步骤5所得车联网系统接收端的信号sn″进行多载波解调，恢复出车联网系统原始的输入信号。2.根据权利要求1所述的基于车联网系统中提高车载终端信号交互有效性的方法，其特征在于，步骤(2)中多载波已调信号表示为：其中Sm为正交幅度调制信号，j为虚数单位，J为过采样因子，0≤n≤JN-1且n为整数；|sn|为车联网系统中多载波已调信号的模值且其概率密度函数与累计分布函数分别为：其中σ2为多载波已调信号方差，exp(·)为指数函数。3.根据权利要求1所述的基于车联网系统中提高车载终端信号交互有效性的方法，其特征在于，根据抗失真变换后信号模值|sn′|的概率分布函数得到|sn′|的累计分布函数，并确定抗失真函数线性分布的斜率k；根据概率密度函数的性质和抗失真变换前后信号功率不变的特性，求得抗失真变换中参数a、l和h与线性分布的斜率k之间的关系，再结合多载波已调信号的累计分布函数和抗失真变换后的概率密度函数的逆函数得到完整的抗失真变换函数T(s)与抗失真逆函数T-1(s)。4.根据权利要求3所述的基于车联网系统中提高车载终端信号交互有效性的方法，其特征在于，步骤3中，抗失真...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵祥模，侯俊，张阳，惠飞，马峻岩，刘鑫一，杨澜，史昕，时恒心，谢莹，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61