一种认知车联网协作通信系统的功率分配方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种认知车联网协作通信系统的功率分配方法及系统。所述方法包括：首先，建立认知系统模型，获得第一信道衰落系数和第二信道衰落系数；然后，根据第一信道衰落系数，建立包含功率分配因子的中断概率模型，并计算包含功率分配因子的中断概率模型的概率值最小时对应的功率分配因子的值，作为初始功率分配因子；根据第二信道衰落系数，计算源节点的发送信号对主通信系统中的各节点产生的干扰信号功率，并确定限制功率分配因子；最后根据初始功率分配因子和限制功率分配因子确定最优功率分配因子；根据最优功率分配因子分配认知车联网协作通信系统的功率，并根据最优功率系数实现了功率的分配，提高了通信系统的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种认知车联网协作通信系统的功率分配方法及系统
本专利技术涉及车联网领域，特别涉及一种认知车联网协作通信系统的功率分配方法及系统。
技术介绍
当今的城市交通，特别在交通拥堵或发生车辆事故时，会产生高密度交通信息的传输。车联网是车辆作为传输节点的移动自组网，5.9GHz的带宽已被分配到世界范围内的车辆专用网络上，然而，在车联网中频谱资源依然匮乏。随着对频谱需求的不断增长，认知无线电技术作为一种提高频谱利用率的手段，在车联网中得到了发展。为了进一步提高移动通信系统的性能，通常就像MIMO系统一样需要在系统发射端或接收端上安装多根天线来实现分集。然而，在车联网中，由于大小、复杂性、成本或其他限制，移动终端无法支持多个物理天线。协作通信越来越受到了人们的关注，它允许单个天线在多用户环境中生成一个虚拟的MIMO阵列，从而实现了MIMO技术的小型化。一个基本的协作通信系统由源节点、中继、目的节点三个节点组成，其中继节点协助源节点将信号转发到目的节点。另外，协作通信已被证明可以有效提高无线系统的可靠性、覆盖面和吞吐量，并且能在衰落环境中获得更高的分集增益。通过联合协作中继技术，认知无线网络可以利用更多的频谱机会来实现更高的频谱效率。车联网是为支持车辆对车辆(V2V)和车辆-基础设施(V2I)使用无线局域网技术通信的可行环境而建立的。在实际的车辆移动环境中，每个车辆都可以被认为是一个移动终端，在与基站通信的同时也可以帮助其他车辆发送信息。中继采用协作分集协议中的解码-转发(DF)和放大-转发(AF)等通用技术来帮助源-目的节点的通信。在AF技术中，中继只在转发信号之前放大接收信号，最容易实现，但同时也放大了噪声。AF技术不需要进行解码或量化操作，降低了计算的复杂度。在DF技术中，中继接收来自源节点的数据，解码，再编码，最后再传输，消除了接收到的信号中所掺杂的噪声。迄今为止的实验已经证明，在低信噪比的条件下，AF协议的性能要优于DF协议，但是当信噪比较高时，DF协议的性能要优于AF协议。如何实现AF协议或DF协议下发送信号的功率的分配，实现最优功率的传输，成为目前亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种认知车联网协作通信系统的功率分配方法及系统，为了实现AF协议或DF协议下发送信号的功率的分配，实现最优功率的传输。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种认知车联网协作通信系统的功率分配方法，其特征在于，所述功率分配方法包括如下步骤：建立认知系统模型，所述认知系统模型包括源节点、中继节点和目的节点；计算所述认知车联网系统通信系统模型中各个节点之间的信道衰落系数，获得第一信道衰落系数；计算通信系统模型中各个节点与主通信系统中各主节点之间的信道衰落系数，获得第二信道衰落系数；根据所述第一信道衰落系数，计算源节点的发送信号对应的接收信号的信噪比；所述接收信号的信噪比为DF协议下中继节点的接收信号的信噪比和目的节点的接收信号的信噪比或AF协议下源节点的发送信号对应的目的节点的接收信号的信噪比；根据所述接收信号的信噪比，建立包含功率分配因子的中断概率模型；所述包含功率分配因子的中断概率模型为DF协议下的包括功率分配因子的中断概率模型或AF协议下的包括功率分配系数的中断概率模型；计算包含功率分配因子的中断概率模型的概率值最小时对应的功率分配因子的值，作为初始功率分配因子；根据所述第二信道衰落系数，计算所述认知系统模型在信号传输过程中对主通信系统中的各主节点产生的干扰信号功率；根据所述干扰信号功率和预设的功率阈值，确定限制功率分配因子；根据所述初始功率分配因子和所述限制功率分配因子确定最优功率分配因子；根据所述最优功率分配因子分配认知车联网协作通信系统的功率。可选的，所述计算所述认知车联网系统通信系统模型中各个节点之间的信道衰落系数，获得第一信道衰落系数，具体包括：根据所述认知车联网系统通信系统模型中各个节点的位置，获取各个节点之间的距离；基于所述信道衰落系数满足高斯分布，根据所述各节点之间的距离，利用公式计算源节点和目的节点之间的信道衰落系数h0，利用公式计算源节点和中继节点之间的信道衰落系数h1，利用公式计算目的节点和中继节点之间的信道衰落系数h2，获得第一信道衰落系数，其中，c表示与环境有关的常数，τ表示路径损耗指数，dSD表示源节点和目的节点之间的距离，dSR表示源节点和中继节点之间的距离，dDR表示目的节点和中继节点之间的距离，所述第一信道衰落系数包括h0、h1和h2。可选的，所述计算通信系统模型中各个节点与主通信系统中各相关的主节点之间的信道衰落系数，获得第二信道衰落系数，具体包括：根据所述认知车联网系统通信系统模型中源节点和中继节点的位置和主通信系统中各相关主节点的位置，分别获取源节点和主通信系统中各相关主节点的距离及中继节点和主通信系统中各相关主节点的距离；所述相关主节点包括第一主节点和第二主节点；基于所述信道衰落系数满足高斯分布，根据源节点和主通信系统中各相关主节点的距离及中继节点和主通信系统中各相关主节点的距离，利用公式计算源节点和第一主节点之间的信道衰落系数hS1，利用公式计算源节点和第二主节点之间的信道衰落系数hS2，利用公式计算中继节点和第一主节点之间的信道衰落系数hR1，利用公式计算中继节点和第二主节点之间的信道衰落系数hR2；获得第二信道衰落系数；所述第二信道衰落系数包括hS1、hS2、hR1、hR2。其中，c表示与环境有关的常数，τ表示路径损耗指数，dS1表示源节点和第一主节点之间的距离，dS2表示源节点和第二主节点之间的距离，dR1表示中继节点和第一主节点之间的距离，dR2表示中继节点和第二主节点之间的距离。可选的，所述根据所述第一信道衰落系数，计算源节点的发送信号对应的接收信号的信噪比；所述接收信号的信噪比为DF协议下中继节点的接收信号的信噪比和目的节点的接收信号的信噪比时，具体包括：根据DF协议，所述中继节点对中继节点的接收信号进行译码，获得中继节点接收信号的信噪比，并判断是否正确接收信号，获得判断结果；所述中继节点接收信号的信噪比γR为γR＝α|h1|2γ，其中，α为源节点发送至中继节点的信号的功率分配因子，h1为源节点和中继节点之间的信道衰落系数，γ＝P/N0，P为总功率，N0表示所有加性高斯白噪声的方差；若所述判断结果表示为是，则所述中继节点转发所述中继节点的接收信号，并计算此时目的节点的接收信号的信噪比，获得第一信噪比；所述第一信噪比γD1为γD1＝(α|h0|2+β|h2|2)γ，其中，β表示中继节点发送至目的节点的信号的功率分配因子，h0表示源节点和目的节点之间的信道衰落系数，h2表示目的节点和中继节点之间的信道衰落系数；若所述判断结果为否，则所述中继节点不转发所述中继节点的接收信号，并计算此时目的节点的接收信号的信噪比，获得第二信噪比；所述第二信噪比γD2为γD2＝α|h0|2γ。可选的，根据所述第一信道衰落系数，计算源节点的发送信号对应的接收信号的信噪比；所述接收信号的信噪比为AF协议下源节点的发送信号对应的目的节点的接收信号的信噪比，具体包括：根据AF协议，所述中继节点对中继节点的接收信号进行放大，获得放大后的信号，并将放大后的信号转发给所述目的节点；所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种认知车联网协作通信系统的功率分配方法，其特征在于，所述功率分配方法包括如下步骤：建立认知系统模型，所述认知系统模型包括源节点、中继节点和目的节点；计算所述认知系统模型中各个节点之间的信道衰落系数，获得第一信道衰落系数；计算所述认知系统模型中各个节点与主通信系统中各主节点之间的信道衰落系数，获得第二信道衰落系数；根据所述第一信道衰落系数，计算源节点的发送信号对应的接收信号的信噪比；所述接收信号的信噪比为DF协议下中继节点的接收信号的信噪比和目的节点的接收信号的信噪比或AF协议下源节点的发送信号对应的目的节点的接收信号的信噪比；根据所述接收信号的信噪比，建立包含功率分配因子的中断概率模型；所述包含功率分配因子的中断概率模型为DF协议下的包括功率系数的中断概率模型或AF协议下的包括功率分配系数的中断概率模型；计算包含功率分配因子的中断概率模型的概率值最小时对应的功率分配因子的值，作为初始功率分配因子；根据所述第二信道衰落系数，计算所述认知系统模型在信号传输过程中对主通信系统中的各主节点产生的干扰信号功率；根据所述干扰信号功率和预设的功率阈值，确定限制功率分配因子；根据所述初始功率分配因子和所述限制功率分配因子确定最优功率分配因子；根据所述最优功率分配因子分配认知车联网协作通信系统的功率。...

【技术特征摘要】
1.一种认知车联网协作通信系统的功率分配方法，其特征在于，所述功率分配方法包括如下步骤：建立认知系统模型，所述认知系统模型包括源节点、中继节点和目的节点；计算所述认知系统模型中各个节点之间的信道衰落系数，获得第一信道衰落系数；计算所述认知系统模型中各个节点与主通信系统中各主节点之间的信道衰落系数，获得第二信道衰落系数；根据所述第一信道衰落系数，计算源节点的发送信号对应的接收信号的信噪比；所述接收信号的信噪比为DF协议下中继节点的接收信号的信噪比和目的节点的接收信号的信噪比或AF协议下源节点的发送信号对应的目的节点的接收信号的信噪比；根据所述接收信号的信噪比，建立包含功率分配因子的中断概率模型；所述包含功率分配因子的中断概率模型为DF协议下的包括功率系数的中断概率模型或AF协议下的包括功率分配系数的中断概率模型；计算包含功率分配因子的中断概率模型的概率值最小时对应的功率分配因子的值，作为初始功率分配因子；根据所述第二信道衰落系数，计算所述认知系统模型在信号传输过程中对主通信系统中的各主节点产生的干扰信号功率；根据所述干扰信号功率和预设的功率阈值，确定限制功率分配因子；根据所述初始功率分配因子和所述限制功率分配因子确定最优功率分配因子；根据所述最优功率分配因子分配认知车联网协作通信系统的功率。2.根据权利要求1所述的一种认知车联网协作通信系统的功率分配方法，其特征在于，所述计算所述认知车联网系统通信系统模型中各个节点之间的信道衰落系数，获得第一信道衰落系数，具体包括：根据所述认知车联网系统通信系统模型中各个节点的位置，获取各个节点之间的距离；基于所述信道衰落系数满足高斯分布，根据所述各节点之间的距离，利用公式计算源节点和目的节点之间的信道衰落系数h0，利用公式计算源节点和中继节点之间的信道衰落系数h1，利用公式计算目的节点和中继节点之间的信道衰落系数h2，获得第一信道衰落系数，其中，c表示与环境有关的常数，τ表示路径损耗指数，dSD表示源节点和目的节点之间的距离，dSR表示源节点和中继节点之间的距离，dDR表示目的节点和中继节点之间的距离。3.根据权利要求1所述的一种认知车联网协作通信系统的功率分配方法，其特征在于，所述计算通信系统模型中各个节点与主通信系统中各相关的主节点之间的信道衰落系数，获得第二信道衰落系数，具体包括：根据所述认知车联网系统通信系统模型中源节点和中继节点的位置和主通信系统中各相关主节点的位置，分别获取源节点和主通信系统中各相关主节点的距离及中继节点和主通信系统中各相关主节点的距离；所述相关主节点包括第一主节点和第二主节点；基于所述信道衰落系数满足高斯分布，根据源节点和主通信系统中各相关主节点的距离及中继节点和主通信系统中各相关主节点的距离，利用公式计算源节点和第一主节点之间的信道衰落系数hS1，利用公式计算源节点和第二主节点之间的信道衰落系数hS2，利用公式计算中继节点和第一主节点之间的信道衰落系数hR1，利用公式计算中继节点和第二主节点之间的信道衰落系数hR2，获得第二信道衰落系数；其中，c表示与环境有关的常数，τ表示路径损耗指数，dS1表示源节点和第一主节点之间的距离，dS2表示源节点和第二主节点之间的距离，dR1表示中继节点和第一主节点之间的距离，dR2表示中继节点和第二主节点之间的距离。4.根据权利要求1所述的一种认知车联网协作通信系统的功率分配方法，其特征在于，所述根据所述第一信道衰落系数，计算源节点的发送信号对应的接收信号的信噪比；所述接收信号的信噪比为DF协议下中继节点的接收信号的信噪比和目的节点的接收信号的信噪比时，具体包括：根据DF协议，所述中继节点对中继节点的接收信号进行译码，获得中继节点接收信号的信噪比，并判断是否正确接收信号，获得判断结果；所述中继节点接收信号的信噪比γR为γR＝α|h1|2γ，其中，α为源节点发送至中继节点的信号的功率分配因子，h1为源节点和中继节点之间的信道衰落系数，γ＝P/N0，P为总功率，N0表示所有加性高斯白噪声的方差；若所述判断结果表示为是，则所述中继节点转发所述中继节点的接收信号，并计算此时目的节点的接收信号的信噪比，获得第一信噪比；所述第一信噪比γD1为γD1＝(α|h0|2+β|h2|2)γ，其中，β表示中继节点发送至目的节点的信号的功率分配因子，h0表示源节点和目的节点之间的信道衰落系数，h2表示目的节点和中继节点之间的信道衰落系数；若所述判断结果为否，则所述中继节点不转发所述中继节点的接收信号，并计算此时目的节点的接收信号的信噪比，获得第二信噪比；所述第二信噪比γD2为γD2＝α|h0|2γ。5.根据权利要求1所述的一种认知车联网协作通信系统的功率分配方法，其特征在于，根据所述第一信道衰落系数，计算源节点的发送信号对应的接收信号的信噪比；所述接收信号的信噪比为AF协议下源节点的发送信号对应的目的节点的接收信号的信噪比，具体包括：根据AF协议，所述中继节点对中继节点的接收信号进行放大，获得放大后的信号，并将放大后的信号转发给所述目的节点；所述放大后的信号xR为其中，α为源节点发送至中继节点的信号的功率分配因子，h1为源节点和中继节点之间的信道衰落系数，xS为源节点的发送信号，P为总功率，N0表示所有加性高斯白噪声的方差，nR表示中继...

【专利技术属性】
技术研发人员：季彦呈，董丹凤，胡晶晶，章国安，朱晓军，曹娟，段玮，金丽，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32