车载通信终端广播信标频率和发射功率联合优化的方法技术

本发明专利技术公开了一种用于LTE‑V2V车载通信终端的广播信标频率和发射功率联合优化的方法，通过建立动态随机交通流环境中LTE‑V2V车辆密度随机变化的迁移概率度量，将交通流环境的动态随机特性与广播信标频率和发射功率的优化设计进行结合，建立车辆协作感知能效指标的估计函数，在满足车载通信终端广播频率和发射功率约束条件下，通过最大化动态随机交通流环境中期望的车辆协作感知能效指标，对广播信标频率和发射功率进行联合优化，根据所获得的最优广播信标频率和最优发射功率对车载通信终端进行配置，从而在动态随机交通流环境中提高LTE‑V2V无线通信可靠性、数据传输速率，且高效利用车载通信终端的功率资源。

Joint optimization of radio beacon frequency and transmitting power for vehicular communication terminals

The invention discloses a method for joint optimization of radio beacon frequency and transmission power for LTE V2V vehicle communication terminal. By establishing a migration probability measure of LTE V2V vehicle density random variation in dynamic random traffic flow environment, the dynamic random characteristics of traffic flow environment are combined with the optimization design of radio beacon frequency and transmission power to establish vehicle cooperative perception performance. Under the constraints of broadcasting frequency and transmitting power of vehicular communication terminals, the estimation function of efficiency index optimizes the frequency and transmitting power of broadcasting beacon jointly by maximizing the expected cooperative sensing energy efficiency index in dynamic stochastic traffic flow environment, and configures the vehicular communication terminals according to the optimal broadcasting beacon frequency and transmitting power obtained. In the dynamic random traffic flow environment, the reliability and data transmission rate of LTE V2V wireless communication are improved, and the power resources of vehicle communication terminal are utilized efficiently.

【技术实现步骤摘要】
车载通信终端广播信标频率和发射功率联合优化的方法
本专利技术涉及车辆无线通信
，特别涉及一种用于LTE-V2V车载通信终端的广播信标频率和发射功率联合优化的方法。
技术介绍
车到车(Vehicle-to-Vehicle，V2V)无线通信技术是一项通过车载通信终端实现车辆与车辆之间进行实时信息交互的无线移动通信技术，被认为是保障协作式车辆主动安全、提高道路交通效率的重要途径。基于V2V无线通信技术，高速运动中的车辆能够通过车载通信终端周期性地向周围其他车辆广播携带有自身运动信息和地理位置信息或者其他应用服务信息的数据，与此同时，还能够通过车载通信终端接收来自周围其他车辆广播的数据。该V2V实时信息交互的应用场景通常被称为基于V2V的车辆“协作感知(CooperativeAwareness，CA)”。在基于V2V的车辆协作感知场景中，车辆上的驾驶人或者车辆的先进驾驶辅助系统(AdvancedDriverAssistanceSystems，ADAS)可以根据所获得的周围其他车辆的运动信息和地理位置信息做出合理的驾驶决策，最终有效避免车辆之间发生危险碰撞。其中，这些被车载通信终端周期性广播的数据通常被称为车载“协作感知消息(CooperativeAwarenessMessages，CAMs)”或者“广播信标(BroadcastBeacon)”。当前，为了充分利用现有的蜂窝网络基础设施及其通信频谱资源，以支持低延迟、高可靠的车辆协作感知应用需求，基于长程演进(LongTermEvolution，LTE)蜂窝系统的设备到设备(Device-to-Device，D2D)直通式通信模式，被引入车辆无线通信
，催生了新型的V2V无线通信机制，亦即LTE-V2V。由于基于LTE-V2V，车载通信终端能够复用蜂窝通信用户的频域和时域通信资源广播信标，能够在提高V2V数据传输速率的同时，提升蜂窝通信资源利用效率，因此，在动态随机交通流环境中，合理配置LTE-V2V车载通信终端的广播信标频率和发射功率，是对上述通信资源进行有效利用的至关重要的前提之一。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于LTE-V2V车载通信终端的广播信标频率和发射功率联合优化的方法，用于在动态随机交通流环境中，合理配置LTE-V2V车载通信终端的广播信标频率和发射功率。本专利技术提供了一种车载通信终端广播信标频率和发射功率联合优化的方法，所述方法包括：建立LTE-V2V车辆中车载通信终端的广播信标频率和发射功率的约束条件；根据建立的所述约束条件，在LTE通信基站信号覆盖的地理范围内，通过定义交通环境中历史出现的不同类型的交通流状态数和不同水平的平均车辆密度状态数，计算动态随机交通流环境中的车辆平均密度和稳态概率向量；在能够可靠维持所述车载通信终端之间的通信链路不中断的条件下，建立LTE-V2V资源所能够支持的平均复用距离与所述发射功率的第一函数关系，以及同时复用所述资源的最大车载通信终端数量与所述广播信标频率之间的第二函数关系；根据建立的所述第一函数关系和第二函数关系，建立所述平均复用距离范围内同时进行资源复用的所述车载通信终端数量不超过最大数量的概率函数；利用所述概率函数和稳态概率向量，在不同的交通流环境中，建立LTE-V2V车辆协作感知能效指标的实际估计函数和期望估计函数，通过求解预设非线性约束优化模型，获取最优的所述车载通信终端的广播信标频率和发射功率，以便对所述车载通信终端的广播信标频率和发射功率进行配置。进一步地，所述建立LTE-V2V车辆中车载通信终端的广播信标频率和发射功率的约束条件，包括：定义允许配置LTE-V2V车辆中车载通信终端的广播信标频率fb的最大值fmax和最小值fmin，建立所述车载通信终端的广播信标频率fb的约束条件：fmin≤fb≤fmax；定义所述车载通信终端的发射功率PTx的最大值Pmax，计算所述车载通信终端的发射功率PTx所需满足的最小值Pmin，建立所述车载通信终端的发射功率PTx的约束条件：Pmin≤PTx≤Pmax。进一步地，所述计算所述车载通信终端的发射功率PTx所需满足的最小值Pmin，包括：定义LTE-V2V车辆协作感知所涉及的状态参数；根据定义的所述状态参数，计算所述车载通信终端每个广播信标所对应的无线信号子帧数量Nsubframe-beacon：根据计算得到的所述无线信号子帧数量Nsubframe-beacon，计算所述车载通信终端的广播信标的带宽资源占用率η：根据定义的所述状态参数中的RCA、α、γmin、Pnoise、d0、GRx、θ以及η，计算得到所述发射功率PTx所需满足的最小值为Pmin：其中，所述RCA为期望达到的LTE-V2V车辆协作感知范围；α为LTE-V2V无线通信路径衰落指数；γmin为能够可靠保障LTE-V2V车辆协作感知应用QoS所需达到的最低信噪比；Pnoise为LTE-V2V无线通信信道平均噪声功率；d0为单位LTE-V2V车辆相对地理距离的LTE-V2V无线通信路径衰落系数；GRx为所述车载通信终端接收无线信号的天线增益；θ为所述车载通信终端的自干扰功率消除强度系数；为LTE-V2V无线通信信道每个子帧无线信号对应的资源块数量；为用于共享的LTE-V2V无线通信信道中每个子帧无线信号平均占用的资源块数量；Nbeacon为所述车载通信终端每个广播信标所需要占用的资源块数量。进一步地，所述计算动态随机交通流环境中的稳态概率向量，包括：提取在LTE通信基站信号覆盖的地理范围内的交通流统计数据，获取在道路交通环境中交通流状态为si情况下平均LTE-V2V车辆密度从λj’至λj”的概率Psi(λj’，λj”)；其中，i＝1,2，……，M；j’＝1,2，……，N；j”＝1,2，……，N；建立在道路交通环境中交通流状态为si情况下平均LTE-V2V车辆密度概率迁移矩阵：通过求解如下方程组，获取动态随机交通流环境中平均LTE-V2V车辆密度的稳态概率向量φ：进一步地，所述建立LTE-V2V资源所能够支持的平均复用距离与所述发射功率的第一函数关系，包括：定义所述车载通信终端之间相对地理距离的误差δLTE-V2V，服从概率密度函数为fδLTE-V2V(δ)的随机分布；根据定义的所述状态参数RCA、α、γmin、Pnoise、d0、GRx、θ以及η，建立所述第一函数关系为函数进一步地，所述建立所述LTE-V2V资源支持的同时复用所述资源的最大车载通信终端数量与所述广播信标频率之间的第二函数关系，包括：定义LTE-V2V无线通信信号中每个子帧无线信号的平均时长为Tsubframe；根据计算得到的所述无线信号子帧数量Nsubframe-beacon，建立所述第二函数关系为函数NLTE-V2V(fb)：进一步地，所述根据建立的所述第一函数关系和第二函数关系，建立所述平均复用距离范围内同时进行资源复用的所述车载通信终端数量不超过最大数量的概率函数，包括：在LTE-V2V车辆密度为λi的交通环境下，根据所述函数和函数NLTE-V2V(fb)，建立所述概率函数为函数pλ(fb，PTx)：进一步地，所述利用所述概率函数和稳态概率向量，在不同的交通流环境中，建立LTE-V2V车辆协作感知能效指标的实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种车载通信终端广播信标频率和发射功率联合优化的方法，其特征在于，所述方法包括：建立LTE‑V2V车辆中车载通信终端的广播信标频率和发射功率的约束条件；根据建立的所述约束条件，在LTE通信基站信号覆盖的地理范围内，通过定义交通环境中历史出现的不同类型的交通流状态数和不同水平的平均车辆密度状态数，计算动态随机交通流环境中的车辆平均密度和稳态概率向量；在能够可靠维持所述车载通信终端之间的通信链路不中断的条件下，建立LTE‑V2V资源所能够支持的平均复用距离与所述发射功率的第一函数关系，以及同时复用所述资源的最大车载通信终端数量与所述广播信标频率之间的第二函数关系；根据建立的所述第一函数关系和第二函数关系，建立所述平均复用距离范围内同时进行资源复用的所述车载通信终端数量不超过最大数量的概率函数；利用所述概率函数和稳态概率向量，在不同的交通流环境中，建立LTE‑V2V车辆协作感知能效指标的实际估计函数和期望估计函数，通过求解预设非线性约束优化模型，获取最优的所述车载通信终端的广播信标频率和发射功率，以便对所述车载通信终端的广播信标频率和发射功率进行配置。

【技术特征摘要】
1.一种车载通信终端广播信标频率和发射功率联合优化的方法，其特征在于，所述方法包括：建立LTE-V2V车辆中车载通信终端的广播信标频率和发射功率的约束条件；根据建立的所述约束条件，在LTE通信基站信号覆盖的地理范围内，通过定义交通环境中历史出现的不同类型的交通流状态数和不同水平的平均车辆密度状态数，计算动态随机交通流环境中的车辆平均密度和稳态概率向量；在能够可靠维持所述车载通信终端之间的通信链路不中断的条件下，建立LTE-V2V资源所能够支持的平均复用距离与所述发射功率的第一函数关系，以及同时复用所述资源的最大车载通信终端数量与所述广播信标频率之间的第二函数关系；根据建立的所述第一函数关系和第二函数关系，建立所述平均复用距离范围内同时进行资源复用的所述车载通信终端数量不超过最大数量的概率函数；利用所述概率函数和稳态概率向量，在不同的交通流环境中，建立LTE-V2V车辆协作感知能效指标的实际估计函数和期望估计函数，通过求解预设非线性约束优化模型，获取最优的所述车载通信终端的广播信标频率和发射功率，以便对所述车载通信终端的广播信标频率和发射功率进行配置。2.如权利要求1所述的车载通信终端广播信标频率和发射功率联合优化的方法，其特征在于，所述建立LTE-V2V车辆中车载通信终端的广播信标频率和发射功率的约束条件，包括：定义允许配置LTE-V2V车辆中车载通信终端的广播信标频率fb的最大值fmax和最小值fmin，建立所述车载通信终端的广播信标频率fb的约束条件：fmin≤fb≤fmax；定义所述车载通信终端的发射功率PTx的最大值Pmax，计算所述车载通信终端的发射功率PTx所需满足的最小值Pmin，建立所述车载通信终端的发射功率PTx的约束条件：Pmin≤PTx≤Pmax。3.如权利要求2所述的车载通信终端广播信标频率和发射功率联合优化的方法，其特征在于，所述计算所述车载通信终端的发射功率PTx所需满足的最小值Pmin，包括：定义LTE-V2V车辆协作感知所涉及的状态参数；根据定义的所述状态参数，计算所述车载通信终端每个广播信标所对应的无线信号子帧数量Nsubframe-beacon：根据计算得到的所述无线信号子帧数量Nsubframe-beacon，计算所述车载通信终端的广播信标的带宽资源占用率η：根据定义的所述状态参数中的RCA、α、γmin、Pnoise、d0、GRx、θ以及η，计算得到所述发射功率PTx所需满足的最小值为Pmin：其中，所述RCA为期望达到的LTE-V2V车辆协作感知范围；α为LTE-V2V无线通信路径衰落指数；γmin为能够可靠保障LTE-V2V车辆协作感知应用QoS所需达到的最低信噪比；Pnoise为LTE-V2V无线通信信道平均噪声功率；d0为单位LTE-V2V车辆相对地理距离的LTE-V2V无线通信路径衰落系数；GRx为所述车载通信终端接收无线信号的天线增益；θ为所述车载通信终端的自干扰功率消除强度系数；为LTE-V2V无线通信信道每个子帧无线信号对应的资源块数量；为用于共享的LTE-V2V无线通信信道中每个子帧无线信号平均占用的资源块数量；Nbeacon为所述车载通信终端每个广播信标所需要占用的资源...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨国燕，
申请(专利权)人：黑龙江大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23