轨道交通车车通信中通信模式选择与资源分配方法组成比例

本发明专利技术提供一种轨道交通车车通信中通信模式选择与资源分配方法，本发明专利技术考虑了T2G通信模式与T2T通信模式共存情况下的联合通信模式选择和资源分配，使列车能够自适应地选择具有更好通信质量的通信模式，使列车能够在满足QoS要求的条件下自适应的选择通信模式，以确保每辆列车均在最佳信噪比下运行，本发明专利技术在通信模式选择的基础上，提出了一种基于拉格朗日对偶函数法的资源分配算法，通过该算法可获得列车在不同通信模式下的最优发射功率。此外，通过仿真结果表明，相比于其它资源分配算法，本发明专利技术提供的方法能明显提升系统的信道容量。

【技术实现步骤摘要】
轨道交通车车通信中通信模式选择与资源分配方法
本专利技术涉及无线通信网络
，特别是涉及一种轨道交通车车通信中通信模式选择与资源分配方法。
技术介绍
随着城市化进程的不断加快，交通压力急剧增加。城市轨道交通作为人们出行的主要方式，越来越受到关注。基于通信的列车控制(communication-basedtraincontrol,CBTC)系统是利用车地双向通信确保城市轨道交通中列车高效、安全运行的关键系统。在CBTC系统中，通常采用无线保真(wirelessfidelity,Wi-Fi)通信技术实现列车和轨旁设备之间及时、准确的信息交换。然而，随着城市轨道交通列车的提速以及智慧地铁对轨旁设备结构、系统效率等提出的更严格的要求，Wi-Fi技术已无法满足未来城市轨道交通系统的安全要求以及无线通信的用户服务质量(qualityofservice,QoS)。与Wi-Fi技术相比，长期演进(longtermevolution,LTE)系统中的无线通信技术可以提供更高的数据传输速率和更低的系统延迟，这引起了相关技术人员的广泛关注。国际铁路联盟在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轨道交通车车通信中通信模式选择与资源分配方法，其特征在于，包括：/n步骤一，构建轨道交通无线通信网络中的车车通信系统模型，其中，基站沿轨道线性分布，所述车车通信系统模型中有V＝{1，2，…，M}个T2G通信用户，D＝{1，2，…，N}个T2T通信用户，V个T2G通信用户在蜂窝网络中使用K个独立的正交信道资源，在所述车车通信系统模型中，使用列车x

【技术特征摘要】
1.一种轨道交通车车通信中通信模式选择与资源分配方法，其特征在于，包括：
步骤一，构建轨道交通无线通信网络中的车车通信系统模型，其中，基站沿轨道线性分布，所述车车通信系统模型中有V＝{1，2，…，M}个T2G通信用户，D＝{1，2，…，N}个T2T通信用户，V个T2G通信用户在蜂窝网络中使用K个独立的正交信道资源，在所述车车通信系统模型中，使用列车x0的初始位置作为坐标原点，列车x0自左向右以速度v在基站覆盖范围内行驶，第n辆列车和基站之间的距离表示为：



式中，x代表基站的横坐标，y代表基站的纵坐标，L代表相邻列车之间的距离，hbs和htra分别代表基站处的天线高度和列车上的天线高度；
列车i和基站之间的信道增益gi，B表示为：



式中，G代表路径损耗常数，βi，B代表对数正态阴影衰落随机变量，ζi，B是小规模快速衰落功率分量，α是路径损耗指数，B表示基站；
步骤二，计算不同通信模式下列车的信噪比，其中，在T2G通信模式下，列车通过基站进行通信，T2G用户j的信噪比ξj，B的计算公式为：



式中，表示在T2G通信模式下用户j的发射功率，gj，B表示列车j与基站间的信道增益，表示高斯白噪声的噪声功率；
在T2T通信模式下，T2T通信用户j的信干噪比ξj的计算公式为：



T2G通信用户i的信噪比ξi的计算公式为：



式中，gj表示相邻T2T用户的信道增益，xi，j表示信道复用指示变量，Pic表示在T2T通信模式下T2G用户i的发射功率，表示在T2T通信模式下T2T用户j的发射功率，gi，j表示列车i与列车j之间的信道增益，gj，B表示列车j与基站之间的信道增益；
步骤三，利用步骤二计算的信噪比计算系统信道容量，并将最大化系统容量设置为优化目标，构建车车通信系统中联合通信模式选择与资源分配的优化模型，其中，在该优化模型中，保证T2T通信用户的信干噪比的条件下，为每个T2T通信用户分配信道资源，xK是模式选择的指示矩阵，Xk＝[X1，X2，…，Xk，…，XK]，由模式选择算法确定，如果T2T通信用户满足信干噪比要求，则可获得信息传输所需的信道资源，定义XK＝1，如果T2T通信用户不满足信干噪比要求，则定义XK＝0，xi，j为信道资源复用指示变量，代表T2G通信用户i的信道资源被T2T通信用户j复用，如果信道被复用，则xi，j＝1，否则xi，j＝0，然后，通过优化用户的发射功率来最大化系统信道容量；
步骤四，根据步骤三构建的优化模型，设置模式选择与资源分配算法，在模式选择算法中，根据不同通信模式的信道容量关系获得模式选择矩阵，并通过该矩阵，使列车自适应地选择通信模式，在确定列车的通信模式后，使用资源分配算法为列车分配信道资源。


2.根据权利要求1所述的轨道交通车车通信中通信模式选择与资源分配方法，其特征在于，步骤三中，通过优化用户的发射功率来最大化系统信道容量，其信道容量优化公式表示：
max{xkC1+(1-xk)C2}
约束条件1：1≤k≤K
约束条件2：
约束条件3：
约束条件4：
约束条件5：
约束条件6：
约束条件7：
其中，C1表示T2G通信的信道容量，C2表示T2T通信的信道容量，在上述约束条件中，K表示正交信道资源的数量，k表示第k个正交信道资源，约束条件3表示T2G通信用户信道资源只能被T2T通信用户复用一次，ξi，min表示T2G通信用户i的最低信噪比要求，ξj，min表示T2T通信用户j的最低信干噪比要求，表示T2G通信模式下所有用户的最大发射功率，表示T2T通信模式下所有用户的最大发射功率。


3.根据权利要求2所述的轨道交通车车通信中通信...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵军辉，陈垚，张青苗，邹丹，周天清，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：发明
国别省市：江西;36