一种基于lte车联网的无线资源分配方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种无线资源分配方法，尤其涉及一种基于LTE车联网的无线资源分 配方法。
【背景技术】
[0002] 车联网是指车与车、车与路、车与人、车与传感设备等交互，实现车辆与公众网络 通信的动态移动通信系统。它可以通过车与车、车与人、车与路互联互通实现信息共享，收 集车辆、道路和环境的信息。目前应用于车联网的通信技术主要有VANET和LTE，VANET是 移动自主网络（Ad-hoc)的一种特例，VANET与传统的蜂窝无线网络存在本质的区别，它可 以在没有固定的基础设施（如基站或无线接入点）的支持下进行移动节点之间的通信。车 辆自组织网络主要由车载单元和路侧单元组成。车载单元能够提供短范围的无线通信，由 此形成无线自组织网络。路侧单元与主干网相连，起到辅助通信的作用。通过这些车载单 元和路侧单元，可以为车辆之间提供车与车（V2V)之间的通信和车与路侧单元（V2I)之间 的通信。VANET具有容易部署、技术成熟、能支持V2V等优点。LTE是由3GPP组织制定的通 用移动通信系统技术标准的长期演进，LTE系统引入了 0FDM等关键技术，显著增加了频谱 效率和数据传输速率，系统容量和覆盖也显著提升。LTE系统网络架构更加扁平化简单化， 减少了网络节点和系统复杂度，从而减小了系统时延，也降低了网络部署和维护成本。
[0003] 在传统的LTE通信网络中，任何两个移动终端之间进行通信都必须通过基站转发 完成。随着小区内节点无线业务量的增加，会导致基站负载增大、频谱不足、蜂窝用户容量 降低等问题。于是，蜂窝移动通信终端直通技术在这样的背景下应运而生，所蜂窝移动通信 终端直通技术即D2D。D2D通信是一种在系统的控制下，允许终端之间通过复用小区资源直 接进行通信的新型技术，它能够增加蜂窝通信系统频谱效率，在一定程度上解决无线通信 系统频谱资源匮乏的问题；它还能带来的好处包括：由于D2D通信不需要经过基站转发，所 以能够减轻蜂窝网络负载；由于D2D用户之间距离都相对较近，信道质量较好，可以减小移 动终端发射功率，降低电池损耗，增加比特速率。D2D通信有三种通信模式：蜂窝模式：D2D 通信通过基站转发；正交模式：D2D用户与蜂窝用户各自分配一部分资源，D2D用户与蜂窝 用户之间资源是正交的，此模式下，D2D用户和蜂窝用户不会产生干扰，但是频谱效率也没 有提高；复用蜂窝用户的资源：D2D用户将与一个蜂窝用户复用其资源，相互之间会造成干 扰。
[0004] 现有的D2D无线资源分配技术中，D2D通信可以复用蜂窝用户上行链路资源或下 行链路资源，由于上行链路或下行链路共享时，干扰的来源和大小有所不同，所以在具体实 施时需要在基站端考虑不同的干扰控制方法；目前，为了最大化系统容量，并考虑到基站对 来自D2D发射端的干扰的控制能力较强，大多数研究都采用D2D用户复用蜂窝上行资源，并 在此前提下研究最佳的资源复用方案。现有的资源复用方案主要采用单个基站集中控制的 方式，即基站针对某D2D用户对，在本小区内选择一个最佳的蜂窝用户来与其共享资源，以 实现干扰最小化。当基站内有多对D2D用户时，一般首先为蜂窝用户分配无线资源，再以系 统容量最大化或系统总干扰最小化为目标，为D2D分配无线资源。常用的资源分配算法有 遍历算法、基于地理位置的资源分配算法、贪婪算法等。遍历算法是建立系统容量模型，以 遍历系统所有解方式求得系统容量最大值，分配资源，该算法需要获得系统内所有用户信 道质量以及干扰大小，同时迭代次数非常多，算法性能较差。基于地理位置的资源分配算法 即为D2D分配距离D2D接收端最远的蜂窝用户资源，该算法复杂度较低，但是由于未考虑其 他干扰因素，可能会导致结果不准确。贪婪算法是依次为D2D分配无线资源，选择干扰最小 的蜂窝用户复用资源，该算法求出的结果满足局部最大化，但算法复杂度比遍历算法复杂 度低。
[0005]VANET具有容易部署、技术成熟、能支持V2V等优点，但是该技术面临扩展性不强、 时延不可预测和没有确定的Q〇s保障等缺点，由于路边基础设施的无线电覆盖范围有限， VANET只能提供短暂和间断的V2I通信。
[0006] 相对于VANET，LTE具有低延时、传输速率快、覆盖范围广等优点，但LTE应用于车 联网会面对如下问题：（1)LTE系统频谱资源非常宝贵，LTE应用于车联网，同一小区内会 增加大量车辆节点接入小区，而小区内总的资源块数量是不变的，这会造成频谱资源匮乏； (2) 为提高交通效率，车辆需要定时的将自身和周围的路况信息广播给相关其他车辆，此时 车辆先将自身信息传输给基站，再由基站将信息发送给相关车辆，这会导致基站负载过大； (3) 如果遇到交通安全等紧急信息时，车辆需以最小的延时将自身信息传输给周围相关车 辆，要满足上述要求，需要降低LTE系统的延时。
[0007] 由上述分析可知，VANET和LTE应用于车联网各有不足，本专利在LTE-A基础上引 入D2D搭建车联网，使车辆可以在基站控制下直接通信，以解决LTE应用于车联网存在的问 题。由于车联网环境下节点数量较多，D2D通过复用蜂窝用户资源进行通信，故D2D应用于 车联网首先应解决D2D资源分配问题。
[0008] 下面分析传统D2D无限资源分配算法应用于车联网会遇到的问题：假设D2D用户 复用蜂窝用户上行链路资源，系统干扰如图2所示，如果采用遍历算法或者贪婪算法，假设 有Μ个蜂窝用户和K对D2D用户，蜂窝用户集合Μ= {1，2,….，M}，D2D用户集合为K= {1，2, 3…，K}，蜂窝用户之间资源相正交，D2D用户之间资源相互正交，D2D用户通过复用蜂 窝用户的频谱资源进行通信。假设蜂窝用户m和D2D用户k复用相同的资源，它们之间相 互干扰，Hm和Hk分别为蜂窝用户和D2D用户的功率增益，Gmk为蜂窝用户对D2D用户的干 扰增益，Gk为D2D用户对基站的干扰增益，进行资源调度时，基站需要获得所有链路的CSI， Hm和Gk可由eNB自己测量，但是Gmk和Hk需要蜂窝用户和D2D用户测量，然后再反馈给 基站；移动环境下，节点不断运动，D2D和蜂窝用户之间的链路变化十分快，每个TTI进行调 度的，每个TTI蜂窝用户和D2D用户都要将CSI(Hk和Gmk)信道质量反馈给基站，随着移动 节点不断增多，基站需要获得的CSI不断增多，基站负载非常大，这反而会导致系统性能下 降；同时，采用遍历算法虽然能找到最优解，但是随着D2D节点数量和蜂窝用户节点数量增 多，遍历算法所需要的迭代次数增长非常快。
【发明内容】
[0009] 本发明所要解决的技术问题是需要提供一种在一定程度上解决了LTE应用于车 联网时所存在的基站负载过大和频谱资源匮乏等问题的无线资源分配方法。
[0010]对此，本发明提供一种基于LTE车联网的无线资源分配方法，包括：
[0011] 步骤S1，按照节点通信业务特点和节点对基站的干扰为节点通信划分优先级；
[0012] 步骤S2,建立位置分区的模型，所述基站通过优先级一次调度D2D用户，并根据距 离和链路损耗因素选择候选资源共享节点；
[0013] 以及，步骤S3,选择候选资源共享节点所在区域内干扰最小的蜂窝用户资源，以此 作为D2D通信复用的蜂窝链路资源。
[0014] 本发明的进一步改进在于，所述步骤S1中，通过复用上行链路资源进行D2D通信， D2D发射端对基站造成干扰以便基站获得D2D发射端到基站的链路情况，然后基站根据链 路情况为D2D分配优先级，所述优先级按照优先级别的高低依次分为：交通安全类业务、交 通效率相关类业务和娱乐下载类业务。
[0015] 本发明的进一步改进在于，所述步骤S2中，所述基站根据距离和链路损耗因素将 节点所在区域分为D1区域、D2区域和D3区域，所述D1区域为蜂窝用户发射端到D2D接收 端的距离为60m~200m的节点所在区域；所述D2区域为蜂窝用户发射端到D2D接收端的 距离为200m~400m的节点所在区域，所述D2区域用于实现D2D通信；所述D3区域为蜂窝 用户发射端到D2D接收端的距离为400m~500m的节点所在区域，设置所述D3区域为候选 资源共享节点所在的区域。
[0016] 本发明的进一步改进在于，选择D3区域的节点作为候选资源共享节点后，所述步 骤S3再通过信道探测方式选择干扰最小的蜂窝用户作为复用资源。
[0017] 本发明的进一步改进在于，所述步骤S1包括以下子步骤：
[0018] 步骤S11，初始化设置，对包括载频、带宽、激励方式以及用户数目的参数进行配 置，建立移动节点模型，获取所有蜂窝用户和D2D用户的速度和位置信息，初始化D2D用户 集合为N，蜂窝用户集合为M，初始化min= 0 ;
[0019] 步骤S12,根据D2D业务特征将D2D用户进行分组，将交通安全类业务加入集合Cl 中，将交通效率相关类业务加入集合C2中，将娱乐下载类业务加入集合C3中。
[0020] 本发明的进一步改进在于，所述步骤S12中，先为集合C1中的用户分配资源，再为 集合C2中的用户分配资源，最后为集合C3中的用户