一种V2V通信系统的资源分配方法与流程

本发明涉及通信技术领域，更具体地，涉及V2V通信系统的资源分配方法。

背景技术：

近年来，交通堵塞和交通事故变得日益严重，因此智能传输系统概念被提出。例如V2X通信，它包括V2V(vehicle-to-vehicle)、V2I(vehicle-to-infrastructure)和V2P(vehicle-to-pedestrian)通信。当出现交通安全问题时，V2X通信可以以毫秒级的延时和接近100％的可靠性来传输相关信息。

以往，基于802.11p协议的Ad-Hoc网络被视为V2X通信的一种传统解决方案。然而WLAN网络仅支持低速移动，并缺乏QoS保障。在本发明中V2X通信采用LTE标准，其原因主要有：LTE工作在授权频段，并存在中央控制器eNodeB，更利于干扰管理，适合V2X通信低时延、高可靠等要求；LTE覆盖范围大，解决了WLAN中连接时间短和间歇性的弊端；LTE网络中已经有基站的存在，可视为RSU，节省成本。然而，如果所有V2V信息都经过基站的话，会严重增加基站负载，由此3GPP Release-12/13提出了D2D(device-to-device)短距通信，V2V通信场景和D2D相似，其复用增益、短距通信增益和多跳增益也有利于V2V通信。3GPP也正在考虑在Release14中增强D2D技术已支持V2V通信。

V2V和D2D不同之处在于：1)D2D通信中，蜂窝用户优先级更高，这并不适用于与道路安全信息相关的V2V通信，因此3GPP提供了专用载波供车辆使用；2)D2D通信中，主要目标是最大化D2D用户和蜂窝用户的系统吞吐量，而V2V通信主要是事件触发或周期性的，所以如何更快地发送并正确接收是更重要的目标；3)在一个小区内，V2V会远多于D2D用户数量，这将面临资源数短缺的问题。在这种情况下，允许更多的V2V车辆通信同时保证QoS成为了最重要的问题。

技术实现要素：

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的V2V通信系统的资源分配方法。

根据本发明的一个方面，提供一种V2V通信系统的资源分配方法，所述V2V通信系统包括分配资源的基站以及若干个利用分配的资源进行通信的通信组，每个通信组包括一个发射用户和一个接收用户，每个通信组只占用一个资源且同一资源可被多个通信组复用，所述方法包括以下步骤：

S1、通信组向所述基站上报信道状态信息；

S2、所述基站基于所有信道状态信息建立信噪比矩阵；以及

S3、所述基站对于所述信噪比矩阵基于最小化矩阵谱半径增长算法分配资源；

其中，所述信道状态信息包括通信组的信噪比阈值、通信组分配资源的情况、资源被复用的情况以及通信组之间的信号干扰程度。

本申请提出一种以最大化同时传输的用户数量为目标的V2V通信资源分配方法，将用户的信噪比的阈值要求转化为对矩阵谱半径的约束，以矩阵谱半径理论为基础优化用户的数量，节省消耗资源的数量。相比于传统技术方案，本发明更符合V2V通信的特点，并且计算复杂度低，易于控制，能够节约大量资源。

附图说明

图1为V2V通信系统的组成示意图；

图2为基站分配资源的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1给出了V2V通信系统的组成示意图，基站分配N个资源给M个发送车辆，并且每一辆发送车辆最多只能占用一个资源。位于发送车辆周围一定范围内的车辆都可以正确接收该发送车辆广播的V2V信息。该范围具有最小信道增益的接收车辆，将其与发送车辆视为一个通信组。当不同的通信组占用相同的资源时，将会对彼此造成干扰，图中虚线描述了车辆共用资源时带来的干扰情况。通信组i包括发送车辆V-UE_i Tx和接收车辆V-UE_i Rx，通信组j包括发送车辆V-UE_j Tx和接收车辆V-UE_j Rx，通信组i和通信组j共用同一资源eNodeB。g_ii和g_ij分别表示发送车辆V-UE_i Tx对于接收车辆V-UE_i Rx和接收车辆V-UE_j Rx的信道功率增益。

由于有QoS的约束，定义通信组m的信噪比阈值为Υ_m，那么对于M个所有通信组，信噪比阈值要求设为对角矩阵Γ＝diag(Υ₁，Υ₂，…，Υ_M)。

所有通信组的发射功率为一个向量p＝(p₁,p₂,…,p_M)^T,所有接受车辆的噪声功率相等且为σ²。

在一个具体实施例中，基站首先构建资源分配矩阵：

其中，

X表示资源分配矩阵；M表示通信组的总个数；N为资源的总个数；VUE_m表示第m个通信组；x_mn表示第m个通信组分配第n个资源的情况：当第m个通信组分配了第n个资源时，x_mn等于1，否则为0。

在一个具体实施例中，基站构建资源复用矩阵：

其中，

1≤i,j≤M；

其中，A表示资源复用矩阵；a_ij表示第i个通信组与第j个通信组复用某个资源的情况：当第i个通信组与第j个通信组复用该资源时，a_ij等于1，否则为0。

因为共有N个资源，所以一共有N个这样的资源复用矩阵，其集合为{A₁,A₂,…,A_M}。

进一步地，如果共用同一RB资源的车辆增多的话，A矩阵中非零元素数量增加。

在一个具体实施例中，对于某个接收车辆VUE_i，它的SINR为：

1≤i,j≤M；

g_ij表示从第i个通信组的发送车辆到第j个通信组的接收车辆的信道功率增益，a_ij是当前资源复用矩阵A中的元素。

进一步地，其中，p＝(p₁,p₂,…,p_M)^T

在一个具体实施例中，基站构建相互干扰矩阵为：

其中，1≤i,j≤M；

所述矩阵B表示通信组之间的干扰关系；g_ji表示第j个通信组对第i个通信组的信道增益；g_ii表示第i个通信组自身的信道增益；b_ij表示第i个通信组对第i个通信组的干扰程度：当i≠j时，b_ij等于g_ji/g_ii，否则为0。

在一个具体实施例中，基站构建信噪比矩阵：

H＝ΓA°B；

其中，Γ＝diag(Υ₁，Υ₂，…，Υ_M)；

所述Γ为所述对角矩阵，Υ_M表示第M个通信组的信噪比阈值；A°B表示矩阵A和矩阵B的Hadamard乘积。

在一个具体实施例中，由上述所有公式可以获得如下不等式：ρ(H)＜1；由此，只要满足上述不等式，即可保证用户的信噪比性能要求。根据以上定义，将最大化车辆数问题转化为如下条件：

subjectto：

其中，U_n表示被分配给第n个资源的车辆数，保证了车辆的SINR要求，保证了每个通信组每一时刻只能被分配给一个资源。

上述条件等同于车辆数固定时，最小化使用的资源数量，即：

其中，O_n＝1表示第n个资源被使用。

随着某一资源中车辆数增多，该资源的信噪比矩阵中非零元素增加，信噪比矩阵的谱半径也随之增加。因此本发明以减缓谱半径增长速度向某资源中添加通信组，以容纳更多的通信组。

在一个具体实施例中，根据谱半径的性质：谱半径在矩阵最小行和r和最大行和R之间：

r＜ρ(H)＜R

对不等式ρ(H)＜1进行缩放，得到：

R(H_n)＜1

即对于同一资源，满足上述公式即可复用同一资源，简化了复杂度，并使条件更加直观。

图2给出了基站分配资源的流程示意图，该流程包括：

步骤1：初始化资源分配矩阵X＝0，X_ij表示通信组i使用资源j，M^*为未被分配资源的通信组集合，M^*＝{1,2,…,M}，n为当前要被分配的资源序号，N为资源总数量，初始化n＝1，1≤n≤N；

步骤2：对于任意一个未分配通信组的资源，根据公式即相互干扰矩阵的最大列和对应通信组的序号，选择第一个通信组idx_j作为第一对放入该资源的通信组，直至所有资源分配有通信组；

步骤3：更新资源分配矩阵和集合M^*，由于通信组idx_j已被分配资源n，所以x_{idx_j,n}＝1，并从集合M^*中去除其序号，M^*＝M^*\{idx_j}；

步骤4：定义R集合为储存每个通信组加入当前资源时，谱半径的值，初始化集合然后计算每一个在M^*中的元素使用当前资源时，产生的信噪比矩阵的最大行和，记录在R集合中；

步骤5：在R集合中，选择对于谱半径影响最小的车辆优先使用该资源块，即选择R集合中最小值对应车辆idx_i＝index(min(R))，令表示该通信组使用第n个资源，如果最大行和小于1，说明该通信组使用第n个资源没有使谱半径超过阈值1，则此通信组可以使用当前资源，并从集合M^*中除去该通信组：M^*＝M^*\{idx_i}，并返回步骤4；否则分析下一资源块的分配情况，即n＝n+1，

步骤6：当仍有车辆未被分配资源，即返回步骤3，否则流程结束。

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。