，通过将每个空白频道的可用范围与车联网基站所覆盖的路段进行 交集运算，基站就可以利用所得到的"条带"将所有的空白频道在其覆盖路段的可用范围表 现出来，如图Ia所示。距离车联网基站越远，信号衰减的越强，车接收的信号的信噪比越 低，即能传输的速率越低，如图Ib中的传输速率曲线所示。
[0038]在具体实现上，一般将速率变化进行离散化处理，从而形成多个离散化速率，对应 不同的信噪比区间，即公路上与基站距离不同的多个区间。因此，每个"条带"又可以被细 分成一个个的空-频资源块，如图Ib所示，在空间（横轴）上以Ax为单位将整个路划分 成一个个小段，在频率（纵轴）上将一个频道以AWHz的宽度划分成多个子频率，这样就 生成了尺寸为AX*AW的空-频资源块。每个资源块表示车在其所处位置能通过该资源块 传输的数据，单位为bit，具体计算方式通过以下公式得出：
[0040] 其中V表示车的速度，f?表示资源块所处的频道的频率，AX和AW表示资源块在 距离和频率上的尺寸，Pt表示基站发射功率，PN表示噪声功率，P^表示电磁波的传播损耗， 与频率和车与车联网基站的距离有关（即车的位置％与基站位置Xrsu的差），具体可由一 些现有的路径损耗模型得出。
[0041] 第二步，吞吐量最大化的资源分配，具体如下：
[0042] 1)根据第一步的结果，建立车与频道的二分图G(F，V，E)，如图2上部分所示。其 中，F表示所有频道的集合，每个频道用二分图上侧的一个节点表示，V表示所有车的集合， 每辆车用二分图下侧的一个节点表示，E表示二分图的边的集合，每条边表示某个车在当前 分配周期内可以使用某个频道，即该车的当前位置在该频道的"条带"内。
[0043] 2)计算每条边的收益u。因为频率资源分配以网络吞吐量最大化为目标，u可表示 为某条边对应的车使用对应的频道的资源块能传输的数据。若某条边的两个顶点分别是车 1与频率f,，将车的位置^、速度V、频率f,代入上面公式⑴即可得到该条边的收益u。
[0044] 3)在上述二分图的基础上，得出最终的频率资源分配结果G' (F'，V'，E')， 其中F'，V'，E'分别为F，V，E的子集，如图2下部分所示，E'中的每条边表示将对应的 频道中的某些子频道分配给对应的车，被分配的子频道的数目用c表示。要使得分配能够 实现，要求同一个频道分配给不同车的子频道数目总和不超过其拥有的子频道总数。同时， 分配的过程以网络吞吐量最大化为目标，即最大化所有在集合E'中的边的收益u与子频 道数目c的乘积的总和。具体资源分配过程如下：
[0045] ⑴将所有频道按照可用范围由小到大的顺序排列，即"条带"由短到长的顺序。
[0046] (ii)将所有车按照收益由大到小的顺序排列，具体如下：首先针对每个车，在二 分图G中从所有与其邻接的边的收益u中选出最大的，作为该车的收益，然后将所有车按照 收益由大到小的顺序排列。
[0047] (iii)进行频道和子频率的分配。其中，Fs表示每个频道包含的子频道数目。V和 F表示按照前两步排序后的车和频道集合。Ri表示第i辆车需求的数据量大小。具体分配 方式如下：从排序后的车的集合中按顺序每次选择一辆车。然后从排序后的频道集合中按 顺序检查每个频道。如果该频道能被该车使用且该频道的子频率没被分配完，则将该车需 要的子频率分配给它。如果该车需要的子频率多于当前频道剩余的子频率个数，则先把当 前频道的所有剩余子频率分配给该车，然后根据该车剩余未满足的需求，检查频道集合中 的下一个频道，并按照之前的流程为该车分配子频率；反之，如果该频道的子频率能够满足 该车，则开始进行下一辆车的分配。当所有车都完成上述分配过程之后，分配终止。
[0048] 实施例
[0049] 本实施例包括以下步骤：
[0050] 第一步，基于频谱地理数据库的资源建模，具体如下：在本实施例中，做如下设 定：车联网基站的覆盖范围为4000m，基站位于2000m处。其空白频道资源有3个，分别为 509MHz，575MHz和 635MHz，可用范围分别为[500,3500], [1000,3000], [1500,2500]。每 个频道可用带宽为5. 33MHz，包含35个子频道（即子频道宽度为5. 33/35MHZ)，空间颗粒 度设为lm，不同速率的区间长度设为500m，每个区间内的信噪比用区间内的最小值表示。 共有6辆车，当前位置分别位于800, 1200, 1600, 2400, 2800, 3200,数据需求分别为10， 20, 30, 30, 20, 10,单位为Mbit，速度均为60km/h。通过上述设定，代入公式（1)即可得每辆 车使用每个频道的资源块可传输的数据bit大小。
[0051] 第二步，吞吐量最大化的资源分配，具体如下：分配周期设置为1秒。在当前周期 内，根据上述的空白频道可用范围和当前车的位置，得出每辆车可用频道的情况，并根据第 一步的每辆车使用每个频道的资源块可传输的数据bit大小结果得出每条边的收益u，然 后对每个车在其可用频道的收益u中选出最大的得到车的收益，以上步骤得到的二分图结 果如图4上面的图所示，其中的边表示某辆车可以使用某个频道，车下面的数字即为车的 收益，单位为Kbit。然后按照以下步骤进行资源分配：
[0052] (i)将所有频道按照可用范围由小到大的顺序排列。
[0053] (ii)将所有车按照收益由大到小的顺序排列。
[0054] (iii)按照图3所示的流程进行频道和子频率的分配，最终结果如图4下面的图所 示，每条边表示将该频道的一些子频道分配给了某个车，分配的子频道数目标记在边上。当 前设定下，第一辆车没有获得足够的资源来完成其需求，第6辆车没有获得任何资源。
【主权项】
1. 一种在车联网中利用电视频段空白频谱的方法，其特征在于，包括以下步骤： 第一步，基于频谱地理数据库的资源建模，具体如下： 11) 车联网基站获取其覆盖范围内的空白频道信息； 12) 计算空白频道信息的可用范围： 13) 计算车所处位置能传输的数据，单位为bit，公式如下：其中v表示车的速度，AX和AW定表示资源块在距离和频率上的尺寸，Pt表示发射功 率，？(^表不噪声功率，P表不电磁波的传播损耗； 第二步，进行吞吐量最大化的资源分配，具体如下： 21) 建立车与空白频道的二分图G(F，V，E)，其中，F表示所有空白频道的集合，V表示 所有车的集合，E表示二分图的边的集合，每条边表示某个车在某个空白频道的可用范围之 内； 22) 计算每条边的收益u，即某条边的收益表示为其对应的车使用对应的频道能传输 的数据； 23) 根据G(F，V，E)得出最终的频率资源分配结果G' (F'，V'，E')，其中 F'，V'，E'分别为F，V，E的子集，F'表示实际分配结果中被分配的频道，V'表示实际 分配结果中获得资源的车，E'中的每条边表示将对应的频道中的某些子频道分配给对应的 车。2. 根据权利要求1所述的在车联网中利用电视频段空白频谱的方法，其特征在于，所 述的步骤23)具体包括以下步骤： (i) 将所有频道按照可用范围由小到大的顺序排列。 (ii) 将所有车按照收益由大到小的顺序排列，即在二分图G中从所有与其邻接的边的 收益u中选出最大的，作为该车的收益，然后将所有车按照收益由大到小的顺序排列； (iii) 进行频道和子频率的分配： 首先，从排序后的车集合中按顺序每次选择一辆车； 然后，从排序后的频道集合中按顺序检查每个频道：如果该频道能被该车使用且该频 道的子频率没被分配完，则将该车需要的子频率分配给它；如果该车需要的子频率多于当 前频道剩余的子频率个数，则先把当前频道的所有剩余子频率分配给该车，然后根据该车 剩余未满足的需求，检查频道集合中的下一个频道，并按照之前的流程为该车分配子频率； 反之，如果该频道的子频率能够满足该车，则开始进行下一辆车的分配； 当所有车都完成上述分配过程之后，分配终止。3. 根据权利要求1所述的在车联网中利用电视频段空白频谱的方法，其特征在于，所 述的第一步中，采用空-频资源块的方式来表征频谱地理数据库在车联网基站覆盖范围内 的信息，使得为高动态用户分配空间变化的资源变得可行。4. 根据权利要求1所述的在车联网中利用电视频段空白频谱的方法，其特征在于，所 述的第二步中，将空白频道按照其可用范围由小到大进行排序，将车按照收益由大到小进 行排序，然后进行资源分配，使得网络吞吐量近似达到最大化。
【专利摘要】本发明公开了一种在车联网中利用电视频段空白频谱的方法，利用电视频段空白频谱为车提供互联网数据传输业务的频谱资源分配，包括：基于频谱地理数据库的资源建模以及吞吐量最大化的资源分配，前者将资源的变化特性具体表征出来，并以空-频资源块的形式呈现出来，保证了资源分配的可行性，后者通过在时域和频域的划分，按固定的时间周期将子频道分给在其可用范围内的车，同时保证网络吞吐量最大化的目标。
【IPC分类】H04L29/08, H04W72/04
【公开号】CN105025578
【申请号】CN201510407877
【发明人】陈嘉成, 刘勃, 归琳, 熊箭, 潘成磊
【申请人】上海交通大学
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2015年7月13日