[發明專利]一種5G蜂窩網中基于Underlay模式的V2X資源分配方法

有效

• 申請號: 202010427766.3
• 申請日: 2020-05-19
• 公開（公告）號: CN111629352B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 宋曉勤;王奎宇;繆娟娟;姜書瑞;雷磊;蔡圣所;張莉涓
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H04W4/40
• 分類號: H04W4/40;H04W52/34;H04W72/0453;H04W72/541;H04L5/00
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本發明公開了一種在5G蜂窩移動通信網中，基于Underlay頻譜接入模式的車聯網V2X用戶資源分配方法。該方法將優化問題建模為混合二進制整數非線性規劃(MBINP)，在服務質量(QoS)、總可用功率、干擾閾值和最小傳輸速率等約束條件下，最小化車聯網V2X用戶對5G蜂窩用戶的干擾。為降低運算復雜度，將原始的MBINP分解為三個步驟：傳輸功率初始化、子信道分配和功率分配。首先，將V2X用戶所需的最小傳輸功率設置為初始功率值。其次，利用匈牙利算法得到合適的子信道。最后，用一種功率分配機制進行優化。仿真實驗證明該方法不僅可以保證V2X用戶的最小傳輸速率，而且在保證蜂窩用戶QoS的前提下，進一步提高了蜂窩用戶的信道容量。

技術領域

本發明涉及一種車聯網技術，尤其涉及一種車聯網中V2X的資源分配方法，更具體地說，涉及一種在第五代蜂窩移動通信網絡(5G)中基于Underlay模式的V2X干擾最小化資源分配方法。

背景技術

車聯網(Internet?of?Vehicle，IoV)中的車聯萬物(Vehicle-to-everything，V2X)通信是智能交通系統(Intelligent?Transportation?Systems，ITS)中的重要研究領域，已經引起了廣泛的關注。一方面，V2X用戶數量不斷增長。預計到2020年，將有15億移動連接設備，其中包括大量的IoV設備。另一方面，3GPP在Relaese?16版本中支持基于5G的新空口(New?Radio，NR)使用V2X。它是超可靠性低延遲通信(ultra-Reliable?and?LowLatency?Communications，uRLLC)在5G中的典型應用之一，可以廣泛提供增強的V2X場景，例如，車輛平臺、高級駕駛、擴展傳感器和遠程駕駛。預計未來的V2X通信將提供廣泛的服務，例如，安全應用程序、道路交通管理、移動視頻流和其他娛樂應用程序。這對V2X通信的無線資源提出了更大的挑戰。

一般地，頻譜共享機制按照頻譜接入方式可以分為：Underlay和Overlay兩種模式。在Underlay模式下，車聯網V2X用戶(VU)和蜂窩用產(CU)可以同時使用相同的許可頻譜，但是由于同時訪問，VU不可避免地會對CU造成同信道干擾。因此，有必要控制VU對CU的干擾，以使VU在保證CU的服務質量(Quality?of?Service，QoS)的情況下可以訪問許可頻譜。在Overlay模式下，VU和CU也同時共享許可頻譜。但與Underlay不同，VU需要CU的相關信息，以幫助CU發送一些信息以補償其對CU的干擾，然后使用剩余的時隙來傳輸其自身的數據。

在5G蜂窩網絡中，V2X通信意味著距離較近的VU可以不需要5G基站提供支持，彼此直接建立通信對，在CU可容忍干擾閾值的情況下，直接在5G授權頻譜上傳輸。因此，Underlay模式下的V2X通信不僅可以減輕5G蜂窩基礎架構的流量負擔，而且可以改善空間頻率復用的效率。

為了滿足用戶不斷增長的需求，用于支持5G蜂窩網絡的V2X通信的資源分配已經引起了廣泛的研究和行業興趣。有文獻提出最大化所有用戶的比例公平函數之和，同時考慮公平性、信干噪比(Signal?to?Interference?plus?Noise?Ratio，SINR)要求以及干擾等因素，以確保用戶的QoS。也有文獻提出了異構云基礎架構中5G虛擬網絡的資源分配模型，并將資源分配表述為凸優化問題，從而最大化整個系統的效用函數。還有文獻提出了一種低復雜度的算法來解決非凸問題。根據所需的中斷概率約束縮小候選集，用于構造簡化的二部圖，然后使用匈牙利算法確定D2D鏈接和CUE之間的最佳配對。然而，這些算法都沒有將次用戶對主用戶的干擾降到最低。因此，本發明公開了一種高效的資源分配算法，以干擾最小化作為優化目標，不僅可以保證V2X用戶的最低傳輸速率要求，而且在保證蜂窩用戶QoS的前提下進一步提高蜂窩用戶的信道容量。

發明內容

發明目的：針對現有技術存在的上述問題，提出一種5G蜂窩網中基于Underlay模式的V2X資源分配力法，該方法不僅可以保證V2X用戶的最低傳輸速率要求，而且可以最小化對蜂窩用戶的干擾，進一步提高蜂窩用戶的信道容量。