[發(fā)明專利]軌道交通車車通信中通信模式選擇與資源分配方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110035299.4
• 申請(qǐng)日: 2021-01-12
• 公開（公告）號(hào): CN112788563B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙軍輝;陳垚;張青苗;鄒丹;周天清
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華東交通大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W4/42
• 分類號(hào): H04W4/42;H04W4/44;H04W4/46;H04W52/24;H04W52/26;H04W72/08
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 何世磊

本發(fā)明提供一種軌道交通車車通信中通信模式選擇與資源分配方法，本發(fā)明考慮了T2G通信模式與T2T通信模式共存情況下的聯(lián)合通信模式選擇和資源分配，使列車能夠自適應(yīng)地選擇具有更好通信質(zhì)量的通信模式，使列車能夠在滿足QoS要求的條件下自適應(yīng)的選擇通信模式，以確保每輛列車均在最佳信噪比下運(yùn)行，本發(fā)明在通信模式選擇的基礎(chǔ)上，提出了一種基于拉格朗日對(duì)偶函數(shù)法的資源分配算法，通過該算法可獲得列車在不同通信模式下的最優(yōu)發(fā)射功率。此外，通過仿真結(jié)果表明，相比于其它資源分配算法，本發(fā)明提供的方法能明顯提升系統(tǒng)的信道容量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種軌道交通車車通信中通信模式選擇與資源分配方法。

背景技術(shù)

隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，交通壓力急劇增加。城市軌道交通作為人們出行的主要方式，越來越受到關(guān)注。基于通信的列車控制(communication-based train control,CBTC)系統(tǒng)是利用車地雙向通信確保城市軌道交通中列車高效、安全運(yùn)行的關(guān)鍵系統(tǒng)。在CBTC系統(tǒng)中，通常采用無線保真(wireless fidelity,Wi-Fi)通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)列車和軌旁設(shè)備之間及時(shí)、準(zhǔn)確的信息交換。然而，隨著城市軌道交通列車的提速以及智慧地鐵對(duì)軌旁設(shè)備結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)效率等提出的更嚴(yán)格的要求，Wi-Fi技術(shù)已無法滿足未來城市軌道交通系統(tǒng)的安全要求以及無線通信的用戶服務(wù)質(zhì)量(quality of service,QoS)。

與Wi-Fi技術(shù)相比，長(zhǎng)期演進(jìn)(long term evolution,LTE)系統(tǒng)中的無線通信技術(shù)可以提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和更低的系統(tǒng)延遲，這引起了相關(guān)技術(shù)人員的廣泛關(guān)注。國(guó)際鐵路聯(lián)盟在2010年明確指出，LTE系統(tǒng)將被用作未來鐵路專用無線通信的載體。作為L(zhǎng)TE系統(tǒng)中的直接通信技術(shù)，設(shè)備到設(shè)備(device-to-device,D2D)將在未來的移動(dòng)寬帶網(wǎng)絡(luò)中扮演關(guān)鍵角色。由于D2D用戶的發(fā)射器和接收器之間的距離相對(duì)較近，因此可以在低發(fā)射功率下獲得更好的信道質(zhì)量。

車車(train-to-train,T2T)通信作為車輛到車輛(vehicle-to-vehicle,V2V)通信的一部分，已經(jīng)成為車輛通信系統(tǒng)中一個(gè)活躍的研究領(lǐng)域。但是，目前關(guān)于T2T通信的研究主要集中在固定模式下的資源分配問題，沒有考慮車地(Train-to-Ground,T2G)通信模式與T2T通信模式共存的情況，因此在實(shí)際應(yīng)用中不能保證系統(tǒng)的信道容量。

發(fā)明內(nèi)容

為此，本發(fā)明的目的在于提出一種軌道交通車車通信中通信模式選擇與資源分配方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中不能保證系統(tǒng)信道容量的問題。

一種軌道交通車車通信中通信模式選擇與資源分配方法，所述方法包括：

步驟一，構(gòu)建軌道交通無線通信網(wǎng)絡(luò)中的車車通信系統(tǒng)模型，其中，基站沿軌道線性分布，所述車車通信系統(tǒng)模型中有V＝{1，2，…，M}個(gè)T2G通信用戶，D＝{1，2，…，N}個(gè)T2T通信用戶，V個(gè)T2G通信用戶在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中使用K個(gè)獨(dú)立的正交信道資源，在所述車車通信系統(tǒng)模型中，使用列車x₀的初始位置作為坐標(biāo)原點(diǎn)，列車x₀自左向右以速度v在基站覆蓋范圍內(nèi)行駛，第n輛列車和基站之間的距離表示為：

式中，x代表基站的橫坐標(biāo)，y代表基站的縱坐標(biāo)，L代表相鄰列車之間的距離，h_bs和h_tra分別代表基站處的天線高度和列車上的天線高度；

列車i和基站之間的信道增益g_i，B表示為：

式中，G代表路徑損耗常數(shù)，β_i,B代表對(duì)數(shù)正態(tài)陰影衰落隨機(jī)變量，ζ_i，B是小規(guī)模快速衰落功率分量，α是路徑損耗指數(shù)，B表示基站；