本發(fā)明涉及一種適用于車載短距離通信網(wǎng)絡(luò)的無線認(rèn)知信道評價選擇方法，屬于車載網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

認(rèn)知無線電(cognitive radio,CR)作為一種智能頻譜共享技術(shù)，通過感知外部環(huán)境，利用人工智能學(xué)習(xí)外部環(huán)境特征的變化，動態(tài)接入閑置頻譜，有效提高頻譜利用率。認(rèn)知無線電通過動態(tài)頻譜管理機(jī)制，利用頻譜空穴，實(shí)現(xiàn)主次用戶共享頻譜。

車載短距離通信(Vehicle to X：V2X)網(wǎng)絡(luò)是通過無線通信、GPS/GIS、傳感等短距離通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)的車內(nèi)(CAN-Controller Area Network)、車路(Vehicle-2-RSU)、車間(Vehicle-2-Vehicle)、車外(vehicle-2-Infrastructure)、人車(Vehicle-2-Person)之間的通信。

V2X具有固定授權(quán)的頻段，但是帶寬較窄。V2X中的大量信息服務(wù)類擴(kuò)展類業(yè)務(wù)，由于授權(quán)帶寬的限制，影響其業(yè)務(wù)種類的拓展和業(yè)務(wù)內(nèi)容的多樣性。

認(rèn)知無線電技術(shù)可以有效拓展V2X的工作頻段，為擴(kuò)展類業(yè)務(wù)提供高帶寬的信道，由于V2X以信息服務(wù)為主的擴(kuò)展類對時延要求不嚴(yán)格，非常適合在認(rèn)知信道中傳輸。

認(rèn)知無線電中，次用戶執(zhí)行頻譜感知，檢測到可用頻譜資源，根據(jù)可用信道的檢測結(jié)果，依據(jù)多個屬性對可用信道質(zhì)量評價，并依據(jù)質(zhì)量評估結(jié)果對可用信道進(jìn)行排序，創(chuàng)建可用信道列表，然后根據(jù)業(yè)務(wù)需要進(jìn)行信道選擇。

但是，對信道評價和選擇，需要根據(jù)多個因素，有些因素，需要較長時間的感知周圍環(huán)境的頻譜才能獲得較好的效果，而有些因素，需要根據(jù)當(dāng)前的業(yè)務(wù)和實(shí)時的情況評價。但是，V2X中車載節(jié)點(diǎn)處于不斷運(yùn)動中，很難有較長時間感受和學(xué)習(xí)某個區(qū)域的頻譜利用特性。

因此，在V2X中，進(jìn)行認(rèn)知無線信道的評價和選擇，面臨極大的挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種適用于車載短距離通信網(wǎng)絡(luò)的無線認(rèn)知信道評價選擇方法，其主要方法是將信道評價的因素分為持久性和實(shí)時性，持久性因素由車載短距離通信網(wǎng)絡(luò)(V2X)中路側(cè)節(jié)點(diǎn)感知，將評價矩陣廣播給經(jīng)過的車載節(jié)點(diǎn)，車載節(jié)點(diǎn)將接收到的持久性評價矩陣同自身感知的實(shí)時性評價矩陣進(jìn)行合并，再根據(jù)當(dāng)前的業(yè)務(wù)需要和車載節(jié)點(diǎn)之間的距離進(jìn)行多屬性決策算法進(jìn)行評價，對信道進(jìn)行排序供車載節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信道選擇。

本發(fā)明包括三部分，分別是路側(cè)節(jié)點(diǎn)和車載節(jié)點(diǎn)評估因素分離、路側(cè)節(jié)點(diǎn)和車載節(jié)點(diǎn)評估數(shù)據(jù)生成、認(rèn)知信道綜合評價和選擇。側(cè)節(jié)點(diǎn)和車載節(jié)點(diǎn)評估因素分離中將信道評價需要的因素分為持久性和實(shí)時性，持久性因素由路側(cè)節(jié)點(diǎn)感知和廣播，實(shí)時性有車載節(jié)點(diǎn)感知。路側(cè)節(jié)點(diǎn)和車載節(jié)點(diǎn)評估數(shù)據(jù)生成中，車載節(jié)點(diǎn)將獲得的實(shí)時性因素參數(shù)同路側(cè)節(jié)點(diǎn)廣播的持久性因素合并后，生成評級用的完整矩陣。認(rèn)知信道綜合評價和選擇將完整的評價矩陣，結(jié)合車載節(jié)點(diǎn)根據(jù)當(dāng)前業(yè)務(wù)需要確定的權(quán)重，進(jìn)行多屬性決策運(yùn)算。

本發(fā)明提供了一種適用于車載短距離通信網(wǎng)絡(luò)的無線認(rèn)知信道評價選擇方法，其特征在于，將信道評價的因素分為持久性和實(shí)時性，持久性因素由路側(cè)節(jié)點(diǎn)感知，將評價矩陣廣播給車載節(jié)點(diǎn)，車載節(jié)點(diǎn)將接收到的持久性評價矩陣同自身感知的實(shí)時性評價矩陣進(jìn)行合并，再根據(jù)當(dāng)前的業(yè)務(wù)需要和車載節(jié)點(diǎn)之間的距離進(jìn)行多屬性決策算法進(jìn)行評價，對信道進(jìn)行排序供車載節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信道選擇.

優(yōu)選地，具體包括如下步驟S1、S2、S3：

S1、路側(cè)節(jié)點(diǎn)和車載節(jié)點(diǎn)評估因素分離，其包括

S11、路側(cè)節(jié)點(diǎn)評估因素設(shè)定；

S12、車載節(jié)點(diǎn)評估因素設(shè)定；

S2、路側(cè)節(jié)點(diǎn)和車載節(jié)點(diǎn)評估數(shù)據(jù)生成，其包括

S21、路側(cè)節(jié)點(diǎn)評估數(shù)據(jù)獲?。?/p>

S22、車載節(jié)點(diǎn)評估數(shù)據(jù)獲??；

S3、認(rèn)知信道綜合評價和選擇，其包括

S31、決策矩陣的歸一化；

S32、確定業(yè)務(wù)加權(quán)矩陣；

S33、確定正負(fù)理想方案；

S34、計(jì)算理想方案與評估方案的距離；

S35、計(jì)算相對貼近度；

S36、評估信道排序和選擇。

優(yōu)選地，所述步驟S11中，將認(rèn)知信道評價需要的因素分為持久性和實(shí)時性，利用了路側(cè)節(jié)點(diǎn)位置固定的特點(diǎn)，進(jìn)行感知，組成持久性評價矩陣。

優(yōu)選地，所述步驟S12中，將認(rèn)知信道評價需要的同車載節(jié)點(diǎn)周圍實(shí)時環(huán)境和發(fā)起的業(yè)務(wù)相關(guān)的因素，有車載節(jié)點(diǎn)獲得。

優(yōu)選地，所述步驟S21中，獲得可用信道感知、用戶積極性檢測、頻段和帶寬的持久性評價矩陣，然后廣播給經(jīng)過的車載節(jié)點(diǎn)。

優(yōu)選地，所述步驟S22中，路側(cè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)周圍實(shí)時環(huán)境和發(fā)起的業(yè)務(wù)獲得信干噪比、相干帶寬、相干時間，同接收到的路側(cè)節(jié)點(diǎn)廣播的持久性評價矩陣合并后組成完成的評價矩陣。

優(yōu)選地，所述步驟S3中，根據(jù)車載節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的業(yè)務(wù)需要，和收發(fā)兩個車載節(jié)點(diǎn)的距離，對評價的因素設(shè)定加權(quán)系數(shù)，然后同合并后的評價矩陣，通過計(jì)算貼近度的方法，對各個信道進(jìn)行排序，供車載節(jié)點(diǎn)選擇認(rèn)知信道。

本發(fā)明利用V2X網(wǎng)絡(luò)中路側(cè)節(jié)點(diǎn)位置固定特點(diǎn)，將信道評價的因素，分為持久性和實(shí)時性兩類，需要較長時間的持久性因素有路側(cè)節(jié)點(diǎn)完成，并廣播給經(jīng)過的車載節(jié)點(diǎn)，車載節(jié)點(diǎn)將接收的持久性因素和實(shí)時性因素匯總后，對認(rèn)知信道進(jìn)行綜合評價和排序，提供車載節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信道選擇。

附圖說明

圖1是本發(fā)明方法的工作流程圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種適用于車載短距離通信網(wǎng)絡(luò)的無線認(rèn)知信道評價選擇方法，該方法步驟包括三部分，分別是路側(cè)節(jié)點(diǎn)和車載節(jié)點(diǎn)評估因素分離、路側(cè)節(jié)點(diǎn)和車載節(jié)點(diǎn)評估數(shù)據(jù)生成、認(rèn)知信道綜合評價和選擇。

以下實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。

第一部分、路側(cè)節(jié)點(diǎn)和車載節(jié)點(diǎn)評估因素分離

由于車載節(jié)點(diǎn)具有快速移動的特點(diǎn)，因此在車載節(jié)點(diǎn)的認(rèn)知信道選擇中，持久性因素的評價比較難實(shí)現(xiàn)，路側(cè)節(jié)點(diǎn)具有位置固定，在車載節(jié)點(diǎn)經(jīng)過時能進(jìn)行通信的特點(diǎn)，可以對持久性因素進(jìn)行評價，但是路側(cè)節(jié)點(diǎn)只能對一個較大的區(qū)域的認(rèn)知信道的特性進(jìn)行評價，無法精確對車載節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的位置的實(shí)時性認(rèn)知信道的特性進(jìn)行評價，因此需要對信道選擇算法進(jìn)行分類。

1.1、路側(cè)節(jié)點(diǎn)評估因素設(shè)定。持久性因素是需要較長時間感知和學(xué)習(xí)才能獲得的因素，本實(shí)施例選擇主用戶活躍度、頻段、帶寬為持久性因素。

1)主用戶活躍度：認(rèn)知無線電影響用戶使用的最主要因素，在一個固定的地點(diǎn)進(jìn)行較長時間的感知和學(xué)習(xí)能獲得比較好的性能。

2)頻段：高頻段覆蓋范圍小，傳輸速率高；低頻段覆蓋范圍大，穿透能力強(qiáng)，支持高速移動，因此頻率選擇同不同應(yīng)用場景是，權(quán)重會有較大的差別。頻段同主用戶活躍度配合，需要較長時間的感知和學(xué)習(xí)。

3)帶寬：指信道的最高和最低頻率差，△w＝f_h-f_l。

1.2、車載節(jié)點(diǎn)評估因素設(shè)定。實(shí)時性因素是在局部感知實(shí)時變化的因素，本實(shí)施例選擇信干燥比、相干帶寬、相干時間。

1)信干噪比：次用戶的接收信號與干擾信號和噪聲的功率比，表示信道的質(zhì)量，是能否正常通信的關(guān)鍵指標(biāo)之一。信干燥比SINR如(式1)所示：

其中，P_i^c是當(dāng)前次級用戶的發(fā)射功率，是其天線和路徑增益，N_c是區(qū)域內(nèi)認(rèn)知用戶的數(shù)量，表示了其他認(rèn)知用戶的發(fā)射功率和天線路徑增益的累加對當(dāng)前用戶的干擾。是主用戶的發(fā)射功率，是其天線和路徑增益，N_p是區(qū)域內(nèi)主用戶的數(shù)量，表示了主用戶工作對當(dāng)前次級用戶的干擾，N₀是信道的噪聲功率。

2)相干帶寬：相干帶寬定義為信道處于強(qiáng)相關(guān)的頻率差范圍，代表了電波傳播中受到散射體影響而形成的反射、繞射或散射造成的多徑疊加，導(dǎo)致時延擴(kuò)展。

3)相干時間：定義為信道處于強(qiáng)相關(guān)的時間差范圍，表示無線通信中收發(fā)端之間存在相對徑向運(yùn)動時造成的接收信號頻率變化，導(dǎo)致多普勒擴(kuò)展。

第二部分、路側(cè)節(jié)點(diǎn)和車載節(jié)點(diǎn)評估數(shù)據(jù)生成

由于評估數(shù)據(jù)分別來自于路側(cè)節(jié)點(diǎn)和車載節(jié)點(diǎn)，本實(shí)施例采用路側(cè)節(jié)點(diǎn)獲取部分參數(shù)，組成認(rèn)知數(shù)據(jù)消息包，廣播給經(jīng)過路側(cè)節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍內(nèi)車載節(jié)點(diǎn)的方式，將需要持久性感知的評估數(shù)據(jù)發(fā)送給車載節(jié)點(diǎn)。車載節(jié)點(diǎn)利用自身的感知硬件設(shè)備，獲得實(shí)時性評估數(shù)據(jù)，然后通過設(shè)定的算法進(jìn)行信道評估和選擇。

2.1、路側(cè)節(jié)點(diǎn)評估數(shù)據(jù)獲取

路側(cè)節(jié)點(diǎn)通過配置的頻譜感知硬件設(shè)備周期性從周圍的無線環(huán)境中捕獲或者感知信息，從而標(biāo)識未使用的頻譜資源(頻譜空洞)，并記錄這些頻譜，然后進(jìn)行參數(shù)分析和匯總，分為三個步驟，頻譜感知、頻譜判決、頻譜分析，形成可用信道序列列表和形成路側(cè)節(jié)點(diǎn)決策矩陣：

其中，a_ij中的i對應(yīng)m個感知到的可用空閑信道，j對應(yīng)評估參數(shù)，分別是分配給路側(cè)節(jié)點(diǎn)的用戶活躍度、頻段和帶寬，a_ij代表評估參數(shù)的屬性值，

路側(cè)節(jié)點(diǎn)按照系統(tǒng)設(shè)定的周期，將矩陣A廣播，其覆蓋范圍內(nèi)的車載節(jié)點(diǎn)接收到矩陣A后，保存到本地，作為后續(xù)認(rèn)知信道評估和選擇中持久性參數(shù)。

2.2、車載節(jié)點(diǎn)評估數(shù)據(jù)獲取

車載節(jié)點(diǎn)利用其配置的認(rèn)知硬件設(shè)備，獲得實(shí)時性評價參數(shù)值，如式4所示

其中，b_ij中的i對應(yīng)路側(cè)節(jié)點(diǎn)持久性檢測到的m個可用空閑信道，j對應(yīng)評估參數(shù)，分別是分配給車載節(jié)點(diǎn)的實(shí)時性參數(shù)信干噪比、相干帶寬、相干時間，b_ij代表評估參數(shù)的屬性值。決策矩陣B由車載節(jié)點(diǎn)實(shí)時獲得和更新。

2.3、參數(shù)合并和歸一化

車載節(jié)點(diǎn)將接收到的路側(cè)節(jié)點(diǎn)的決策矩陣A和本地生成的決策矩陣B相加，形成包含持久性參數(shù)和實(shí)時性參數(shù)的完整矩陣C，如式5所示

第三部分、認(rèn)知信道綜合評價和選擇

路側(cè)節(jié)點(diǎn)提供的持久性參數(shù)和車載節(jié)點(diǎn)實(shí)時得到的實(shí)時性參數(shù)，每個參數(shù)的屬性針對不同場景和業(yè)務(wù)又具有不同的權(quán)重，因此本實(shí)施例采用多屬性決策算法對候選信道進(jìn)行評價。評價完成后，按照屬性參數(shù)的優(yōu)劣、信道質(zhì)量的高低對評價的認(rèn)知信道進(jìn)行排序，供車載節(jié)點(diǎn)選擇按照排序的前后認(rèn)知信道，以獲得最佳的性能。

3.1、決策矩陣的歸一化

針對式5合并后的完整決策矩陣，采用式6進(jìn)行歸一化計(jì)算

得歸一化決策矩陣D如式7所示

3.2、確定業(yè)務(wù)加權(quán)矩陣

不同的業(yè)務(wù)，對信道評價有不同的要求。例如如果兩個車載節(jié)點(diǎn)距離較遠(yuǎn)，則低頻段可以支持更遠(yuǎn)的傳輸距離，則信道評價時低頻段占據(jù)較高的權(quán)重。如果是車載節(jié)點(diǎn)距離較近，但需要傳輸大量的數(shù)據(jù)，則帶寬在幾個參數(shù)中占據(jù)較高的權(quán)重。所以，根據(jù)車載節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前的業(yè)務(wù)要求，在幾個參數(shù)中，設(shè)置不同的權(quán)重，設(shè)車載節(jié)點(diǎn)的某個業(yè)務(wù)6個參數(shù)設(shè)置的權(quán)重如式8，分別是：

W＝[W₁,W₂,W₃,W₄,W₅,W₆] (式8)

則決策矩陣D同加權(quán)矩陣W相乘得加權(quán)后的決策矩陣E，其元素用式9計(jì)算獲得

e_ij＝d′_ij*W_j (式9)

3.3、確定正負(fù)理想方案

確定正負(fù)理想方案其中，如果是正向?qū)傩?數(shù)值大優(yōu))則如果是負(fù)向?qū)傩?數(shù)值小優(yōu))，則

3.4、計(jì)算理想方案與評估方案的距離

用式10計(jì)算理想方案與評估方案之間的歐氏距離

3.5、計(jì)算相對貼近度

相對接近度表示了候選方案與理想方案的接近程度，采用式10計(jì)算

3.6、評估信道排序和選擇

根據(jù)貼近度值對各評估信道列表降序排列，車載節(jié)點(diǎn)根據(jù)本次業(yè)務(wù)對帶寬的需要，依次按照貼近度排序，選擇子信道。

以上所述是本發(fā)明的較佳實(shí)施例及其所運(yùn)用的技術(shù)原理，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，任何基于本發(fā)明技術(shù)方案基礎(chǔ)上的等效變換、簡單替換等顯而易見的改變，均屬于本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。