本發(fā)明涉及屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種實(shí)現(xiàn)高可靠d2d通信的沖突改錯(cuò)跨層自適應(yīng)設(shè)計(jì)技術(shù)，尤其是涉及一種d2d通信沖突改錯(cuò)跨層自適應(yīng)系統(tǒng)及數(shù)據(jù)傳輸方法。

背景技術(shù)：

d2d通信作為5g通信的關(guān)鍵技術(shù)，彌補(bǔ)了專用短程通信(dedicatedshortrangecommunication,dsrc)中傳輸距離受限、安全消息可靠性低等缺陷。在dsrc中，車輛具有主動(dòng)安全的應(yīng)用，這些主動(dòng)安全的應(yīng)用需要周期性廣播車輛的心跳信息。車輛的心跳信息提供了非常重要的信息，如位置、方向、速度以及車輛的安全消息和緊急消息，如安全氣囊的部署、事故報(bào)告等，從而保證了駕駛員在開車過程中對(duì)緊急事件的及時(shí)反映。d2d通信技術(shù)作為dsrc的一種擴(kuò)展，同時(shí)也有安全消息的傳輸。安全消息的可靠傳輸，保證車輛主動(dòng)安全應(yīng)用的有效性，所以在d2d通信中，安全消息的可靠性傳輸是非常重要的。

目前關(guān)于提高d2d通信安全消息可靠性的技術(shù)，大部分研究都是針對(duì)重傳協(xié)議的優(yōu)化?；谲嚶?lián)網(wǎng)中汽車安全消息的介質(zhì)訪問控制協(xié)議，異步固定重傳次數(shù)協(xié)議(asynchronousfixedrepetition,afr)、同步固定重傳次數(shù)協(xié)議(synchronousfixedrepetition,sfr)和同步持續(xù)重傳協(xié)議(synchronousp-persistentrepetition,spr)都是通過優(yōu)化mac層訪問機(jī)制提高接收數(shù)據(jù)包的成功率。安全消息的廣播頻率決定于d2d節(jié)點(diǎn)的密度和數(shù)據(jù)包的重傳數(shù)量。考慮到d2d節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性，數(shù)據(jù)包的沖突可以很大程度上影響通信的可靠性并降低數(shù)據(jù)包成功傳輸?shù)母怕?。而在d2d節(jié)點(diǎn)數(shù)量多、重傳次數(shù)多的情況下重傳協(xié)議的優(yōu)化并不能解決mac層數(shù)據(jù)沖突的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種d2d通信沖突改錯(cuò)跨層自適應(yīng)系統(tǒng)及數(shù)據(jù)傳輸方法，針對(duì)d2d安全消息，提高d2d安全消息在傳輸過程的可靠性，在減少重傳次數(shù)的前提下提高數(shù)據(jù)包傳輸?shù)某晒Ω怕剩瑴p少誤包率。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種d2d通信沖突改錯(cuò)跨層自適應(yīng)系統(tǒng)，在一個(gè)沖突消息已經(jīng)傳輸過一次的前提下恢復(fù)出在沖突中損壞的數(shù)據(jù)包，該系統(tǒng)包括d2d發(fā)送節(jié)點(diǎn)和d2d接收節(jié)點(diǎn)，其中，該d2d發(fā)送節(jié)點(diǎn)根據(jù)信道條件選擇相應(yīng)的調(diào)制方式，同時(shí)將所述調(diào)制方式傳輸給該d2d接收節(jié)點(diǎn)；

所述d2d接收節(jié)點(diǎn)包括物理層和mac層，所述物理層包括接收包緩存模塊、信道估計(jì)沖突改錯(cuò)決策模塊和自適應(yīng)解調(diào)解碼模塊，所述mac層包括mac重傳歷史模塊和前數(shù)據(jù)包選擇器。

所述信道條件由所述物理層內(nèi)的信道估計(jì)模塊獲得，或者在tdd方式下根據(jù)信道互易性獲得。

一種基于所述的d2d通信沖突改錯(cuò)跨層自適應(yīng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方法，包括以下步驟：

1)d2d發(fā)送節(jié)點(diǎn)根據(jù)信道條件選擇相應(yīng)的調(diào)制方式，發(fā)送數(shù)據(jù)包；

2)d2d接收節(jié)點(diǎn)對(duì)所述數(shù)據(jù)包進(jìn)行預(yù)處理，存入接收包緩存模塊；

3)信道估計(jì)沖突改錯(cuò)決策模塊通過前數(shù)據(jù)包選擇器獲取mac重傳歷史模塊的重傳歷史數(shù)據(jù)，根據(jù)所述重傳歷史數(shù)據(jù)直接進(jìn)行信道均衡處理或執(zhí)行沖突改錯(cuò)后再進(jìn)行信道均衡處理；

4)d2d接收節(jié)點(diǎn)根據(jù)步驟1)中的調(diào)制方式對(duì)經(jīng)步驟3)處理后的數(shù)據(jù)包進(jìn)行最終處理。

所述信道條件由所述物理層內(nèi)的信道估計(jì)模塊獲得，或者在tdd方式下根據(jù)信道互易性獲得。

所述步驟2)中的預(yù)處理包括循環(huán)前綴移除、串并轉(zhuǎn)化和fft。

所述步驟3)具體為：

當(dāng)根據(jù)mac重傳歷史模塊的重傳歷史數(shù)據(jù)判斷當(dāng)前存在沖突威脅時(shí)，則執(zhí)行沖突改錯(cuò)后再進(jìn)行信道均衡處理，否則，直接進(jìn)行信道均衡處理。

所述信道均衡處理包括信道估計(jì)和信道均衡。

所述沖突改錯(cuò)是恢復(fù)出在沖突中損壞的數(shù)據(jù)包，對(duì)于d2d節(jié)點(diǎn)a、b、c而言，具體恢復(fù)公式為：

x2＝(y-x1h1)/h2

式中，h1、h2分別表示d2d節(jié)點(diǎn)a到節(jié)點(diǎn)b和節(jié)點(diǎn)c到節(jié)點(diǎn)b的信道的復(fù)頻率響應(yīng)，y為d2d節(jié)點(diǎn)b接收到的數(shù)據(jù)包，x1表示d2d節(jié)點(diǎn)a發(fā)送的數(shù)據(jù)包，x2表示d2d節(jié)點(diǎn)c發(fā)送的數(shù)據(jù)包，為沖突中需要恢復(fù)的數(shù)據(jù)包，xce為導(dǎo)頻序列，分別為節(jié)點(diǎn)b的導(dǎo)頻估計(jì)的信道的復(fù)頻率響應(yīng)，分別為節(jié)點(diǎn)a和節(jié)點(diǎn)c的導(dǎo)頻估計(jì)的信道的復(fù)頻率響應(yīng),分別為聯(lián)合節(jié)點(diǎn)b和節(jié)點(diǎn)a及聯(lián)合節(jié)點(diǎn)b和節(jié)點(diǎn)c之間導(dǎo)頻估計(jì)的信道的復(fù)頻率響應(yīng)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明采用跨層設(shè)計(jì)技術(shù)，跨phy層和mac層，增加了協(xié)議層間交互和節(jié)點(diǎn)間交互，可以減少mac層重傳次數(shù)題高數(shù)據(jù)包傳輸?shù)某晒β?，解決了傳統(tǒng)mac層協(xié)議優(yōu)化不能解決的問題。

2、本發(fā)明在高重傳次數(shù)和信道質(zhì)量差的條件下能夠具有提高d2d通信安全消息數(shù)據(jù)包成功率、減少誤比特率(biterrorrate,ber)的優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)高可靠d2d通信。

3、當(dāng)信噪比(signalnoiseratio,snr)比較低時(shí)，通過自適應(yīng)調(diào)制，減少了系統(tǒng)的誤比特率，提高系統(tǒng)的可靠性和信道的頻譜資源

附圖說明

圖1為本發(fā)明d2d通信跨phy層和mac層自適應(yīng)系統(tǒng)；

圖2為d2d安全消息沖突場(chǎng)景模型；

圖3為本發(fā)明的一種場(chǎng)景模型；

圖4為三個(gè)d2d應(yīng)用場(chǎng)景的關(guān)系示例圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

本發(fā)明中的d2d通信沖突改錯(cuò)跨層自適應(yīng)系統(tǒng)是能夠根據(jù)不同的信道條件選擇相應(yīng)的調(diào)制方式，并當(dāng)d2d的安全消息在發(fā)生沖突的時(shí)候，能夠在一個(gè)沖突消息已經(jīng)傳輸過一次的前提下恢復(fù)出在沖突中損壞的數(shù)據(jù)包。

該系統(tǒng)包括d2d發(fā)送節(jié)點(diǎn)1和d2d接收節(jié)點(diǎn)2，d2d發(fā)送節(jié)點(diǎn)采用ofdm(orthogonalfrequencydivisionmultiplexing，正交頻分復(fù)用技術(shù))系統(tǒng)的自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)，即ofdm的各個(gè)子載波采用自適應(yīng)的調(diào)制技術(shù)。d2d發(fā)送節(jié)點(diǎn)首先獲取各個(gè)子載波的信道參數(shù)，由接收端進(jìn)行信道估計(jì)，并通過反饋信道發(fā)送給發(fā)送端，或者在tdd的方式下，根據(jù)信道的互易性來獲得信道參數(shù)。然后，d2d接收節(jié)點(diǎn)根據(jù)一定的算法確定各個(gè)子載波的調(diào)制方式，d2d發(fā)送節(jié)點(diǎn)再進(jìn)行ifft、并串轉(zhuǎn)換和添加循環(huán)前綴。同時(shí)各子載波的調(diào)制方式也作為信息發(fā)送給d2d接收節(jié)點(diǎn)。

本發(fā)明設(shè)計(jì)的跨層自適應(yīng)系統(tǒng)中，d2d接收節(jié)點(diǎn)2在傳統(tǒng)的物理層202和mac層201都增加了相應(yīng)的模塊，其物理層202包括接收包緩存模塊(crh)221、信道估計(jì)沖突改錯(cuò)決策模塊(channelestimatorcollisioncorrectiondecision,ce/cc決策模塊)222和自適應(yīng)解調(diào)解碼模塊，自適應(yīng)解調(diào)解碼模塊包括自適應(yīng)解調(diào)單元223和自適應(yīng)解碼單元224，所述mac層201包括mac重傳歷史模塊(mrh)211和前數(shù)據(jù)包選擇器(pps)212。

1、調(diào)制方式選取

表1給出依據(jù)hughes-hartogs算法(hughes-hartogsalgorithm,hha)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)制時(shí)算法切換閾值的實(shí)例，該實(shí)例中子載波調(diào)制以mqam技術(shù)為主。圖2所示為自適應(yīng)hha自適應(yīng)調(diào)制的算法流程圖。在該流程圖中，將ofdm符號(hào)作為接收端的輸入值，并讓ofdm符號(hào)在awgn信道中傳輸，接收端的信道估計(jì)模塊通過計(jì)算snr的瞬時(shí)值，依據(jù)表1所示的自適應(yīng)調(diào)制切換閾值，進(jìn)行對(duì)應(yīng)的自適應(yīng)調(diào)制。

表1

2、數(shù)據(jù)傳輸

上述d2d通信沖突改錯(cuò)跨層自適應(yīng)系統(tǒng)在應(yīng)用過程中包括以下步驟：

步驟1：d2d接收節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信道估計(jì)，并將信道參數(shù)通過反饋信道發(fā)送給d2d發(fā)送節(jié)點(diǎn)。

步驟2：d2d發(fā)送節(jié)點(diǎn)獲取各個(gè)子載波的信道參數(shù)，并進(jìn)行ofdm自適應(yīng)調(diào)制。

步驟3：d2d發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包，并在信道中進(jìn)行傳輸。

步驟4：數(shù)據(jù)包在d2d接收節(jié)點(diǎn)移除cp、串并轉(zhuǎn)化，并進(jìn)行fft。

d2d接收節(jié)點(diǎn)中fft模塊將時(shí)域的接收信息xn,k轉(zhuǎn)換頻域的信息yn,k，

yn,k＝hn,k·xn,k+wn,k

式中，0≤n≤ns，ns為物理層ofdm的符號(hào)，k表示第k個(gè)子載波，hn,k為信道的復(fù)頻率響應(yīng)，wn,k為第n個(gè)ofdm符號(hào)，第k個(gè)子載波的加性高斯白噪聲。

步驟5：進(jìn)行fft之后的數(shù)據(jù)存入crh中，以用于當(dāng)進(jìn)行安全消息改錯(cuò)時(shí)提供存入的數(shù)據(jù)。

步驟6：在mac重傳歷史、pps模塊的幫助下，ce/cc決策模塊直接進(jìn)行信道均衡處理或執(zhí)行沖突改錯(cuò)后再進(jìn)行信道均衡處理。

信道均衡處理包括信道估計(jì)和信道均衡。

信道估計(jì)采用導(dǎo)頻估計(jì)，訓(xùn)練符號(hào)采用bpsk調(diào)制，前兩個(gè)ofdm接收符號(hào)分別使用一個(gè)導(dǎo)頻序列xce，信道估計(jì)的過程為：

式中，y1,y2分別代表前兩個(gè)ofdm接收符號(hào)，假設(shè)信道為時(shí)不變信道，即

信道均衡模塊根據(jù)接收到的信息yn,k和信道估計(jì)得到的計(jì)算得出即

沖突改錯(cuò)，是自適應(yīng)系統(tǒng)模型的核心。該當(dāng)數(shù)據(jù)包在d2d節(jié)點(diǎn)的mac層發(fā)生數(shù)據(jù)沖突時(shí)，ce/cc決策模塊做出沖突改錯(cuò)的決策，利用算法進(jìn)行數(shù)據(jù)包的沖突改錯(cuò)。

假設(shè)d2d節(jié)點(diǎn)接收到的數(shù)據(jù)包為y，分別從兩個(gè)發(fā)送節(jié)點(diǎn)接收到的數(shù)據(jù)包為y1和y2，由于d2d發(fā)送節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)包，造成數(shù)據(jù)包在d2d接收節(jié)點(diǎn)的mac層發(fā)生沖突。

式中，x1,x2分別表示d2d發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)包，h1、h2分別表示兩個(gè)d2d發(fā)送節(jié)點(diǎn)到接收節(jié)點(diǎn)的信道的復(fù)頻率響應(yīng)。我們假定x2為沖突中需要恢復(fù)的數(shù)據(jù)包，x1、h1已經(jīng)在d2d接收節(jié)點(diǎn)中的crh有相應(yīng)的存儲(chǔ)信息。

當(dāng)忽略高斯白噪聲的影響時(shí)，上式可以簡(jiǎn)化為：

由上式可知，若要恢復(fù)出x2，則需要計(jì)算出h2：

式中，xce為導(dǎo)頻序列，分別為接收節(jié)點(diǎn)的導(dǎo)頻估計(jì)的信道的復(fù)頻率響應(yīng)，分別為兩個(gè)發(fā)送節(jié)點(diǎn)的導(dǎo)頻估計(jì)的信道的復(fù)頻率響應(yīng),分別為聯(lián)合接收節(jié)點(diǎn)和一發(fā)送節(jié)點(diǎn)及聯(lián)合接收節(jié)點(diǎn)和另一發(fā)送節(jié)點(diǎn)之間導(dǎo)頻估計(jì)的信道的復(fù)頻率響應(yīng)。

所以，當(dāng)需要恢復(fù)出x2時(shí)，

式中，y為d2d接收節(jié)點(diǎn)接收到的數(shù)據(jù)包，x1,h1為d2d接收節(jié)點(diǎn)中crh模塊存儲(chǔ)的上個(gè)時(shí)刻的信息，而由導(dǎo)頻信息可以計(jì)算得來，因此可以對(duì)沖突的數(shù)據(jù)包進(jìn)行沖突改錯(cuò)。

步驟7：d2d接收節(jié)點(diǎn)根據(jù)d2d發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送的調(diào)制信息，進(jìn)行自適應(yīng)解調(diào)、解碼、mac層crc校檢、譯碼等。

3、應(yīng)用

如圖3所示，為本發(fā)明的一種場(chǎng)景模型，圖中d2d節(jié)點(diǎn)a已經(jīng)在上一個(gè)時(shí)隙給d2d節(jié)點(diǎn)b傳輸了一個(gè)數(shù)據(jù)包，在下一個(gè)時(shí)隙，假設(shè)d2d節(jié)點(diǎn)a和c同時(shí)給b發(fā)送數(shù)據(jù)包，此時(shí)數(shù)據(jù)包發(fā)送沖撞，b收到a和c沖突后的數(shù)據(jù)包。具體的實(shí)際情況涉及到三種不同的場(chǎng)景，圖4所示為三個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景的示例圖，該示例圖清晰明了的表明了三個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景的關(guān)系以及d2d節(jié)點(diǎn)mac層和phy層進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)信道估計(jì)信道均衡和沖突改錯(cuò)的機(jī)制。

場(chǎng)景1：一個(gè)時(shí)隙一個(gè)傳輸，無沖突發(fā)生

步驟(1)，d2d節(jié)點(diǎn)a通過無線介質(zhì)發(fā)送數(shù)據(jù)包給節(jié)點(diǎn)b。

步驟(2)，d2d節(jié)點(diǎn)b的物理層發(fā)現(xiàn)到來的數(shù)據(jù)包并檢查mrh。如果沒有威脅或者重傳信息在mrh中，使用ofdm物理層標(biāo)準(zhǔn)的信道估計(jì)，否則見場(chǎng)景2。

步驟(3)，d2d節(jié)點(diǎn)b物理層接收從節(jié)點(diǎn)a發(fā)送的數(shù)據(jù)包，并將數(shù)據(jù)包存儲(chǔ)在crp中。

步驟(4)，d2d節(jié)點(diǎn)b的mac層接收物理層的數(shù)據(jù)包并檢查數(shù)據(jù)包頭，因?yàn)閙rh中沒有記錄，故發(fā)現(xiàn)沒有潛在的沖突威脅。從此時(shí)刻開始，d2d節(jié)點(diǎn)a一直發(fā)送k時(shí)刻的數(shù)據(jù)包，故節(jié)點(diǎn)b記錄第k時(shí)隙的信息在mrh中。

場(chǎng)景2：有過去時(shí)隙的信息，有沖突發(fā)生

步驟(1)，d2d節(jié)點(diǎn)a和c同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)包。

步驟(2)，d2d節(jié)點(diǎn)b的物理層發(fā)現(xiàn)到來的數(shù)據(jù)包并檢查mrh，發(fā)現(xiàn)mrh中有節(jié)點(diǎn)a發(fā)送的數(shù)據(jù)包，故發(fā)現(xiàn)了一個(gè)沖突威脅。節(jié)點(diǎn)b利用pps提供mrh信息，ce/cc決策模塊做出用物理層的沖突改錯(cuò)機(jī)制決策。

步驟(3)，d2d節(jié)點(diǎn)b物理層接收從節(jié)點(diǎn)a發(fā)送的數(shù)據(jù)包，并將數(shù)據(jù)包存儲(chǔ)在crp中。

步驟(4)，d2d節(jié)點(diǎn)b的mac層接收物理層通過恢復(fù)得到改錯(cuò)后的數(shù)據(jù)包并檢查數(shù)據(jù)包頭，為提高mac層自適應(yīng)預(yù)測(cè)和控制將來的數(shù)據(jù)包沖突打下基礎(chǔ)。

場(chǎng)景3：無過去時(shí)隙信息，有沖突發(fā)生

步驟同場(chǎng)景1的基本步驟，此時(shí)沒有跨層信息的存儲(chǔ)，該跨層自適應(yīng)結(jié)構(gòu)無法發(fā)揮其作用。

如圖3場(chǎng)景模型所示，假設(shè)d2d節(jié)點(diǎn)b接收到的數(shù)據(jù)包為y，分別從節(jié)點(diǎn)a和節(jié)點(diǎn)c接收到的數(shù)據(jù)包為y1和y2，由于d2d節(jié)點(diǎn)a和c同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)包，造成數(shù)據(jù)包在d2d節(jié)點(diǎn)b的mac層發(fā)生沖突。

式中為考慮噪聲對(duì)信號(hào)的影響，x1表示d2d節(jié)點(diǎn)a發(fā)送的數(shù)據(jù)包，x2表示d2d節(jié)點(diǎn)c發(fā)送的數(shù)據(jù)包，我們假定x2為沖突中需要恢復(fù)的數(shù)據(jù)包，x1、h1已經(jīng)在d2d節(jié)點(diǎn)b中的crh有相應(yīng)的存儲(chǔ)信息。

由式(1)可知，若要恢復(fù)出x2，則需要計(jì)算出h2。

所以，當(dāng)需要恢復(fù)出x2時(shí)，

由式(3)可知，y為d2d節(jié)點(diǎn)b接收到的數(shù)據(jù)包，x1、h1為d2d節(jié)點(diǎn)b中crh模塊存儲(chǔ)的上個(gè)時(shí)刻的信息，而由導(dǎo)頻信息可以計(jì)算得來，這就是結(jié)合具體實(shí)施方式的d2d通信安全消息沖突改錯(cuò)的算法原理。

本發(fā)明提供了基于d2d安全消息的跨層自適應(yīng)結(jié)構(gòu)，具有很大的創(chuàng)造性，為提高d2d通信安全消息的可靠性提供了發(fā)明來源，為未來高可靠5g通信提供了一個(gè)創(chuàng)新的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明具有高度的發(fā)明價(jià)值和產(chǎn)業(yè)化價(jià)值。

上述實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人員皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行擴(kuò)展或者修改。因此，凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想的條件下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。