CN104935412A - 车联网通信中基于大规模mimo的可靠数据传输方法 - Google Patents

车联网通信中基于大规模mimo的可靠数据传输方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种车联网通信中基于大规模MIMO的可靠数据传输方法，包括：步骤S1：设立多个敏感区，高速移动的车辆会在不同的敏感区中移动，敏感区的半径大小根据系统需求设定，各敏感区内设有基站，在基站处设立多天线；步骤S2：发送端车辆同时向接收端车辆和发送端车辆所处敏感区的基站发送消息，该基站将相应消息转发至接收端车辆；步骤S3：接收端车辆对比直接来自发送端车辆以及通过基站转发的两份消息，若一致，则接收该消息，若不一致，则向发送端车辆反馈并要求重传。与现有技术相比，本发明具有降低V2V通信中车辆间的干扰、降低信号在无线信道传输中的衰落、提高传输可靠性等优点。

Description

车联网通信中基于大规模MIMO的可靠数据传输方法
技术领域
本发明涉及无线通信领域，尤其是涉及一种车联网通信中基于大规模MIMO的可靠数据传输方法。
背景技术
车联网是智能交通的重要领域之一，在智能交通的应急通信中要求安全快速传输告警消息，对消息传输的可靠性提出了很高的要求。同时由于车辆密度和网络拓扑结构的高速动态改变，在高速公路环境下，需保证安全消息的快速可靠传输，在城市交通环境下，需要保证各类传输业务高效及时传输，对可靠性提出了很高的要求。由于车联网具有信道特性随时间和空间快速变化的特点，传输信道变为快速时变衰落信道，因此，在车联网Vehicle to Vehicle(V2V)通信中，需要解决无线信道链路可靠性差问题，降低信号在无线信道传输过程中的衰落。
现有的关于V2V通信的可靠传输方案都是基于功率控制的，通过增大发射端车辆功率增加消息传输可靠性，减少接收端车辆所受的来自其他非发射端车辆的干扰。基于功率控制的传输方案，简单且易于实现，通过增加发射功率即可提高消息传输的可靠性。但同时，发射端车辆功率不能一味地增加，一则大幅度增加功率给技术实现带来一定的难度，增加成本。二则发射端车辆功率一旦很大，除了会提高发送给接收端车辆的消息传输可靠性，还会对其他非接收端车辆造成很大的干扰，对车联网间可靠通信造成很大影响。
大规模MIMO(Massive Multiple-Input Multiple-Output)技术是指在基站处设立大规模天线，且天线数远远大于用户数的技术。同一个小区中的基站到该小区的每个用户的信道趋于正交，因此该小区内每个用户的干扰相对较弱。基站侧大量的天线，也可以为每个用户带来巨大的阵列增益。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种车联网通信中基于大规模MIMO的可靠数据传输方法，具有降低V2V通信中车辆间的干扰、降低信号在无线信道传输中的衰落、提高传输可靠性等优点。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种车联网通信中基于大规模MIMO的可靠数据传输方法包括：
步骤S1：设立多个敏感区，高速移动的车辆会在不同的敏感区中移动，敏感区的半径大小根据系统需求设定，各敏感区内设有基站，在基站处设立多天线；
步骤S2：发送端车辆同时向接收端车辆和发送端车辆所处敏感区的基站发送消息，该基站将相应消息转发至接收端车辆；
步骤S3：接收端车辆对比直接来自发送端车辆以及通过基站转发的两份消息，若一致，则接收该消息，若不一致，则向发送端车辆反馈并要求重传。
步骤S2包括以下步骤：
201：发送端车辆直接向接收端车辆发送消息，同时在该消息基础上附上接收端车辆的位置信息后一并向发送端车辆所处敏感区的基站发送；
202：发送端车辆所处敏感区的基站根据位置信息判断接收端车辆的位置是否在本敏感区，若是，则直接转发该消息给接收端车辆，若否，则将该消息以及接收端车辆的位置信息一并发送给接收端车辆所处敏感区的基站后，再转发给接收端车辆。
所述步骤S3中，接收端车辆设有计时器，从接收到直接来自发送端车辆的消息时开始计时，当在设定的时间参数内没有接收到由基站转发的消息时，中断接收并向发送端车辆反馈并要求重传。
所述接收端车辆向发送端车辆反馈并要求重传包括以下步骤：
301：接收端车辆同时向发送端车辆和接收端车辆所处敏感区的基站发送反馈重传请求，该基站将相应请求转发至发送端车辆；
302：发送端车辆对比直接来自接收端车辆以及通过基站转发的两份请求，若一致，则允许该请求，并重传消息，若不一致，则拒绝该请求，且接收端车辆丢弃已收到的消息。
所述步骤302中，发送端车辆设有计数器，记录接收端车辆请求重传的次数，当此次数大于设定的重传参数时，拒绝该请求，且接收端车辆丢弃已收到的消息。
所述步骤302中，发送端车辆设有计时器，从接收到直接来自接收端端车辆的反馈重传请求时开始计时，当在设定的时间参数内没有接收到由基站转发的请求时，中断接收，且接收端车辆丢弃已收到的消息。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)将大规模MIMO技术应用到车联网的V2V通信中，设立V2V通信的敏感区，在该区域内设立的基站处利用大规模MIMO技术，使得敏感区内的所有车辆通信之间干扰减弱，降低信号在无线信道传输中的衰落，提高传输可靠性；
2)划分通信敏感区域，将远距离间车辆通信归结到近距离的敏感区间通信；
3)在每个敏感区域内设立基站，在基站处增加天线来提高系统容量；
4)接收端车辆接收来自发送端车辆和基站处的两份消息，两份消息具有相互参考的作用，帮助接收端车辆对所接收消息做出决策，保证数据可靠、准确地传输；
5)请求重传具有发送差错的消息，丢弃多次重传仍未能发送成功的消息，提高了传输可靠性的同时不至于导致很大的传输时延。
附图说明
图1为本发明V2V通信中消息发送流程图；
图2为本发明V2V通信中消息反馈重传流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本发明提出的一种车联网通信中基于大规模MIMO的可靠数据传输方法。为简化起见，本实施例中只说明一对车辆即发送端车辆Vt和接收端车辆Vr之间消息的传输过程。多对车辆通信时该传输方案工作原理相同。
首先根据系统要求，将某一车联网通信区域划分为多个用于V2V通信的敏感区域，高速移动的车辆会在不同的敏感区中移动，敏感区的半径大小可根据系统需求灵活设定，在各敏感区内设有路边设施或基站，在该路边设施或基站处设立多天线。发送端车辆Vt现要发送某一告警消息Warning Message(以下简称Message)给接收端车辆Vr。如图1所示，其传输步骤如下：
a1：Vt发送Message给Vr，同时，在该Message的尾部添加接收端Vr的位置信息RLM发送给Vt敏感区域内基站SABSt；
a2：Vr处接收到的Message记为Message1，SABSt处接收到的Message以及Vr的位置信息记为Message2+RLM；
a3:SABSt根据RLM判断Vr是否在本敏感区内，若是，直接将Message2转发给Vr，若不是，将Message2+RLM转发给Vr所在敏感区域基站SABSr，SABSr再将Message2转发给Vr；
a4：Vr处设有计时器，从开始接收Message1时计时，直到接收Message2+RLM完毕关闭计时器，记该段时间记t；
a5：判断Vr接收完消息的等待时间t与系统设定的时间参数τ(系统参数，可灵活设定)的大小关系，若t>τ，则Vr直接在τ时刻中断接收，要求Vt重传Message；若t<τ，执行步骤a6；
a6：在Vr处对比接收到的Message1和Message2，若一致，则接收该Message，若出现差错，则要求Vt重传Message。
对于系统中消息反馈重传的流程即将此时的接收端视为发射端，具体操作同上所述，下面给出说明。为了减少不必要的延迟，本发明规定消息反馈重传的次数不得大于m，其中m为系统参数，可根据系统对时延的具体要求灵活设定。
当消息传输时间大于系统规定时间τ或者在Vr处接收到的Message不一致时，都要求Vt处重传该Message。如图2所示，反馈重传的具体步骤如下：
b1：Vr将反馈重传请求Request发送给Vt，同时，在该Request的尾部添加此时的接收端Vt的位置信息TLM发送给Vr敏感区域内基站SABSr；
b2：Vt处接收到的Request记为Request1，SABSr处接收到的Request以及Vt的位置信息记为Request2+TLM；
b3:SABSr根据TLM判断Vt是否在本敏感区内，若是，直接将Request2转发给Vt，若不是，将Request2+TLM转发给Vt所在敏感区域基站SABSt，SABSt再将Request2转发给Vt；
b4：Vt处设有计数器，记录Vr请求重传的次数C；
b5：判断C与系统设定重传参数m的大小关系，若C>m，则拒绝该Request，接收端Vr丢弃已接收的Message，若C<m，执行步骤6；
b6：Vt处设有计时器，从开始接收Request1时计时，直到接收Request2+TLM完毕关闭计时器，记该段时间记t；
b7：判断Vt接收完消息的等待时间t与系统设定的时间参数τ的大小关系，若t>τ，则Vt直接在τ时刻中断Request，Vr丢弃已接收的Message，若t<τ，执行步骤8；
b8：在Vt处对比接收到的Request1和Request2，若一致，则允许该Request，重传Message，若出现差错，拒绝该Request，Vr丢弃已接收的Message。
本发明方法实现车联网通信中可靠数据传输，可应用于近距离危险警告、转向灯辅助应用、交叉路口预警、紧急车辆让行、车辆自动跟车应用、车路协同应用等应用场景，能达到降低V2V通信中车辆间的干扰、降低信号在无线信道传输中的衰落、提高传输可靠性的目的。

Claims (6)

1.一种车联网通信中基于大规模MIMO的可靠数据传输方法，其特征在于，包括：
步骤S1：设立多个敏感区，高速移动的车辆会在不同的敏感区中移动，敏感区的半径大小根据系统需求设定，各敏感区内设有基站，在基站处设立多天线；
步骤S2：发送端车辆同时向接收端车辆和发送端车辆所处敏感区的基站发送消息，该基站将相应消息转发至接收端车辆；
步骤S3：接收端车辆对比直接来自发送端车辆以及通过基站转发的两份消息，若一致，则接收该消息，若不一致，则向发送端车辆反馈并要求重传。
2.根据权利要求1所述的车联网通信中基于大规模MIMO的可靠数据传输方法，其特征在于，步骤S2包括以下步骤：
201：发送端车辆直接向接收端车辆发送消息，同时在该消息基础上附上接收端车辆的位置信息后一并向发送端车辆所处敏感区的基站发送；
202：发送端车辆所处敏感区的基站根据位置信息判断接收端车辆的位置是否在本敏感区，若是，则直接转发该消息给接收端车辆，若否，则将该消息以及接收端车辆的位置信息一并发送给接收端车辆所处敏感区的基站后，再转发给接收端车辆。
3.根据权利要求1所述的车联网通信中基于大规模MIMO的可靠数据传输方法，其特征在于，所述步骤S3中，接收端车辆设有计时器，从接收到直接来自发送端车辆的消息时开始计时，当在设定的时间参数内没有接收到由基站转发的消息时，中断接收并向发送端车辆反馈并要求重传。
4.根据权利要求1或3所述的车联网通信中基于大规模MIMO的可靠数据传输方法，其特征在于，所述接收端车辆向发送端车辆反馈并要求重传包括以下步骤：
301：接收端车辆同时向发送端车辆和接收端车辆所处敏感区的基站发送反馈重传请求，该基站将相应请求转发至发送端车辆；
302：发送端车辆对比直接来自接收端车辆以及通过基站转发的两份请求，若一致，则允许该请求，并重传消息，若不一致，则拒绝该请求，且接收端车辆丢弃已收到的消息。
5.根据权利要求4所述的车联网通信中基于大规模MIMO的可靠数据传输方法，其特征在于，所述步骤302中，发送端车辆设有计数器，记录接收端车辆请求重传的次数，当此次数大于设定的重传参数时，拒绝该请求，且接收端车辆丢弃已收到的消息。
6.根据权利要求4所述的车联网通信中基于大规模MIMO的可靠数据传输方法，其特征在于，所述步骤302中，发送端车辆设有计时器，从接收到直接来自接收端端车辆的反馈重传请求时开始计时，当在设定的时间参数内没有接收到由基站转发的请求时，中断接收，且接收端车辆丢弃已收到的消息。
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