CN105307216B

CN105307216B - 一种基于lte车联网的无线资源分配方法

Info

Publication number: CN105307216B
Application number: CN201510368386.6A
Authority: CN
Inventors: 杨志华; 赵尚春; 袁鹏; 李国治
Original assignee: Shenzhen Graduate School Harbin Institute of Technology
Current assignee: Shenzhen Graduate School Harbin Institute of Technology
Priority date: 2015-06-26
Filing date: 2015-06-26
Publication date: 2019-02-12
Anticipated expiration: 2035-06-26
Also published as: CN105307216A

Abstract

本发明提供一种基于LTE车联网的无线资源分配方法，包括：步骤S1，按照节点通信业务特点和节点对基站的干扰为节点通信划分优先级；步骤S2，建立位置分区的模型，所述基站通过优先级依次调度D2D用户，并根据距离和链路损耗因素选择候选资源共享节点；以及，步骤S3，选择候选资源共享节点所在区域内干扰最小的蜂窝用户资源，以此作为D2D通信复用的蜂窝链路资源。本发明需要向基站反馈的节点数量明显小于最优算法，在很大程度上降低了基站负载，并且算法运行时间明显小于最优算法，可有效降低处理时延。

Description

一种基于LTE车联网的无线资源分配方法

技术领域

本发明涉及一种无线资源分配方法，尤其涉及一种基于LTE车联网的无线资源分配方法。

背景技术

车联网是指车与车、车与路、车与人、车与传感设备等交互，实现车辆与公众网络通信的动态移动通信系统。它可以通过车与车、车与人、车与路互联互通实现信息共享，收集车辆、道路和环境的信息。目前应用于车联网的通信技术主要有VANET和LTE，VANET是移动自主网络(Ad-hoc)的一种特例，VANET与传统的蜂窝无线网络存在本质的区别，它可以在没有固定的基础设施(如基站或无线接入点)的支持下进行移动节点之间的通信。车辆自组织网络主要由车载单元和路侧单元组成。车载单元能够提供短范围的无线通信，由此形成无线自组织网络。路侧单元与主干网相连，起到辅助通信的作用。通过这些车载单元和路侧单元，可以为车辆之间提供车与车(V2V)之间的通信和车与路侧单元(V2I)之间的通信。VANET具有容易部署、技术成熟、能支持V2V等优点。LTE是由3GPP组织制定的通用移动通信系统技术标准的长期演进，LTE系统引入了OFDM等关键技术，显著增加了频谱效率和数据传输速率，系统容量和覆盖也显著提升。LTE系统网络架构更加扁平化简单化，减少了网络节点和系统复杂度，从而减小了系统时延，也降低了网络部署和维护成本。

在传统的LTE通信网络中，任何两个移动终端之间进行通信都必须通过基站转发完成。随着小区内节点无线业务量的增加，会导致基站负载增大、频谱不足、蜂窝用户容量降低等问题。于是，蜂窝移动通信终端直通技术在这样的背景下应运而生，所蜂窝移动通信终端直通技术即D2D。D2D通信是一种在系统的控制下，允许终端之间通过复用小区资源直接进行通信的新型技术，它能够增加蜂窝通信系统频谱效率，在一定程度上解决无线通信系统频谱资源匮乏的问题；它还能带来的好处包括：由于D2D通信不需要经过基站转发，所以能够减轻蜂窝网络负载；由于D2D用户之间距离都相对较近，信道质量较好，可以减小移动终端发射功率，降低电池损耗，增加比特速率。D2D通信有三种通信模式：蜂窝模式：D2D通信通过基站转发；正交模式：D2D用户与蜂窝用户各自分配一部分资源，D2D用户与蜂窝用户之间资源是正交的，此模式下，D2D用户和蜂窝用户不会产生干扰，但是频谱效率也没有提高；复用蜂窝用户的资源：D2D用户将与一个蜂窝用户复用其资源，相互之间会造成干扰。

现有的D2D无线资源分配技术中，D2D通信可以复用蜂窝用户上行链路资源或下行链路资源，由于上行链路或下行链路共享时，干扰的来源和大小有所不同，所以在具体实施时需要在基站端考虑不同的干扰控制方法；目前，为了最大化系统容量，并考虑到基站对来自D2D发射端的干扰的控制能力较强，大多数研究都采用D2D用户复用蜂窝上行资源，并在此前提下研究最佳的资源复用方案。现有的资源复用方案主要采用单个基站集中控制的方式，即基站针对某D2D用户对，在本小区内选择一个最佳的蜂窝用户来与其共享资源，以实现干扰最小化。当基站内有多对D2D用户时，一般首先为蜂窝用户分配无线资源，再以系统容量最大化或系统总干扰最小化为目标，为D2D分配无线资源。常用的资源分配算法有遍历算法、基于地理位置的资源分配算法、贪婪算法等。遍历算法是建立系统容量模型，以遍历系统所有解方式求得系统容量最大值，分配资源，该算法需要获得系统内所有用户信道质量以及干扰大小，同时迭代次数非常多，算法性能较差。基于地理位置的资源分配算法即为D2D分配距离D2D接收端最远的蜂窝用户资源，该算法复杂度较低，但是由于未考虑其他干扰因素，可能会导致结果不准确。贪婪算法是依次为D2D分配无线资源，选择干扰最小的蜂窝用户复用资源，该算法求出的结果满足局部最大化，但算法复杂度比遍历算法复杂度低。

VANET具有容易部署、技术成熟、能支持V2V等优点，但是该技术面临扩展性不强、时延不可预测和没有确定的Qos保障等缺点，由于路边基础设施的无线电覆盖范围有限，VANET只能提供短暂和间断的V2I通信。

相对于VANET，LTE具有低延时、传输速率快、覆盖范围广等优点，但LTE应用于车联网会面对如下问题：(1)LTE系统频谱资源非常宝贵，LTE应用于车联网，同一小区内会增加大量车辆节点接入小区，而小区内总的资源块数量是不变的，这会造成频谱资源匮乏；(2)为提高交通效率，车辆需要定时的将自身和周围的路况信息广播给相关其他车辆，此时车辆先将自身信息传输给基站，再由基站将信息发送给相关车辆，这会导致基站负载过大；(3)如果遇到交通安全等紧急信息时，车辆需以最小的延时将自身信息传输给周围相关车辆，要满足上述要求，需要降低LTE系统的延时。

由上述分析可知，VANET和LTE应用于车联网各有不足，本专利在LTE-A基础上引入D2D搭建车联网，使车辆可以在基站控制下直接通信，以解决LTE应用于车联网存在的问题。由于车联网环境下节点数量较多，D2D通过复用蜂窝用户资源进行通信，故D2D应用于车联网首先应解决D2D资源分配问题。

下面分析传统D2D无限资源分配算法应用于车联网会遇到的问题：假设D2D用户复用蜂窝用户上行链路资源，系统干扰如图2所示，如果采用遍历算法或者贪婪算法，假设有M个蜂窝用户和K对D2D用户，蜂窝用户集合M＝{1,2,….,M}，D2D用户集合为K＝{1,2,3…,K}，蜂窝用户之间资源相正交，D2D用户之间资源相互正交，D2D用户通过复用蜂窝用户的频谱资源进行通信。假设蜂窝用户m和D2D用户k复用相同的资源，它们之间相互干扰，Hm和Hk分别为蜂窝用户和D2D用户的功率增益，Gmk为蜂窝用户对D2D用户的干扰增益，Gk为D2D用户对基站的干扰增益，进行资源调度时，基站需要获得所有链路的CSI，Hm和Gk可由eNB自己测量，但是Gmk和Hk需要蜂窝用户和D2D用户测量，然后再反馈给基站；移动环境下，节点不断运动，D2D和蜂窝用户之间的链路变化十分快，每个TTI进行调度的，每个TTI蜂窝用户和D2D用户都要将CSI(Hk和Gmk)信道质量反馈给基站，随着移动节点不断增多，基站需要获得的CSI不断增多，基站负载非常大，这反而会导致系统性能下降；同时，采用遍历算法虽然能找到最优解，但是随着D2D节点数量和蜂窝用户节点数量增多，遍历算法所需要的迭代次数增长非常快。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是需要提供一种在一定程度上解决了LTE应用于车联网时所存在的基站负载过大和频谱资源匮乏等问题的无线资源分配方法。

对此，本发明提供一种基于LTE车联网的无线资源分配方法，包括：

步骤S1，按照节点通信业务特点和节点对基站的干扰为节点通信划分优先级；

步骤S2，建立位置分区的模型，所述基站通过优先级依次调度D2D用户，并根据距离和链路损耗因素选择候选资源共享节点；

以及，步骤S3，选择候选资源共享节点所在区域内干扰最小的蜂窝用户资源，以此作为D2D通信复用的蜂窝链路资源。

本发明的进一步改进在于，所述步骤S1中，通过复用上行链路资源进行D2D通信，D2D发射端对基站造成干扰以便基站获得D2D发射端到基站的链路情况，然后基站根据链路情况为D2D分配优先级，所述优先级按照优先级别的高低依次分为：交通安全类业务、交通效率相关类业务和娱乐下载类业务。

本发明的进一步改进在于，所述步骤S2中，所述基站根据距离和链路损耗因素将节点所在区域分为D1区域、D2区域和D3区域，所述D1区域为蜂窝用户发射端到D2D接收端的距离为60m～200m的节点所在区域；所述D2区域为蜂窝用户发射端到D2D接收端的距离为200m～400m的节点所在区域，所述D2区域用于实现D2D通信；所述D3区域为蜂窝用户发射端到D2D接收端的距离为400m～500m的节点所在区域，设置所述D3区域为候选资源共享节点所在的区域。

本发明的进一步改进在于，选择D3区域的节点作为候选资源共享节点后，所述步骤S3再通过信道探测方式选择干扰最小的蜂窝用户作为复用资源。

本发明的进一步改进在于，所述步骤S1包括以下子步骤：

步骤S11，初始化设置，对包括载频、带宽、激励方式以及用户数目的参数进行配置，建立移动节点模型，获取所有蜂窝用户和D2D用户的速度和位置信息，初始化D2D用户集合为N，蜂窝用户集合为M，初始化min＝0；

步骤S12，根据D2D业务特征将D2D用户进行分组，将交通安全类业务加入集合C1中，将交通效率相关类业务加入集合C2中，将娱乐下载类业务加入集合C3中。

本发明的进一步改进在于，所述步骤S12中，先为集合C1中的用户分配资源，再为集合C2中的用户分配资源，最后为集合C3中的用户分配资源，所述交通安全类业务的D2D通信优先级最高，交通效率相关类业务的D2D通信优先级次之，娱乐下载类业务的D2D通信优先级最低。

本发明的进一步改进在于，所述步骤S2包括以下子步骤：

步骤S21，获取所有D2D发射端到基站的CSI，将步骤S1中三个集合的D2D用户的CSI进行升序排列，构成Ci矩阵；

步骤S22，按照比例公平算法为蜂窝用户分配无线资源；

步骤S23，从集合C1中的D2D开始调度，调度顺序为步骤S21中的排序顺序，检查Ci中是否有D2D需要服务，当没有D2D需要服务时跳转至步骤S24，当有D2D需要服务时跳转至步骤S25；

步骤S24，判断i的值，若i≥3则调度结束，否则i＝i+1并跳转至步骤S23；

步骤S25，在蜂窝用户集合M中，获取距离该D2D接收端D3区域内的所有蜂窝用户后，加入到集合G中。

本发明的进一步改进在于，所述步骤S3包括以下子步骤：

步骤S31，判断集合G是否为空，如果不为空则跳转至步骤S32，如果为空则进行步骤S38；

步骤S32，计算：其中，SINR_Cm为蜂窝用户m的信噪比，P_C为蜂窝用户发射功率，为蜂窝用户m到基站的信道增益，P_D为D2D用户发射功率，为D2D用户n接收端到基站的信道增益，σ²为噪声功率，SINR_Dn为D2D用户n的信噪比，为D2D用户n发射端到接收端的信道增益，为蜂窝用户m发射端到D2D用户n接收端的信道增益；

步骤S33，判断：SINR_Cm＞γ_C，SINR_Dn＞γ_D是否成立；如果成立则跳转至步骤S34，如果不成立则跳转至步骤S37；其中，γ_C为蜂窝用户信噪比门限值，γ_D为D2D用户信噪比门限值；

步骤S34，计算其中，I_mn为蜂窝用户m和D2D用户n的总干扰大小，a_mn为小区内资源可使用情况的可利用矩阵，为D2D用户n发射端到基站信道增益，为蜂窝用户m发射端到D2D用户n接收端的信道增益；

步骤S35，判断I_mn＜min，如果成立则进行步骤S36，如果不成立则进行步骤S37；

步骤S36，I_mn＝min，进行步骤S37；

步骤S37，G＝G-{Gi}，进行步骤S31；G为蜂窝用户集合，Gi为第i类业务中的蜂窝用户集合；

步骤S38，集合将蜂窝用户m从集合M中删除，蜂窝用户n从集合Ci中删除，将min置0，进行步骤S23；

步骤S39，调度结束。

本发明的进一步改进在于，所述步骤S2中，通过瑞利信道实现信道模型，则所述链路损耗的模型为其中，所述h_C、h_D、h_DC和h_CD分别为蜂窝用户到基站的小尺度衰落、D2D用户到基站的小尺度衰落、D2D发射端到基站的小尺度衰落和蜂窝用户到D2D接收端的小尺度衰落；g_C、g_D、g_DC和g_CD分别为蜂窝用户到基站的信道增益、D2D用户到基站的信道增益、D2D接收端到基站的信道增益和蜂窝用户到D2D发射端的信道增益；PL_C、PL_D、PL_DC和PL_CD分别为蜂窝用户到基站的路径损耗、D2D用户到基站的路径损耗、D2D发射端到基站的路径损耗和蜂窝用户到D2D接收端的路径损耗。

本发明的进一步改进在于，所述步骤S3中，以系统干扰最小为目标优化模型为：其中，A_mn＝[a_mn]为小区内资源使用情况的可利用矩阵，a_mn＝1表示蜂窝用户m和D2D用户n共用频谱资源，a_mn＝0表示蜂窝用户m和D2D用户n不共用频谱资源。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：首先按照节点通信业务特点和节点对基站的干扰为节点通信划分优先级，因为车联网环境下需要服务的D2D用户可能远超过系统能提供的资源总数，这样可以确保重要业务的D2D以及对基站干扰小的D2D优先得到调度；然后，基站通过优先级依次调度D2D用户，根据蜂窝用户节点位置特点，选择距离D2D较远的一些蜂窝用户，探测这些蜂窝用户对D2D用户干扰大小，并反馈给基站，最后选择出对D2D干扰最小的蜂窝用户用于作为D2D通信复用该蜂窝链路资源，本发明需要向基站反馈的节点数量明显小于最优算法，在很大程度上降低了基站负载，并且算法运行时间明显小于最优算法，可有效降低处理时延。

附图说明

图1是本发明一种实施例的工作流程示意图；

图2是现有技术中D2D用户复用蜂窝用户上行链路资源的系统干扰示意图；

图3是本发明一种实施例的干扰链路距离对D2D容量的影响关系示意图；

图4是本发明一种实施例的步骤S2中D2D接收端的距离分区示意图；

图5是本发明一种实施例的工作流程图；

图6是本发明一种实施例的D2D对数与整个小区内所有用户平均容量的关系仿真图；

图7是本发明一种实施例的D2D对数与整个小区内蜂窝用户平均容量的关系仿真图；

图8是本发明一种实施例的D2D对数与整个小区内D2D用户平均容量的关系仿真图；

图9是本发明一种实施例的D2D对数和小区频谱效率之间的关系仿真图；

图10是本发明一种实施例的D2D对数与需要反馈的链路数量的关系仿真图；

图11是本发明一种实施例的蜂窝用户数量与需要反馈的链路数量的关系仿真图；

图12是本发明一种实施例的D2D数量和算法仿真时间关系示意图；

图13是本发明一种实施例的蜂窝用户和算法仿真时间关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明：

如图1所示，本例提供一种基于LTE车联网的无线资源分配方法，包括：

在背景技术中已经分析，当车联网中存在大量蜂窝节点以及D2D节点时，采用传统的D2D无限资源分配算法会导致两个问题：(1)需要将所有蜂窝节点和D2D节点链路质量以及干扰情况以反馈的方式发送给基站，会导致基站负载量过大；(2)基站在获取这些链路质量和干扰情况后，以系统总干扰最小或者系统容量最大为目标，采用适当的资源分配算法，要达到最优的资源分配结果，算法复杂度较高，算法需要迭代的次数较多，会导致算法运行时间过长，导致节点通信延时较高。

本例为更好的适应车联网环境下胆量节点通信需求的特点，以降低算法复杂度以及基站需要得到的反馈链路数量为目标，设计了一种基于LTE车联网的无线资源分配方法。

假设D2D通过复用蜂窝用户上行链路进行D2D通信，系统有M个蜂窝用户，N对D2D用户，BS控制蜂窝用户和D2D用户的最大发送和接收功率，所述步骤S2中，通过瑞利信道实现信道模型，则所述链路损耗的模型为其中，所述h_C、h_D、h_DC和h_CD分别为蜂窝用户到基站的小尺度衰落、D2D用户到基站的小尺度衰落、D2D发射端到基站的小尺度衰落和蜂窝用户到D2D接收端的小尺度衰落；g_C、g_D、g_DC和g_CD分别为蜂窝用户到基站的信道增益、D2D用户到基站的信道增益、D2D接收端到基站的信道增益和蜂窝用户到D2D发射端的信道增益；PL_C、PL_D、PL_DC和PL_CD分别为蜂窝用户到基站的路径损耗、D2D用户到基站的路径损耗、D2D发射端到基站的路径损耗和蜂窝用户到D2D接收端的路径损耗。

小区内资源使用情况的可利用矩阵A_mn＝[a_mn]，a_mn＝1表示蜂窝用户m和D2D用户n共用频谱资源，a_mn＝0表示蜂窝用户m和D2D用户n不共用频谱资源，以系统总干扰最小为目标，则系统模型如下：其中：为蜂窝用户m受到D2D用户n的干扰大小，为D2D用户n受到蜂窝用户m的总干扰大小，I_m为蜂窝用户m和D2D用户n受到的总干扰大小，P_D为D2D用户发射功率，P_C为蜂窝用户发射功率。

那么，所述步骤S3中，以系统干扰最小为目标优化模型则为：

以容量最大化为目标系统模型如下：其中，SINR_Cm为蜂窝用户m的信噪比，SINR_Dn为D2D用户n的信噪比，γ_C为蜂窝用户信噪比门限值，γ_D为D2D用户信噪比门限值。

现有技术使用遍历算法能够获得最优解，使用二分图匹配算法能获得接近最优解，但这两种方法需要获得所有的信道增益以及干扰增益，此时会增加基站负载，同时计算复杂度较高；这两种算法思想为获得所有链路以及干扰链路信道质量，构成信道质量矩阵，所以，如果依据此来为D2D用户分配资源，D2D用户同时调度，没有优先级。

本例首先根据车联网环境下节点运动特点以及D2D位置特点，为D2D设置优先级，依次调度D2D，这样可减少同时调度带来的高时间复杂度，再根据D2D用户和蜂窝用户位置关系，设计基于位置分区的无限资源分配算法，这样可以进一步降低系统复杂度同时可以降低基站负载的目的。

首先设计D2D通信优先级，将车联网环境下D2D通信业务分为以下三种：交通安全类业务、交通效率相关类业务和娱乐下载类业务。当发生交通事故时，节点需要及时将信息传输给周围相关节点，故此类业务优先级应最高，为提高交通效率，节点需周期性将前方环境如堵车等信息传输给相关车辆，此类业务优先级应低于安全相关类应用，娱乐下载类业务优先级最低；通过上述手段，可将小区内所有节点分为三个优先级。本例使用复用上行链路资源进行D2D通信，D2D发射端对基站造成干扰，基站可以获得D2D发射端到基站的链路情况，根据链路情况，基站为D2D分配优先级，干扰小的享有更高优先级，这样做的目的是尽量减少基站受到的总干扰。

获取优先级之后，下一步进行位置分区的模型建立，图3所示的是干扰链路距离对D2D容量的影响关系示意图，用于表示D2D复用的蜂窝用户发射端到D2D接收端距离和D2D容量的关系，该模型中只考虑路径损耗因素，如图3所示，距离为60-200时，此时容量小于80，且容量随距离变化较大，把此段距离划分为D1区，不宜复用此区内的用户，当距离为200-400时，D2D容量随距离变化较大，此时D2D容量较高，适合进行D2D通信，将此段距离划分为D2区，当距离为400-500时，此时D2D容量较大，且距离从400变化到500，容量只增加10Mbps不到，把此段距离划分为D3区域，此段区域，D2D容量随距离变化较小。

即，本例所述步骤S1中，通过复用上行链路资源进行D2D通信，D2D发射端对基站造成干扰以便基站获得D2D发射端到基站的链路情况，然后基站根据链路情况为D2D分配优先级，所述优先级按照优先级别的高低依次分为：交通安全类业务、交通效率相关类业务和娱乐下载类业务。所述步骤S2中，所述基站根据距离和链路损耗因素将节点所在区域分为D1区域、D2区域和D3区域，所述D1区域为蜂窝用户发射端到D2D接收端的距离为60～200的节点所在区域；所述D2区域为蜂窝用户发射端到D2D接收端的距离为200～400的节点所在区域，所述D2区域用于实现D2D通信；所述D3区域为蜂窝用户发射端到D2D接收端的距离为400～500的节点所在区域，设置所述D3区域为候选资源共享节点所在的区域。

在城市环境，由于车辆运动较快，城市建筑物多等特点，导致信道环境复杂，干扰不仅与链路之间距离有关系，还与其他因素有关系，本算法首先根据距离因素选择与D2D接收端相距为D3区域的节点作为候选资源共享节点，再通过信道探测方式选择干扰最小的蜂窝用户复用资源，距离分区如图4所示，图4为本例步骤S2中D2D接收端的距离分区示意图；通过以上分析，即可对D2D分配无线资源，根据节点业务特点以及节点对基站干扰等特点，设计D2D通信优先级，然后根据优先级依次为D2D分配资源，分配资源时，先根据地理位置选择距离D2D接收端D3区域的蜂窝用户，再选择复用D3区域内干扰最小的蜂窝用户资源。

图5所示的是本例的详细工作流程图，图5中的公式用于实现仿真程序，为了避免仿真程序出错，用j代替了本例所涉及的公式中的m和n的变数，所述m为蜂窝用户集合M的元素，所述n为D2D用户集合N的元素；如图5所示，本例所述步骤S1包括以下子步骤：

本例所述步骤S12中，先为集合C1中的用户分配资源，再为集合C2中的用户分配资源，最后为集合C3中的用户分配资源，所述交通安全类业务的D2D通信优先级最高，交通效率相关类业务的D2D通信优先级次之，娱乐下载类业务的D2D通信优先级最低。

本例所述步骤S2包括以下子步骤：

步骤S22，按照比例公平算法为蜂窝用户分配无线资源；所述比例公平算法即为PF算法；

本例所述步骤S3包括以下子步骤：

步骤S32，计算：其中，SINR_Cm为蜂窝用户m的信噪比，P_C为蜂窝用户发射功率，为蜂窝用户m到基站的信道增益，P_D为D2D用户发射功率，为D2D用户n发射端到基站的信道增益，σ²为噪声功率，SINR_Dn为D2D用户n的信噪比，为D2D用户n发射端到接收端信道增益，为蜂窝用户m发射端到D2D用户n接收端的信道增益；

步骤S34，计算其中，I_mn为蜂窝用户m和D2D用户n的总干扰大小，a_mn为小区内资源可使用情况的可利用矩阵，为D2D用户n发射端到基站的信道增益，为蜂窝用户m发射端到D2D用户n接收端信道增益；

步骤S36，I_mn＝min，进行步骤S37；

步骤S39，调度结束。

实施例2：

本例对上述实施例1所述的基于LTE车联网的无线资源分配方法进行仿真分析，并与最优资源分配算法进行对比，首先要建立移动节点模型，该模型中小区基站周围有4个街道，每个街道有两个车道，街道上随机分布车节点，车辆都是匀速运动，但是速度大小随机分布在某个范围，D2D用户随机分布在车辆节点之间，蜂窝用户数量恒定不变。本例图6至图13中，分区算法代表的是实施例1所述的基于LTE车联网的无线资源分配方法，在仿真实验中，为了与现有技术中的最优算法做比较，故将实施例1所述的基于LTE车联网的无线资源分配方法定义为仿真中的分区算法。

图6为D2D对数与整个小区内所有用户平均容量的关系仿真图，整个小区内所有用户即蜂窝用户和D2D用户之和，由图6可看出，本专利的分区算法和最优算法所得到的小区内平均容量相差在2Mbps之内，实施例1所求的平均容量为最优算法的99％左右，可见两算法在小区总容量上十分相近，图中随着D2D对数上升，小区内总容量呈下降趋势，原因是随着D2D数量增加，蜂窝用户数量不变，导致干扰增加，小区内平均容量减小。

图7为D2D对数与整个小区内蜂窝用户平均容量的关系仿真图，由图7可看出，实施例1和最优算法所得到的小区内蜂窝平均容量相差在1Mbps左右，实施例1所求的平均容量为最优算法的99％左右，且随着D2D数量变化，曲线走势和斜率相近，可见两算法在对蜂窝用户影响上类似，图中随着D2D对数上升，蜂窝用户平均容量呈下降趋势，原因是随着D2D数量增加，蜂窝用户数量不变，导致蜂窝用户总干扰增加，小区内蜂窝平均容量减小。

图8为D2D对数与整个小区内D2D用户平均容量的关系仿真图，由图8可看出，实施例1和最优算法所得到的小区内蜂窝平均容量相差在2Mbps左右，实施例1所求的平均容量为最优算法的99％左右，可见本文分区算法和最优算法在D2D容量方面性能相近。

图9为D2D对数和小区频谱效率之间的关系仿真图，由图9可见，实施例1和最优算法在频谱效率上十分相近，且随着D2D数量增加，频谱效率都有所提升，原因是D2D数量提升，基站能为更多的用户提供服务。

图10为D2D对数与需要反馈的链路数量的关系仿真图，由图10可以看出，实施例1能够很大程度减少需要反馈链路数量，降低基站负载，随着小区内D2D节点数量增加，这种趋势更加明显。

图11为蜂窝用户数量与需要反馈的链路数量的关系仿真图，由图11可以看出，实施例1能够很大程度减少需要反馈链路数量，降低基站负载，随着小区内蜂窝用户数量增加，这种趋势更加明显。

图12为D2D数量和算法仿真时间关系示意图，由图12可以看出，实施例1很大程度上减少算法仿真时间，能起到降低时延效果，同时，随着D2D数量增加，减少仿真时间效果更好。

图13为蜂窝用户和算法仿真时间关系示意图，由图13可以看出，实施例1很大程度上减少算法仿真时间，能起到降低时延效果，同时，随着蜂窝用户数量增加，减少仿真时间效果更好。

通过实施例2对实施例1的仿真分析可以对比，本发明基于分区和优先级别来实现无线资源分配算法中，在小区平均容量、D2D平均容量、蜂窝用户平均容量和系统频谱效率等性能方面与最优资源分配算法性能相差非常小，实施例1在很大程度上减少了基站负载，降低了算法运行时间，具有很大程度降低基站负载以及算法允许时间等优点。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种基于LTE车联网的无线资源分配方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于LTE车联网的无线资源分配方法，其特征在于，所述步骤S1中，通过复用上行链路资源进行D2D通信，D2D发射端对基站造成干扰，基站获得D2D发射端到基站的链路情况，然后基站根据链路情况以及D2D业务特点为D2D分配优先级，所述优先级按照优先级别的高低依次分为：交通安全类业务、交通效率相关类业务和娱乐下载类业务。

3.根据权利要求2所述的基于LTE车联网的无线资源分配方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述基站根据距离和链路损耗因素将节点所在区域分为D1区域、D2区域和D3区域，所述D1区域为蜂窝用户发射端到D2D接收端的距离为60m～200m的节点所在区域；所述D2区域为蜂窝用户发射端到D2D接收端的距离为200m～400m的节点所在区域，所述D2区域用于实现D2D通信；所述D3区域为蜂窝用户发射端到D2D接收端的距离为400m～500m的节点所在区域，设置所述D3区域为候选资源共享节点所在的区域。

4.根据权利要求3所述的基于LTE车联网的无线资源分配方法，其特征在于，选择D3区域的节点作为候选资源共享节点后，所述步骤S3再通过信道探测方式选择干扰最小的蜂窝用户作为复用资源。

5.根据权利要求3或4所述的基于LTE车联网的无线资源分配方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下子步骤：

6.根据权利要求5所述的基于LTE车联网的无线资源分配方法，其特征在于，所述步骤S12中，先为集合C1中的用户分配资源，再为集合C2中的用户分配资源，最后为集合C3中的用户分配资源，所述交通安全类业务的D2D通信优先级最高，交通效率相关类业务的D2D通信优先级次之，娱乐下载类业务的D2D通信优先级最低。

7.根据权利要求6所述的基于LTE车联网的无线资源分配方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下子步骤：

步骤S22，按照比例公平算法为蜂窝用户分配无线资源；

步骤S25，在蜂窝用户集合M中，获取距离该D2D接收端D3区域内的所有蜂窝用户后，加入到集合G中；

CSI包括蜂窝用户的功率增益和蜂窝用户对D2D用户的干扰增益。

8.根据权利要求7所述的基于LTE车联网的无线资源分配方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下子步骤：

步骤S32，计算：其中，SINR_Cm为蜂窝用户m的信噪比，P_C为蜂窝用户发射功率，为蜂窝用户m到基站的信道增益，P_D为D2D用户发射功率，为D2D用户n发射端到基站的信道增益，σ²为所受到的噪声功率，SINR_Dn为D2D用户n的信噪比，为D2D用户n发射端到接收端的信道增益，为蜂窝用户m发射端到D2D用户n接收端的信道增益；

步骤S34，计算其中，I_mn为蜂窝用户m和D2D用户n的总干扰，a_mn为小区内资源可使用情况的可利用矩阵，为D2D用户n发射端到基站的信道增益，为蜂窝用户m发射端到D2D用户n接收端的信道增益；

步骤S36，I_mn＝min，进行步骤S37；

步骤S37，G＝G-{Gi}，进行步骤S31；

步骤S39，调度结束；

G为蜂窝用户集合，Gi为第i类业务中的蜂窝用户集合。

9.根据权利要求8所述的基于LTE车联网的无线资源分配方法，其特征在于，所述步骤S2中，通过瑞利信道实现信道模型，则所述链路损耗的模型为其中，所述h_C、h_D、h_DC和h_CD分别为蜂窝用户到基站的小尺度衰落、D2D用户到基站的小尺度衰落、D2D发射端到基站的小尺度衰落和蜂窝用户到D2D接收端的小尺度衰落；g_C、g_D、g_DC和g_CD分别为蜂窝用户到基站的信道增益、D2D用户到基站的信道增益、D2D接收端到基站的信道增益和蜂窝用户到D2D发射端的信道增益；PL_C、PL_D、PL_DC和PL_CD分别为蜂窝用户到基站的路径损耗、D2D用户到基站的路径损耗、D2D发射端到基站的路径损耗和蜂窝用户到D2D接收端的路径损耗。

10.根据权利要求9所述的基于LTE车联网的无线资源分配方法，其特征在于，所述步骤S3中，以系统干扰最小为目标优化模型为：

其中，A_mn＝[a_mn]为小区内资源使用情况的可利用矩阵，a_mn＝1表示蜂窝用户m和D2D用户n共用频谱资源，a_mn＝0表示蜂窝用户m和D2D用户n不共用频谱资源。