CN107659915B - 基于地理区域信息的车联网人车资源分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于地理区域信息的车联网人车资源分配方法，包括以下步骤：S1.基站为车辆终端配置车联网区域参数，车辆终端基于自身所在的地理位置信息及配置的车联网区域参数计算自身所在的区域编号，然后使用与区域编号匹配的资源池进行通信；S2.基站为行人终端配置车联网区域参数，行人终端基于自身所在的地理位置信息及配置的车联网区域参数计算自身所在的区域编号，然后使用与区域编号匹配的资源池进行通信；S3.行人终端或车辆终端向基站反馈通信性能参数，基站根据行人终端或车辆终端反馈的通信性能参数，以其中某一个或多个性能参数为优化目标，通过相应的优化算法为行人终端或车辆终端重新配置车联网区域参数，然后车辆终端或行人终端基于自身所在的地理位置信息及配置的车联网区域参数计算自身所在的区域编号，然后使用与区域编号匹配的资源池进行通信。

Description

基于地理区域信息的车联网人车资源分配方法

技术领域

本发明涉及车联网技术领域，更具体地，涉及一种基于地理区域信息的车联网人车资源分配方法。

背景技术

随着4G-LTE网络技术的日渐成熟，面向第五代(5G)无线蜂窝网络通信系统的技术研究受到了业界的关注。在未来的智能交通运输系统中，车联网内各网元之间的有效信息交互是该系统的关键技术，它使得车与车、车与行人通信设备、车与基站之间能够通信(Vehicle to X communication，简称V2X通信)，从而使得车辆终端能够获得实时的局部路况信息、交通网整体信息。通过所获取的信息，车辆终端能够提升自身路径规划的合理性以及行驶过程的安全性。V2X通信目前包含了V2V、V2P/P2V(Vehicle to Pedestrian/Pedestrian to Vehicle)、V2I/I2V(Vehicle to Infrastructure/Infrastructure toVehicle)。其中，V2V指车辆之间的直接或间接通信行为。V2V所定义的主要场景有：基于Uu链路的V2V通信---车辆通过上行链路与基站通信，再由基站通过下行链路与目标车辆通信；基于PC5链路的V2V通信---车辆之间在分配了通信资源后进行直接通信。一个经典的基于Manhattan模型的车联网终端分布示意如图1所示。

在基于公共安全的车联网应用中，行人终端(Pedestrian User Equipment，PUE)也需要获得通信的资源，才能够在横穿马路等行为中及时地向附近的车辆发出预警信息。这种场景的资源调度与基于蜂窝网络的上下行链路通信是有区别的。蜂窝网络终端如手机、平板电脑等基于一般应用的场景对时延的要求不高。而基于公共安全的应用中，就要求行人终端对车辆的通信具有极低的时延，才能保证车辆及时地采取相应的安全措施。因此，无论是车辆终端(Vehicle User Equipment，VUE)还是行人终端，在基于车联网应用的资源调度方式上与传统的蜂窝网络终端有所不同。

目前对基于LTE网络的车联网车辆资源分配主要分为基站分配模式和资源池自选模式。在基站分配模式下，网络侧给车辆终端分配指定使用的通信资源；在资源池自选模式下，车辆终端利用网络提前根据一定规则分配好的资源池，在资源池中选择合适的资源进行通信。而对于V2X中行人终端的资源分配则尚无定论。根据车联网资源分配的技术方法，V2X行人终端的资源分配也可以考虑使用基站分配模式和资源池自选模式。

现有的基于区域的车辆终端资源池自选模式方案定义如下所述：

假设车辆终端能够通过GPS获取自己的地理位置坐标(x,y)，基站设定某参考地点为地理位置坐标的参考原点(0,0)，则基站通过给车辆终端配置区域的长宽(L,W)和区域的长向、宽向的区域复用度(N_x,N_y)，车辆终端能够根据模运算公式计算出自己所在的区域编号zone_id，具体表述如下：

-Z_x＝mod(ceil[(x-x₀)/L],N_x)，Z_y＝mod(ceil[(y-y₀)/W],N_y)

-或Z_x＝mod(floor[(x-x₀)/L],N_x)，Z_y＝mod(floor[(y-y₀)/W],N_y)

-zone_id＝Z_x+N_xZ_y或zone_id＝Z_y+N_yZ_x

其中，(x₀,y₀)为参考地理位置坐标原点，mod为取模操作，ceil为向上取整操作，floor为向下取整操作。由此，车辆终端可以根据基站对每个zone_id所配置的资源池选择资源进行V2X通信的收发工作。

然而，现有方案并未考虑行人终端是否可以复用车辆终端的资源池。因此，对于存在密集终端的V2X场景下(例如中心城区道路等)，如何在确保行人的相对安全性的前提下，在行人终端、车辆终端之间灵活、高效地实现频谱资源的共享，以提升V2X网络的频谱利用效率，并未有较好的解决方案。此外，由于考虑了行人终端，如何对行人终端与车辆终端之间的干扰进行管理，这也是该场景下需要解决的关键问题之一。

发明内容

本发明为解决行人终端、车辆终端无法实现频谱资源共享的技术缺陷，提供了一种

为实现以上发明目的，采用的技术方案是：

基于地理区域信息的车联网人车资源分配方法，包括以下步骤：

S1.基站为车辆终端配置车联网区域参数，车辆终端基于自身所在的地理位置信息及配置的车联网区域参数计算自身所在的区域编号，然后使用与区域编号匹配的资源池进行通信；

S2.基站为行人终端配置车联网区域参数，行人终端基于自身所在的地理位置信息及配置的车联网区域参数计算自身所在的区域编号，然后使用与区域编号匹配的资源池进行通信；

S3.行人终端或车辆终端向基站反馈通信性能参数，基站根据行人终端或车辆终端反馈的通信性能参数，以其中某一性能参数为优化目标，通过相应的优化算法为行人终端或车辆终端重新配置车联网区域参数，然后车辆终端或行人终端基于自身所在的地理位置信息及配置的车联网区域参数计算自身所在的区域编号，然后使用与区域编号匹配的资源池进行通信。

上述方案中，在密集终端的V2X场景下，本发明提供的方法能够使行人终端、车辆终端复用资源池，提高资源复用度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)增加了资源的复用度，使得资源使用效率提高；

(2)通过区域参数的优化方法得出区域参数配置的最优范围，使得系统吞吐率最大化；

(3)通过行人终端和车辆终端不同的区域编号求算方法，使得终端可以通过所在区域侦听相对应的资源池频段来区分终端类型，无需通过额外的信令声明自己的终端类型。在自主调度式资源分配的模式下，可极大地减小网络内的信令开销；

(4)为行人终端配置必要的接收资源池最小集，降低行人终端与车联网相关的应用功耗，延长行人终端终端的续航时间。

附图说明

图1为基于Manhattan模型的车联网终端分布示意图。

图2为车联网的资源分配方案示例图。

图3为系统吞吐率仿真实验与理论模型实验结果对比图。

图4为车辆终端发射功率与区域边长对系统性能影响的系统吞吐率仿真实验示意图。

图5为车辆终端发射功率对系统性能影响的系统吞吐率仿真实验(功率域视角)示意图。

图6为行人终端的SINR统计分布曲线图。

图7为车辆终端发射功率为23dBm、不同区域边长时行人终端SINR CDF曲线图。

图8为车辆终端发射功率为29dBm、不同区域边长时的行人终端SINR CDF曲线图。

图9为车联网场景的区域参数配置和调整流程图。

图10为区域参数配置的流程图。

图11为车辆终端发射功率的配置流程图。

图12为基于个体终端信干噪比的区域参数配置方法的流程图。

图13为基于增加并发接入终端数的区域参数配置方法的流程图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

实施例1

本发明提出行人终端复用车辆终端区域编号的计算方案，并加入偏移值，使得行人终端与车辆终端的区域覆盖域产生偏移覆盖，从而使得资源池的复用度得到提高。此外，行人终端或者车辆终端使用基站配置的终端业务优先度数组计算自身的区域编号。

由于终端业务类型的优先度有高低之分，如车辆紧急安全业务要比车辆广告推送业务、车辆娱乐业务等优先度高，故资源池的使用也应根据终端业务类型的优先度来分配。具体地，车辆终端可根据以下模运算公式，计算出自身所在的区域编号zone_id。再根据区域编号和终端业务优先度数组，求算出自身可以使用的资源池编号集pool_id。

车辆终端根据以下公式计算区域的资源池编号集：

Z_x＝mod(ceil[(x-x₀)/L],N_x)，Z_y＝mod(ceil[(y-y₀)/W],N_y)，

或者

Z_x＝mod(floor[(x-x₀)/L],N_x)，Z_y＝mod(floor[(y-y₀)/W],N_y)

zone_id＝Z_x+N_xZ_y

或者

zone_id＝Z_y+N_yZ_x

则

同理，行人终端也可参照类似车辆终端的模运算公式，加入偏移值来计算出自己所在的区域编号zone_id，再根据区域编号和终端业务优先度数组，求算出自身可以使用的资源池编号集pool_id。即：

Z_x＝mod(ceil[(x-x₀)/L]+ceil(N_x/2),N_x)，

Z_y＝mod(ceil[(y-y₀)/W]+ceil(N_y/2),N_y)，

或者

Z_x＝mod(floor[(x-x₀)/L]+floor(N_x/2),N_x)，

Z_y＝mod(floor[(y-y₀)/W]+floor(N_y/2),N_y)

zone_id＝Z_x+N_xZ_y

或者

zone_id＝Z_y+N_yZ_x

则

在上述公式组中，设(x₀,y₀)为参考原点，(x,y)表示行人终端/车辆终端的地理位置坐标，(L,W)表示基站为行人终端/车辆终端配置的区域的长、宽，(N_x,N_y)表示配置的区域的长向、宽向的复用度，mod为取模操作，ceil为向上取整操作，floor为向下取整操作。

与

分别为车辆终端和行人终端的业务优先度数组，i,j为数组元素的索引，下标s、t分别为车辆终端、行人终端的终端ID，上标v表示这一参数为车辆用户所使用，上标p表示这一参数为行人用户所使用。计算Z_x,Z_y及zone_id时，何时选取第一个还是第二个公式由网络决定。假设K为V2X网络内能够配置的资源池总数，设

表示终端可以使用最多a个优先度所对应的资源池进行通信，则有i,j∈{1,…,a}及

此处为便于讨论，可设定

分别表示数组

中第i个元素的值对应的业务优先度为i、数组

中第j个元素的值对应的业务优先度为j。此时，i、j的值越大，代表车辆终端或行人终端的业务类型对应的优先度越高。但在实际网络中，可以设置

等于或不等于i、

等于或不等于j。

当终端存在多种业务需求时，每个业务类型对应一个优先度，而每个优先度对应一个业务优先度数组的元素。业务优先度数组的元素数量根据终端所需要进行的业务类型所对应的优先度数量确定。网络可为不同的业务类型设置相同或不同的优先度，并将业务优先度数组的配置由基站或路侧单元广播发送给车辆和行人终端。网络中所有终端可共享同一个业务优先度数组，也可以针对每一个终端配置单独的业务优先度数组。业务优先度数组的初始默认设置只包含一个数组元素

或

代表车辆终端或行人终端只使用了业务优先度为0的共享资源池。当某类型终端需要进行更高优先度的业务时，网络按照业务优先度的等级，为其业务优先度数组修改或添加配置相应的元素。

当存在

或

时，代表终端需要进行高优先度的业务，这时pool_id为多个区域编号的并集，该区域编号并集所对应的资源池形成了一个并集资源池。终端所有优先度的业务类型，均可以使用该并集资源池来进行相应的V2X通信；其中，网络可决定为该终端不同优先度的业务选择配置该并集资源池中的具体资源池。

在上述的区域编号计算式中，

或

的配置原则为：

(1)终端优先度数组的元素数量尽可能少，使得终端终端需要侦听的资源池数量尽可能小，从而减小终端的侦听周期长度及终端功耗。在满足终端之间复用资源池的信干噪比条件且所有终端在V2X应用场景中不需比其他类型的终端需要进行更高优先度的业务时，只需为所有终端配置

(2)当某类型终端在V2X应用场景中比其他类型的终端要进行更高优先度的业务时，为该类型终端的终端业务优先度数组配置多个元素，且数组元素的数量应在满足该类型终端的业务需求的条件下，取尽可能小的数值；

(3)在V2X场景中，车辆终端要进行V2V/V2P业务，而行人终端通常只需要进行与公共安全相关的P2V业务，故行人终端的V2X业务类型数量和业务优先度等级数量要比车辆终端少。为车辆终端配置的最高优先度的资源池应尽量不与行人终端复用，只保持两类终端复用低优先度的资源池即可。

通过计算得出相同区域编号的车辆终端或行人终端，能够复用基站对某区域编号所配置的同一资源池。当终端使用资源池模式开始V2X通信后，需要向基站反馈若干状态参数，如信干噪比、周围车辆密度(单位时间内侦听的附近车辆终端数)等。基站结合所覆盖区域的终端所反馈的车联网区域信息，对所配置的区域通信方案参数进行相应的调整后，再通过广播或专用信令的形式通知终端。这种调整可以是周期性的，也可以是事件触发的。之后车辆终端和行人终端再根据调整后的车辆网区域参数来进行V2X通信。

车联网区域参数的配置和调整的流程如图9所示：

1.基站为车辆终端配置车联网区域参数及区域编号--车辆终端发送资源池，以及区域编号--车辆终端接收资源池的匹配表；

2.基站为行人终端配置车联网区域参数及区域编号--行人终端发送资源池，以及区域编号--行人终端接收资源池的匹配表；

3.行人终端或车辆终端根据自身地理位置信息，求算自身所在区域编号，使用和区域编号匹配的资源池进行V2V/V2P通信；

4.行人终端或车辆终端向基站反馈通信性能参数，如自身的SINR信号接收水平、周围车辆密度等参数；

5.基站根据终端反馈的参数，根据系统的目标优化性能参数，通过相应的性能优化方法，为车辆终端和行人终端配置新的车辆网区域参数。

其中，上述5中所提及的性能优化方法包括有以下四种：(一)基于最大化小区的系统吞吐率的区域参数配置方法、(二)车辆终端发射功率参数的配置方法、(三)基于个体终端信干噪比分析的区域参数配置方法、(四)基于增加并发接入终端数的区域参数配置方法。

(一)基于最大化小区的系统吞吐率的区域参数配置方法

车辆终端及行人终端复用相同的资源池时的理论模型如下。以N_x＝N_y＝4为例，车辆终端和行人终端复用资源池的方式如图2所示：

图2中，V_i代表V2V/V2P中车辆终端通信使用的第i个资源池，P_i代表P2V中行人终端通信使用的第i个资源池。该方案规定，拥有相同下标i的V_i及P_i复用相同的V2X资源池。

基于上述理论模型求解最优化系统吞吐率的区域边长极值点算法如下所述：

S11.定义系统吞吐率的表述公式为：

其中B示频率带宽，M、N分别表示行人终端和车辆终端的总数，x_iP/x_iV如取值为1则表示第i个行人终端/车辆终端正使用该区域内的资源，如取值为0则表示不使用该区域内的资源，SINR_Di表示行人用户的SINR值，SINR_vi表示车辆用户的SINR值，N_z表示区域的总数；

系统的信道衰落模型为：

L_z表示区域的边长，令L_z＝L＝W；

S12.通过公式(1)、(2)，可以推导出系统吞吐率的下述形式：

其中，λ表示区域的用户密度S表示统计吞吐量时的统计区域面积；β∈[1,4]是区域的干扰系数，它表示干扰源来自统计区域的第一到第四象限的二维地理坐标区域；G_i为发送终端和接收终端之间的信道增益；对于某一用户，其他用户复用其资源时，即为其干扰源，α_n为这些干扰源的地理坐标编号；

S13.对公式(3)进行求导，得到如下超越方程：

S14.对公式(4)利用牛顿迭代法进行求解，令

f(x)＝2.42·(x-1)-(2ln2)·xlog₂ x；

则根求解流程如下：

第一步：根据L_z→0时，x→1，可设定根的初始估计值x₀＝1；

第二步：初始化参数i＝0；

第三步：定义ε及δ为模型的求解精确度参数，求解x_i+1＝x_i-f(x_i)/f'(x_i)，若||x_i+1-x_i||＜＜ε或||f(x_i+1)||＜＜δ，则f(x)＝0的解为x_i+1；否则，令i＝i+1，重复步骤S13；

通过第三步可以求得使系统吞吐率最大的区域边长参数极值L_z-max，并以此作为车联网区域参数的参考值对车辆终端或行人终端进行配置。具体如图10所示。

将在Manhattan模型下基于资源池区域方案的系统吞吐率仿真实验结果与前述理论系统吞吐率模型的计算结果对比，得到如图3所示的曲线。

结果表明，理论吞吐率曲线的边长参数极值点与仿真实验吞吐率曲线的边长参数极值点L_z-max近似。因此，采用上述理论模型的区域参数配置算法对行人、车辆终端进行区域边长参数的参考配置具有一定的可行性。

(二)车辆终端发射功率参数的配置方法

根据目前大多数的学术论文的仿真假设和产业界标准协议规定，行人终端的发射功率一般可设为定值23dBm。不过，目前大部分文献对车辆终端的发射功率没有明确的规定。在众多备选车辆终端发射功率集中，23dBm是一个最基础的备选方案。一般认为，在基于车联网的应用场景下，车辆终端应该支持不同的发射功率，以满足不同的业务要求。此外，由于车辆终端一般不考虑能源续航的问题制约，因而在满足蜂窝网络干扰条件的范围内，车辆终端可以适当增大发射功率以扩大车联网相关的应用消息的信号覆盖范围。

基于Manhattan模型的仿真实验，当改变仿真参数中车辆终端的信号发射功率时，可以得到如图4所示的仿真结果。基于图4的数据，从功率域取系统吞吐率对L_z域的统计平均值如图5所示。

在图4和图5中，行人终端预设的发射功率固定为23dBm。从图中可以看出，若为了扩大车联网相关的应用消息的信号覆盖范围而为车辆终端配置大于行人终端发射功率的车辆终端发射功率，系统的平均吞吐率会随着车辆终端发射功率的增大而减小。故而系统在基于最大化小区的整体吞吐率的目标时，从功率域求取系统吞吐率统计平均值，可以为车辆终端配置使得系统获得最大化的平均吞吐率的发射功率值。具体的配置过程如图11所示。

(三)基于个体终端信干噪比分析的区域参数配置方法

若系统为终端配置车辆网的终端参数时的目的不是最大化系统吞吐率，而是例如要以增加车辆终端预警信息单次广播的覆盖范围等为目的，那么系统可能要为车辆终端的发射功率参数配置较大的值。然而，车辆终端的发射功率增大，将影响到行人终端的信号接收质量。过大的车辆终端发射功率可能会使得行人终端的SINR接收水平一直处于很差的情况。根据自主调度资源池模式的资源分配方法，恶劣的信号环境将使得部分行人终端一直处于无法满足使用资源池资源来进行通信的情况。这种情况下，一种解决办法是调整基于区域的资源池方案的区域边长参数值以满足行人终端的SINR接收水平。

由于采用引入了偏移量的人车资源复用的区域方案，不可避免地增加了区域资源配置方案的干扰度，降低了人或车辆终端接收信息的SINR。因此，需要针对该复用方案设计一套准则实现对区域的参数的合理配置，以在行人终端或车辆终端的个体性能和网络整体性能之间取得一个较好的平衡。

本发明定义“行人终端接收信号质量准则”为“k％以上的行人终端的SINR水平在xdB以上”，其中x为运营商的可配参数。不失一般性，下述以k％＝90％，x＝-3为例进行说明。

当车辆终端的发射功率发生改变时，行人终端的SINR统计分布曲线也将发生改变。如图6所示的实验仿真结果，可以看到当车辆终端的发射功率越大时，行人终端的SINR统计曲线越靠左，即通信质量越差。

在车联网通信场景下，行人终端在横跨马路等车联网安全相关场景中，应当比车辆终端有更高的资源使用优先级。以车辆终端发射功率为23dBm、29dBm的仿真参数实验结果为例，得到如图7及图8所示的不同区域长度下的累计概率密度函数(CDF)曲线。

在图7与图8的实验中，选取了仿真参数为：(1)车辆终端终端密度：20辆/公里；(2)行人终端终端密度：150人/平方公里；(3)统计区域：2km*2km。这些实验结果表明，使用“基于最大化小区的系统吞吐率的区域参数配置方法”所求得的最佳区域参数配置，从行人终端性能角度来看，当车辆终端发射功率较大(如29dBm时)，存在不能满足预设的SINR阈值(例如，要求90％行人终端的信干噪比值在-3dB以上时)或者不满足丢包率性能的阈值的可能性。当发生此种情况时，区域边长参数的配置应在优先满足行人终端性能的阈值情况下，取最接近于理论区域边长极值点的区域边长值，即使得系统吞吐率期望值最大化的区域边长参数值为终端配置。具体配置过程如图12所示。

具体实例如图7、图8实验结果所示，其中车辆终端发射功率分别设置为23dBm、29dBm。假设车辆终端发射功率为23dBm时，通过区域参数配置方法一所确定的使系统吞吐率最大化的区域边长参数值为L_z-max＝37m，则由图7预测它所对应的PUE SINR CDF曲线应位于L_z＝20m和L_z＝40m所对应的PUE SINR CDF曲线中间，此时应可满足行人终端接收信号质量准则“90％以上的行人终端的SINR水平在-3dB以上”。因此，L_z-max＝37m的配置能满足行人终端的性能需求，且可使得系统吞吐率最大化，故在此情况下，系统可在区域边长范围(0,+∞)内为终端配置区域边长参数为L_z＝37m。

另一方面，在图8中，当车辆终端发射功率为29dBm时，假设通过区域参数配置方法一所确定的使系统吞吐率最大化的区域边长参数值为L_z-max＝35m，则由图8预测它所对应的PUE SINR CDF曲线应位于L_z＝20m和L_z＝40m所对应的PUE SINR CDF曲线中间，预计将不能满足行人终端接收信号质量准则。进一步分析，在区域边长范围(35,+∞)内，应存在多个L_z取值所对应的PUE SINR CDF曲线满足行人终端接收信号质量准则。因此，由于L_z-max＝35m的配置不能满足行人终端的性能需求，故而系统可将区域边长范围(L_z-max,+∞)，即(35,+∞)的范围作为测试区域，通过进一步的仿真实验来选取最接近于理论区域边长极值点L_z-max＝35m的区域边长值L_z，即令系统吞吐率的期望值最大化且其所对应的PUE SINR CDF曲线能满足行人终端接收信号质量准则的L_z，作为终端区域边长参数的配置。

本方法提出在满足“行人终端接收信号质量准则”的基础上，选取使系统吞吐率期望值最大化的区域边长参数值，为车联网的终端进行区域参数配置，可以有效解决上述问题，得到较好的系统性能。

(四)基于增加并发接入终端数的区域参数配置方法

在车联网应用中，有时还要考虑最大化并发接入终端数，以逼近网络的最大容量，提高资源利用效率。因此，在基于最大化小区的系统吞吐率的区域参数配置方法或者基于个体终端信干噪比或丢包率分析的区域参数配置方法都能满足系统性能和个体终端的性能的情况下，还可增加考虑并发接入终端数的性能指标来实现区域参数配置的进一步优化。

由于基于区域的资源池自选模式的特殊性，在区域参数的变化的同时，该变化所影响的各个系统性能指标并非同向变化。在区域边长参数减小时，个体终端的SINR水平会下降，但由于区域数量的增加，使得系统内可接入资源池的终端数增加。

与L_z～SINR的关系相反，当区域的边长L_z越小的时候，统计范围内的区域数目N_z越多。由于同一个区域内只有有限个终端能够使用资源，所以区域数量越多，系统可支持接入的终端数也越多。

具体地，假设基站的覆盖半径为R，统计基站覆盖范围内的区域数量，可得区域的统计数量N_z和区域边长L_z的关系为：

现取行人终端接收信号质量准则参数为“90％以上的行人终端的SINR水平在-3dB以上”作例分析。如图7所示，当车辆终端发射功率为23dBm时，各个区域边长取值所对应的行人终端SINR CDF曲线值为0.1的位置所对应的dB值都大于-3dB，即都能满足“行人终端接收信号质量准则”。实验统计区域边长分别为20m、40m、60m、80m时的有效接入终端数量分别为714、537、221、83。实验结果表明，若L_z-max能满足行人终端的性能需求，取比L_z-max更小的区域边长参数并且能够同时满足行人终端的性能需求的L_z值，可增大网络的并发接入终端数。

另一方面，如图8所示，当车辆终端发射功率为29dBm时，有若干区域边长取值所对应的行人终端SINR CDF曲线不能满足“行人终端接收信号质量准则”。实验统计区域边长分别为20m、40m、60m、80m时的有效接入终端数量分别为427、378、202、79。虽然较小的区域边长的有效接入终端数仍然比较多，但这些取值不满足“行人终端接收信号质量准则”，不应用作区域边长参数的配置值。因此，本方法提出在满足“行人终端接收信号质量准则”的前提下，应选取尽量小的区域边长参数为网络内终端配置，以增加资源池接入终端数。具体配置过程如图13所示。

具体实例仍以图7、图8的实验结果进行说明。由具体实施方式第(3)节分析可知，L_z-max＝37m应可满足行人终端接收信号质量准则“90％以上的行人终端的SINR水平在-3dB以上”。故而在比L_z＝37m更小的区域边长值L_z中，存在某个L_z取值所对应的PUE SINR CDF曲线满足行人终端接收信号质量准则。由发明内容中“区域参数配置方法三”所述结论可知，终端的接入数与L_z成反比，即L_z越小时终端的接入数越多。因此，由于L_z-max＝37m的配置能够满足行人终端的性能需求，故而系统可将区域边长范围(0,L_z-max)，即(0,37)的范围内作为测试区域，通过进一步的仿真实验来选取比理论区域边长极值点L_z-max＝37m更小、并能满足行人终端接收信号质量准则的最小L_z值，作为终端区域边长参数的配置。

假设车辆终端发射功率为29dBm时，同理由具体实施方式第(3)节的分析可知L_z-max＝35m不能满足行人终端接收信号质量准则。进一步分析，在区域边长范围(35,+∞)内，应存在多个L_z取值所对应的PUE SINR CDF曲线满足行人终端接收信号质量准则。由于终端的接入数与L_z成反比，故系统可将区域边长范围(L_z-max,+∞)，即(35,+∞)的范围作为测试区域，通过进一步的仿真实验来选取最接近于理论区域边长极值点L_z-max＝35m的区域边长值L_z，即令系统的并发接入终端数最大化且其所对应的PUE SINR CDF曲线能满足行人终端接收信号质量准则的L_z，作为终端区域边长参数的配置。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.基于地理区域信息的车联网人车资源分配方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1.基站为车辆终端配置车联网区域参数，车辆终端基于自身所在的地理位置信息及配置的车联网区域参数计算自身所在的区域编号，然后使用与区域编号匹配的资源池进行通信；

S2.基站为行人终端配置车联网区域参数，行人终端基于自身所在的地理位置信息及配置的车联网区域参数计算自身所在的区域编号，然后使用与区域编号匹配的资源池进行通信；

S3.行人终端或车辆终端向基站反馈通信性能参数，基站根据行人终端或车辆终端反馈的通信性能参数，以其中某一性能参数为优化目标，通过相应的优化算法为行人终端或车辆终端重新配置车联网区域参数，然后车辆终端或行人终端基于自身所在的地理位置信息及配置的车联网区域参数计算自身所在的区域编号，然后使用与区域编号匹配的资源池进行通信。

2.根据权利要求1所述的基于地理区域信息的车联网人车资源分配方法，其特征在于：所述步骤S1车辆终端计算自身所在的区域编号的具体过程如下：

Z_x＝mod(ceil[(x-x₀)/L],N_x)

Z_y＝mod(ceil[(y-y₀)/W],N_y)

或者

Z_x＝mod(floor[(x-x₀)/L],N_x)

Z_y＝mod(floor[(y-y₀)/W],N_y)

zone_id＝Z_x+N_xZ_y

或者

zone_id＝Z_y+N_yZ_x

其中(x₀,y₀)表示地理位置坐标原点，(x,y)表示车辆终端的地理位置坐标，(L,W)表示基站为车辆终端配置的区域的长、宽，(N_x,N_y)表示配置的区域的长向、宽向的复用度，mod为取模操作，ceil为向上取整操作，floor为向下取整操作。

3.根据权利要求2所述的基于地理区域信息的车联网人车资源分配方法，其特征在于：所述车辆终端的区域编号匹配的资源池的编号表示如下：

表示车辆终端的业务优先度数组，i为数组元素的索引，下标s为车辆终端的ID，上标v表示这一参数为车辆用户所使用。

4.根据权利要求1所述的基于地理区域信息的车联网人车资源分配方法，其特征在于：所述步骤S2行人终端计算自身所在的区域编号的具体过程如下：

Z_x＝mod(ceil[(x-x₀)/L]+ceil(N_x/2),N_x)

Z_y＝mod(ceil[(y-y₀)/W]+ceil(N_y/2),N_y)

或者

Z_x＝mod(floor[(x-x₀)/L]+floor(N_x/2),N_x)

Z_y＝mod(floor[(y-y₀)/W]+floor(N_y/2),N_y)

zone_id＝Z_x+N_xZ_y

或者

zone_id＝Z_y+N_yZ_x

其中(x₀,y₀)表示地理位置坐标原点，(x,y)表示行人终端的地理位置坐标，(L,W)表示基站为行人终端配置的区域的长、宽，(N_x,N_y)表示配置的区域的长向、宽向的复用度，mod为取模操作，ceil为向上取整操作，floor为向下取整操作。

5.根据权利要求4所述的基于地理区域信息的车联网人车资源分配方法，其特征在于：所述行人终端的区域编号匹配的资源池的编号表示如下：

表示行人终端的业务优先度数组，j为数组元素的索引，下标t为行人终端的ID，上标p表示这一参数为行人用户所使用。

6.根据权利要求1～5任一项所述的基于地理区域信息的车联网人车资源分配方法，其特征在于：所述步骤S3以最大化区域的系统吞吐率为优化目标，然后执行下述的优化方法对区域边长的极值L_z-max进行计算：

S11.定义系统吞吐率的表述公式为：

其中B示频率带宽，M、N分别表示行人终端和车辆终端的总数，x_iP/x_iV如取值为1则表示第i个行人终端/车辆终端正使用该区域内的资源，如取值为0则表示不使用该区域内的资源，SINR_Di表示行人用户的SINR值，SINR_vi表示车辆用户的SINR值，N_z表示区域的总数；

系统的信道衰落模型为：

L_z表示区域的边长，令L_z＝L＝W；

S12.通过公式(1)、(2)，可以推导出系统吞吐率的下述形式：

其中，λ表示区域的用户密度S表示统计吞吐量时的统计区域面积；β∈[1,4]是区域的干扰系数，它表示干扰源来自统计区域的第一到第四象限的二维地理坐标区域；G_i为发送终端和接收终端之间的信道增益；对于某一用户，其他用户复用其资源时，即为其干扰源，α_n为这些干扰源的地理坐标编号；

S13.对公式(3)进行求导，得到如下超越方程：

S14.对公式(4)利用牛顿迭代法进行求解，令

f(x)＝2.42·(x-1)-(2ln2)·xlog₂ x；

则根求解流程如下：

第一步：根据L_z→0时，x→1，可设定根的初始估计值x₀＝1；

第二步：初始化参数i＝0；

第三步：定义ε及δ为模型的求解精确度参数，求解x_i+1＝x_i-f(x_i)/f'(x_i)，若｜｜x_i+1-x_i||＜＜ε或||f(x_i+1)||＜＜δ，则f(x)＝0的解为x_i+1；否则，令i＝i+1，重复步骤S13；

通过第三步可以求得使系统吞吐率最大的区域边长参数极值L_z-max，并以此作为车联网区域参数的参考值对车辆终端或行人终端进行配置。

7.根据权利要求1～5任一项所述的基于地理区域信息的车联网人车资源分配方法，其特征在于：所述步骤S3以最大化系统的平均吞吐率为优化目标，然后执行下述的优化方法对车辆终端的发射功率值进行计算：

从功率域求取系统吞吐率的统计平均值，然后基于统计平均值确定车联网中车辆终端的发射功率值。

8.根据权利要求1～5任一项所述的基于地理区域信息的车联网人车资源分配方法，其特征在于：所述步骤S3中以行人终端的信干噪比高于下限阈值为目标，对区域边长参数进行调整，保证行人终端的接收水平。

9.根据权利要求1～5任一项所述的基于地理区域信息的车联网人车资源分配方法，其特征在于：所述步骤S3中以行人终端的信干噪比高于下限阈值以及增加终端接入数量为目标，对区域边长参数进行调整。

Images