CN108429572A - 一种新型车载电子智能化通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型车载电子智能化通信方法，属于车载通信技术领域，所述方法包括：在作为发送端和接收端的车载节点或路侧节点上分别安装多根天线，组成多天线车载网络；发射端对信号进行编码处理；利用多入多出MIMO 双选信道，进行信号的无线传输；接收端合并各个天线上接收到的信号来联合检测信号；接收端对信号进行解码处理。利用本发明实施例，能够提高车载通信网络信息传递可靠性和数据传输速率。

Description

一种新型车载电子智能化通信方法
技术领域
本发明涉及车载通信技术领域，尤其涉及一种新型车载电子智能化通信方法。
背景技术
随着社会经济的不断发展，交通通行能力满足不了日益增长的交通需求，交通拥堵、交通事故、环境污染及能源短缺已成为世界各国面临的共同问题。最初解决交通问题的方法是大规模扩建交通基础设施。然而，由于土地、岸线等资源的日益紧张，用于基础设施扩建的空间越来越小。因此，智能交通系统 (Intelligent Transportation System，ITS)应运而生。ITS 是对通信、控制和信息处理技术在交通系统中集成应用的统称。交通通信系统作为通信技术在 ITS 中的具体应用，是在传感器网络技术发展基础上，在车辆上应用先进的无线通信技术，实现交通信息化、智能化的手段。通过发展交通通信系统，可以有效填补交通系统中车辆缺乏沟通能力的空白，从而实现车辆对道路环境的感知，以及行人和控制中心对车辆运行状态的感知。
然而，交通环境的复杂多变性引起反射环境的变化，直接导致信道时延和各到达径分布的变化，并引起信道的大尺度衰落时变。同时，交通车载终端的移动性和不确定性直接产生信道的小尺度衰落时变。作为确保交通安全高效的重要手段，交通通信对通信可靠性有着极高的要求，该要求与交通信道特殊性的矛盾决定了研究交通通信是一项急迫而又有挑战性的工作。
另外，为了提高车辆出行的安全性以及道路的通行能力，交通信息的准确传递及实时交互也是交通通信网络的必然需要，提升信息传递可靠性和数据传输速率已成为迫切的要求。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
针对现有技术的车载通信网络信息传递可靠性和数据传输速率较差的问题，本发明提供了一种新型车载电子智能化通信方法。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：
一种新型车载电子智能化通信方法，所述方法包括：
在作为发送端和接收端的车载节点/路侧节点上分别安装多根天线，组成多天线车载网络；
发射端对信号进行编码处理；
利用多入多出MIMO 双选信道，进行信号的无线传输；
接收端合并各个天线上接收到的信号来联合检测信号；
接收端对信号进行解码处理。
可选的，所述的MIMO通信技术为空分复用技术或空时编码技术或空域调制技术。
可选的，采用空分复用技术，在发射端，高速率的数据流被分割为多个较低速率的子数据流，不同的子数据流在不同的发射天线上在相同频段上发射出去；如果发射端与接收端的天线阵列之间构成的空域子信道足够不同，即能够在时域和频域之外额外提供空域的维度，使得在不同发射天线上传送的信号之间能够相互区别，因此接收机能够区分出这些并行的子数据流，而不需付出额外的频率或者时间资源；所述空间复用技术在高信噪比条件下大大提高信道容量。
可选的，采用空时编码技术，在空间域和时间域两个维度方向上对信号进行编码——在不同时 刻、不同天线上发射数据的多个副本，从而利用时间和空间分集以提高数据传输可靠性的编码；该技术空间上采用多发多收天线的空间分集来提高无线通信系统的容量和信息率；时间上把不同信号在不同时隙内使用同一个发射天线，在接收端进行分集接收。
可选的，采用空域调制技术，将要发射的信息比特调制成两个部分——信号星座图和发射天线的序；即在某一时刻，只有部分发射天线激活，接收端通过信道信息判断出是哪个或哪些发 射天线被激活，以此解调出空域调制的信息比特。
可选的，所述编码处理过程如下：
编码：在发送端，采用卷积编码方式，发送信号经过信道编码器以后传输比特数变为之前的两倍；
打孔：采用打孔器对编码后的发送信号进行打孔，得到相应的编码速率；若经过打孔以后比特数不是数据子载波48的整数倍，在打孔后的比特序列后填充比特；
交织器处理：采用交织器进行信号处理；
调制器处理：调制器对经过交织器后输出的发送信号进行调制，采用的调制方式从BPSK、QPSK、16QAM和64QAM中选择；
导频插入：导频插入模块在第-21、-7、7和 21个子载波处插入4 个导频，用于相位跟踪；
IFFT处理：采用IFFT模块，进行OFDM调制 ；
插入保护间隔以及前同步码：在 IFFT之后插入保护间隔以及前同步码。
可选的，所述解码处理过程包括信道解码器、解打孔器、解交织器、解调器、FFT、去除保护间隔模块和同步模块，上述过程为发送端编码处理过程的逆过程。
可选的，所述解码处理过程还包括纠正频偏、时偏、相位旋转，并且进行信道估计以及信号检测。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
（1）本发明在现有IEEE802.11p 标准体系下，结合 MIMO 技术，在不增加系统带宽的前提下，有效增大系统容量和频谱利用率，使系统对高速运行的车辆进行快速的信息采集和信息传递，从而实现对车辆及道路情况的有效监测及合理的调度，有效提高通信可靠性，实现大的交通通信网络数据量的准确高效传输，为交通管理部门以及路上车辆提供可靠的交通信息和路况信息；
（2）本发明实现智能交通通信网络中交通信号的高速可靠传递，保障交通安全， 提高交通运输效率，缓解交通拥堵，提高路网通行能力，降低能源消耗。
附图说明
图1为本发明提供的新型车载电子智能化通信方法的一种流程示意图。
图2为本发明提供的S102中的编码处理流程示意图。
图 3为本发明提供的一种车载通信网络的发送端物理层示意图。
图4为本发明提供的一种车载通信网络的接收端物理层示意图。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图及实施例对本发明作详细描述。
参见图1，图1为本发明提供的新型车载电子智能化通信方法的一种流程示意图，可以包括如下步骤：
S101，在作为发送端和接收端的车载节点或路侧节点上分别安装多根天线，组成多天线车载网络；
S102，发射端对信号进行编码处理；
S103，利用多入多出 MIMO 双选信道，进行信号的无线传输；
S104，接收端合并各个天线上接收到的信号来联合检测信号；
S105，接收端对信号进行解码处理。
具体的，所述的MIMO通信技术为空分复用技术或空时编码技术或空域调制技术：
采用空分复用技术，在发射端，高速率的数据流被分割为多个较低速率的子数据流，不同的子数据流在不同的发射天线上在相同频段上发射出去；如果发射端与接收端的天线阵列之间构成的空域子信道足够不同，即能够在时域和频域之外额外提供空域的维度，使得在不同发射天线上传送的信号之间能够相互区别，因此接收机能够区分出这些并行的子数据流，而不需付出额外的频率或者时间资源；所述空间复用技术在高信噪比条件下大大提高信道容量；
采用空时编码技术，在空间域和时间域两个维度方向上对信号进行编码——在不同时刻、不同天线上发射数据的多个副本，从而利用时间和空间分集以提高数据传输可靠性的编码；该技术空间上采用多发多收天线的空间分集来提高无线通信系统的容量和信息率；时间上把不同信号在不同时隙内使用同一个发射天线，在接收端进行分集接收；采用空域调制技术，将要发射的信息比特调制成两个部分——信号星座图和发射天线的序；即在某一时刻，只有部分发射天线激活，接收端通过信道信息判断出是哪个或哪些发 射天线被激活，以此解调出空域调制的信息比特。
具体的，图2为本发明提供的S102中的编码处理流程示意图。编码处理过程如下：
S201，编码：在发送端，采用卷积编码方式，发送信号经过信道编码器以后传输比特数变为之前的两倍；
S202，打孔：采用打孔器对编码后的发送信号进行打孔，得到相应的编码速率；若经过打孔以后比特数不是数据子载波48的整数倍，在打孔后的比特序列后填充比特；
S203，交织器处理：采用交织器进行信号处理；
S204，调制器处理：调制器对经过交织器后输出的发送信号进行调制，采用的调制方式从BPSK、QPSK、16QAM和64QAM中选择；
S205，导频插入：导频插入模块在第-21、-7、7和 21个子载波处插入4 个导频，用于相位跟踪；
S206，快速傅里叶反变换IFFT处理：采用IFFT模块，进行正交频分复用OFDM调制；
S207，插入保护间隔以及前同步码：在 IFFT之后插入保护间隔以及前同步码。
具体的，所述解码处理过程包括信道解码器、解打孔器、解交织器、解调器、快速傅里叶变换FFT、去除保护间隔模块和同步模块，上述过程为发送端编码处理过程的逆过程。
具体的，所述解码处理过程还包括纠正频偏、时偏、相位旋转，并且进行信道估计以及信号检测。
图 3为本发明提供的一种车载通信网络的发送端物理层示意图，图 4为本发明提供的一种车载通信网络的接收端物理层示意图。结合图 3和图4，在发送端，采用卷积编码方式 (码率R＝1/2)，发送信号经过信道编码器以后传输比特数变为之 前的两倍。为了消除冗余对编码后的发送信号进行打孔，从而得到相应的编码速率。若经过打孔以后比特数不是数据子载波 (48) 的整数倍，需要在打孔后的比特序列后填充比特以满足要求。为了消除突发错误，该系统中加入了交织器。调制器对经过交织器后输出的发送信号进行调制，车载通信标准中总共支持四种现有的调制方式。导频插入模块根据 IEEE 802.11p 标准规定在第 -21、-7、7 和 21 个子载波处插 4个导频。之后是快速傅里叶反变换 (InverseFast Fourier Transform，IFFT) 模块，也就是正交频分复用 (Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing，OFDM) 调制，在 IFFT之后要插入保护间隔以及前同步码。然后，通过多根发射天线将信号发送出去，通过交通 MIMO 通信网络双选信道后，在接收端收到的信号存在不同程度的频偏、相位旋转、干扰等缺陷。因此，在接收端需要有相应的复杂算法，纠正频偏、时偏、相位旋转，并且进行信道估计以及信号检测。其中，信道解码器、解打孔器、解交织器、解调器、FFT、去除保护间隔模块和同步模块均是发送端对应模块的逆过程。
下面对 2x2MIMO 系统的三种基本传输技术进行介绍。
(1)V-Blast( 空分复用技术)：该方案的主要思想是充分利用多径效应带来的好处，而不是试图去消除多径的影响。V-Blast 将多径看作获取分集增益的手段，将数据流分割成多个并行数据流，每个子数据流通过不同的发送天线发出。该方法实现简单，且可以在相同发射功率和传输带宽的条件下，有效地提高数据传输速率。
(2)Alamouti(空时编码技术) ：最初Alamouti方案的提出是专门为2x2的MIMO系统设计的，通过在接收端最大似然译码算法，该方法可以获得完全的分集增益。
(3) 空间移键控 (Space Shift Keying，SSK) ：作为空域调制的一种，SSK 在信号传 输过程中，通过传输天线序号来传递信息，而不是直接传输信息本身。另外，还需确定调制规则，接收端也需要获知该调制规则。同一时隙，只有一根天线被激活用于传递信息，因此，接收端只需判别哪根天线被激活，根据事先获知的调制规则，解调出 SSK 的信息比特。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种新型车载电子智能化通信方法，其特征在于，所述方法包括：
在作为发送端和接收端的车载节点或路侧节点上分别安装多根天线，组成多天线车载网络；
发射端对信号进行编码处理 ；
利用多入多出MIMO 双选信道，进行信号的无线传输 ；
接收端合并各个天线上接收到的信号来联合检测信号 ；
接收端对信号进行解码处理。
2.根据权利要求1所述的一种新型车载电子智能化通信方法，其特征在于，所述的MIMO通信技术为空分复用技术或空时编码技术或空域调制技术。
3.根据权利要求2所述的一种新型车载电子智能化通信方法，其特征在于，所述采用空分复用技术，在发射端，高速率的数据流被分割为多个较低速率的子数据流，不同的子数据流在不同的发射天线上在相同频段上发射出去；如果发射端与接收端的天线阵列之间构成的空域子信道足够不同，即能够在时域和频域之外额外提供空域的维度，使得在不同发射天线上传送的信号之间能够相互区别，因此接收机能够区分出这些并行的子数据流，而不需付出额外的频率或者时间资源 ；所述空间复用技术在高信噪比条件下大大提高信道容量。
4.根据权利要求2所述的一种新型车载电子智能化通信方法，其特征在于，所述采用空时编码技术，在空间域和时间域两个维度方向上对信号进行编码--在不同时刻、不同天线上发射数据的多个副本，从而利用时间和空间分集以提高数据传输可靠性的编码；该技术空间上采用多发多收天线的空间分集来提高无线通信系统的容量和信息率；时间上把不同信号在不同时隙内使用同一个发射天线，在接收端进行分集接收。
5.根据权利要求2所述的一种新型车载电子智能化通信方法，其特征在于，所述采用空域调制技术，将要发射的信息比特调制成两个部分--信号星座图和发射天线的序；即在某一时刻，只有部分发射天线激活，接收端通过信道信息判断出是哪个或哪些发射天线被激活，以此解调出空域调制的信息比特。
6.根据权利要求1所述的一种新型车载电子智能化通信方法，其特征在于，所述编码处理过程如下：
编码：在发送端，采用卷积编码方式，发送信号经过信道编码器以后传输比特数变为之前的两倍；
打孔：采用打孔器对编码后的发送信号进行打孔，得到相应的编码速率；若经过打孔以后比特数不是数据子载波48的整数倍，在打孔后的比特序列后填充比特；
交织器处理：采用交织器进行信号处理；
调制器处理：调制器对经过交织器后输出的发送信号进行调制，采用的调制方式从BPSK、QPSK、16QAM和64QAM中选择；
导频插入：导频插入模块在第-21、-7、7和 21个子载波处插入4 个导频，用于相位跟踪；
快速傅里叶反变换IFFT处理：采用IFFT模块，进行正交频分复用OFDM调制 ；
插入保护间隔以及前同步码：在 IFFT之后插入保护间隔以及前同步码。
7.根据权利要求1所述的一种新型车载电子智能化通信方法，其特征在于，所述解码处理过程包括信道解码器、解打孔器、解交织器、解调器、FFT、去除保护间隔模块和同步模块，上述过程为发送端编码处理过程的逆过程。
8.根据权利要求1所述的一种新型车载电子智能化通信方法，其特征在于，所述解码处理过程还包括纠正频偏、时偏、相位旋转，并且进行信道估计以及信号检测。
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