CN111698662A - 高网络负载场景中mimo系统下的v2x通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高网络负载场景中多输入多输出MIMO系统下的V2X通信方法，该方法通过增加车载通信设备的发送单元和接收单元的数量，在多输入多输出MIMO系统下进行V2X通信。本发明的优点在于：车载通信设备和外界通信单元的发送器和接收器分别设置N1个发送单元和N2个接收单元，车载通信设备和外界通信单元在N1×N2MIMO系统下进行V2X通信，提高了V2X通信的信道容量，使得V2X通信的信道容量大于V2X通信在高网络负载场景中的数据流量峰值，避免了信道拥塞，消除了信道拥塞对V2X通信的影响。

Description

高网络负载场景中MIMO系统下的V2X通信方法
技术领域
本发明属于通信技术领域，更进一步涉及无线通信技术领域中的一种高网络负载场景中多输入多输出MIMO(Multi-Input Multi-Output)系统下的车到万物V2X(Vihicleto everything)通信方法。本发明主要针对V2X通信中出现的信道拥塞问题，提出了一种MIMO系统下的V2X通信方法，提高了V2X通信的信道容量，解决了信道拥塞问题。
背景技术
近年来，随着智能交通的发展，车联网V2X受到广泛关注。V2X是指V(车)与各种X(任何事物)之间信息的交换共享，包括车与车(V2V)、车与路(V2I)、车与人(V2P)、车与云(V2N)等。随着人们生活水平的提高，联网汽车的数量越来越多，V2X网络中的数据流量也随之增长；同时，人们对车辆驾驶的便利、安全、舒适、智能等方面有了更多的要求，这就要求V2X通信不仅要提供车辆位置、交通状况等信息，还要提供天气状况、购物娱乐等信息，这也导致V2X通信时会产生巨大数据流量。网络流量的增长很容易使V2X通信信道过载。在V2X通信信道拥塞时，许多无线消息会在传输期间丢失，这使得V2X通信的通信质量有着较大的降低。因此，如何设计消除信道拥塞问题对V2X通信的影响，是十分重要的。
丰田自动车株式会社在其申请的专利文献“高网络负载场景中联网车辆的无线通信确保”(申请公布号CN 111148066 A，申请号201911075145.7)中公布了一种即使在V2X网络拥塞的场景中也经由V2X网络可靠地将有价值的信息发送到端点的方法。该方法对于要发送的每个数据位，基于道路情境确定由该位针对端点描述的信息的价值。当网络拥塞时，实施一种或多种补救措施，包括以下一种或多种措施：减慢向端点发送数据位流的V2X无线消息的传输速率；基于它们相对于流中其他数据位的价值和V2X网络的可用带宽来确定一个或多个数据位聚合以丢弃。V2X无线消息仅包含其它未被丢弃的数据位，保证V2X无线消息中包括的重要消息被可靠的递送到预期的接收者。该方法虽然消除了信道拥塞对V2X通信的部分影响，但是仍然存在的不足之处是，未能完全消除信道拥塞对V2X通信的影响，仍会导致V2X通信损失部分信息。
发明内容
本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提供了一种高网络负载场景中MIMO系统下的V2X通信方法，该方法消除了信道拥塞对V2X通信的影响。
为了实现上述目的，本发明的思路是，通过在车载通信设备和外界通信单元的发送器和接收器分别设置N1个发送单元和N2个接收单元，使得车载通信设备和外界通信单元在N1×N2MIMO系统下进行V2X通信。本发明提高了V2X通信的信道容量，使得V2X通信的信道容量大于V2X通信在高网络负载场景中的数据流量峰值，避免了信道拥塞状况的出现，从而消除了信道拥塞对V2X通信的影响。
本发明的具体步骤如下：
(1)设置发送器和接收器：
车载通信设备和外界通信单元的发送器和接收器分别设置N1个发送单元和N2个接收单元，车载通信设备和外界通信单元在N1×N2MIMO系统下进行V2X通信；其中，N1＝N2，N1、N2表示大于或等于2的整数；每个发送单元包括一根发送天线和一个发送电路，每个接收单元包括一根接收天线和一个接收电路；
(2)MIMO系统中的发送端向接收端发送导频序列；接收端根据接收到的导频序列估计信道矩阵；
(3)生成并发送列向量：
(3a)接收端对信道矩阵做矩阵奇异值分解SVD，得到酉矩阵U、半正定对角矩阵∑、酉矩阵V*；
(3b)对矩阵V*、U做共轭转置操作，得到矩阵V、U*；将V矩阵的第一列作为列向量V1反馈给发送端，提取U*矩阵的第一行
Figure BDA0002540061230000021
保存在接收端；
(4)生成并发送信号序列：
(4a)发送端将待发送的数据存储为长度等于N1的向量形式，将该向量作为第一信号序列X1；对第一信号序列X1进行预处理，将预处理后的信号序列作为第二信号序列X2；
(4b)发送端同时从各个发送单元分别发送第二信号序列X2的各行；
(5)接收信号并进行滤波处理：
接收端的接收单元将接收的信号进行滤除干扰和噪声的滤波处理，将滤波后的信号作为第三信号序列X3；
(6)解码：
接收端对第三信号序列X3进行解码，获得由奇异值“膨胀控制”后的第一信号序列X1，得到原始发送数据。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
本发明中车载通信设备和外界通信单元的发送器和接收器分别设置N1个发送单元和N2个接收单元，车载通信设备和外界通信单元在N1×N2MIMO系统下进行V2X通信，克服了现有技术未能完全消除信道拥塞对V2X通信的影响，仍会导致V2X通信损失部分信息的问题，使得本发明具有提高了V2X通信的信道容量，避免了信道拥塞，消除了信道拥塞对V2X通信的影响的优点·。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
以下结合附图1对本发明做进一步的详细说明。
步骤1，设置发送器和接收器。
车载通信设备和外界通信单元的发送器和接收器分别设置N1个发送单元和N2个接收单元，车载通信设备和外界通信单元在N1×N2MIMO系统下进行V2X通信；其中，N1＝N2。所述的发送单元的数量N1和接收单元的数量N2，由V2X通信的数据流量峰值决定。N1×N2MIMO系统的信道容量应大于V2X通信的数据流量峰值。每个发送单元包括一根发送天线和一个发送电路，每个接收单元包括一根接收天线和一个接收电路。本发明的实施例中N1＝N2＝2。
步骤2，MIMO系统中的发送端向接收端发送导频序列；接收端根据接收到的导频序列估计信道矩阵。
步骤3，生成并发送列向量。
接收端对信道矩阵做矩阵奇异值分解SVD，得到酉矩阵U、半正定对角矩阵∑、酉矩阵V*。
对矩阵V*、U做共轭转置操作，得到矩阵V、U*；将V矩阵的第一列作为列向量V1反馈给发送端，提取U*矩阵的第一行
Figure BDA0002540061230000031
保存在接收端。
步骤4，生成并发送信号序列。
发送端将待发送的数据存储为长度等于2的向量形式，将该向量作为第一信号序列X1；对第一信号序列X1进行预处理，将预处理后的信号序列作为第二信号序列X2：
X2＝V1×X1
其中，X2表示第二信号序列。
发送端同时从各个发送单元分别发送第二信号序列X2的各行。
步骤5，接收信号并进行滤波处理。
接收端的接收单元将接收的信号进行滤除干扰和噪声的滤波处理，将滤波后的信号作为第三信号序列X3。
步骤6，解码。
接收端对第三信号序列X3进行解码，获得由奇异值“膨胀控制”后的第一信号序列X1，得到原始发送数据：
Figure BDA0002540061230000041
其中，∑1表示半正定对角矩阵∑对角线上的第一个元素。

Claims (5)

1.一种高网络负载场景中MIMO系统下的V2X通信方法，其特征在于，通过增加车载通信设备的发送单元和接收单元的数量，在多输入多输出MIMO系统下进行V2X通信；该方法的具体步骤如下：
(1)设置发送器和接收器：
车载通信设备和外界通信单元的发送器和接收器分别设置N1个发送单元和N2个接收单元，车载通信设备和外界通信单元在N1×N2MIMO系统下进行V2X通信；其中，N1＝N2，N1、N2表示大于或等于2的整数；每个发送单元包括一根发送天线和一个发送电路，每个接收单元包括一根接收天线和一个接收电路；
(2)MIMO系统中的发送端向接收端发送导频序列；接收端根据接收到的导频序列估计信道矩阵；
(3)生成并发送列向量：
(3a)接收端对信道矩阵做矩阵奇异值分解SVD，得到酉矩阵U、半正定对角矩阵∑、酉矩阵V*；
(3b)对矩阵V*、U做共轭转置操作，得到矩阵V、U*；将V矩阵的第一列作为列向量V1反馈给发送端，提取U*矩阵的第一行
Figure FDA0002540061220000011
保存在接收端；
(4)生成并发送信号序列：
(4a)发送端将待发送的数据存储为长度等于N1的向量形式，将该向量作为第一信号序列X1；对第一信号序列X1进行预处理，将预处理后的信号序列作为第二信号序列X2；
(4b)发送端同时从各个发送单元分别发送第二信号序列X2的各行；
(5)接收信号并进行滤波处理：
接收端的接收单元将接收的信号进行滤除干扰和噪声的滤波处理，将滤波后的信号作为第三信号序列X3；
(6)解码：
接收端对第三信号序列X3进行解码，获得由奇异值“膨胀控制”后的第一信号序列X1，得到原始发送数据。
2.根据权利要求1所述的高网络负载场景中MIMO系统下的V2X通信方法，其特征在于，步骤(1)中所述的发送单元的数量N1和接收单元的数量N2，由V2X通信的数据流量峰值决定。
3.根据权利要求2所述的高网络负载场景中MIMO系统下的V2X通信方法，其特征在于，步骤(1)中所述的N1×N2MIMO系统的信道容量应大于V2X通信的数据流量峰值。
4.根据权利要求1所述的高网络负载场景中MIMO系统下的V2X通信方法，其特征在于，步骤(4a)中所述的对第一信号序列X1进行预处理是由下式得到的：
X2＝V1×X1
其中，X2表示第二信号序列。
5.根据权利要求1所述的高网络负载场景中MIMO系统下的V2X通信方法，其特征在于，步骤(6)中所述的接收端对第三信号序列X3进行解码是由下式得到的：
Figure FDA0002540061220000021
其中，∑1表示半正定对角矩阵∑对角线上的第一个元素。
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