CN112153601B - 一种信道状态感知的车联网群集通信阵列接入方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种信道状态感知的车联网群集通信阵列接入方法，在车载通信终端上根据通信信道状态和通信密度对接入概率进行计算，关联信道接入概率与信道质量。其中：根据接收基站广播信号的信干噪比和ACB因子计算当前时隙接入概率；将接入概率与ACB因子比较，选择接入概率大于ACB因子的通信终端以最小为接入概率的值从前导码池中随机选择一个前导码上传到基站，以获得与接入概率匹配的接入机会。其优点是借助接入概率函数仅允许信道状态好的通信终端申请接入网络，提高了业务通信的成功率。通过优先选择信道状态好的通信终端获得前导码机会，提高了成功接入网络业务的数据传输可靠性。

Description

一种信道状态感知的车联网群集通信阵列接入方法

技术领域

本发明涉及车联网中的通信技术，尤其涉及车辆群集通信的接入控制方法。

背景技术

车联网(Internet ofVehicles,IoV)是无线通信技术和交通运输网络的融合，是第五代蜂窝通信网络(5^th Generation,5G)业务的潜在增长点。在交通运输网络的正常交通状态下，行驶车辆呈稀疏分布，5G蜂窝通信网络频谱资源能够同时满足交通业务和蜂窝业务的通信需求。当某路段上发生交通异常情况时，相关路段范围内往往产生大量的车辆聚集，在有限区域和有限时间范围内形成高密度群集(Cluster)通信场景，不同类型的交通业务和蜂窝业务需要竞争接入区域基站的有限频谱资源，因此，多类业务的阵列接入方法直接影响业务通信的传输可靠性和成功率，间接影响频谱资源的使用效率。

通常，基于5G蜂窝网络的车联网业务通信阵列随机接入过程包含四个步骤：

步骤1：车载通信终端从前导码资源池中随机选择一个前导码，并通过物理随机接入信道(Physical RandomAccess Channel,PRACH)上传到基站。

步骤2：基站通过物理下行控制信道(Physical Downlink Control Channel,PDCCH)返回随机接入响应(Random Access Response,RAR)消息，该消息包括定时同步(Timing Alignment,TA)、蜂窝无线网络临时标识符(Cell-Radio Network TemporaryIdentifier,C-RNTI)等信息。

步骤3：车载通信终端通过物理上行共享信道(Physical Uplink SharedChannel,PUSCH)将步骤2中接收的C-RNTI上传到基站。

步骤4：基站通过物理下行共享信道(Physical Downlink Shared Channel,PDSCH)为成功接入的车载通信业务分配请求的时频资源。

在密集群集通信场景下，当两个及以上车载通信终端的步骤1中同时选择相同前导码时，步骤2中通信终端都会收到相同的RAR消息，则步骤3时这些通信终端会使用相同的PUSCH时频资源向基站上传C-RNTI，并产生资源竞争冲突，导致接入失败。目前，大规模机器类通信阵列接入方法主要是通过获取业务到达过程特征，基站先估计阵列接入通信业务总数，结合前导码资源池数量计算接入等级限制(Access Class Barring,ACB)因子p，如图1所示。随后，在接入时隙开始时刻广播ACB因子，同时步骤1中通信终端生成随机数q，q∈(0,1)。当q<p时，该通信终端以概率p*＝min{1,p}随机选择前导码上传到基站，否则禁止选择使用前导码。最终，成功接入网络的通信业务数为S，该方法通过控制群集通信接入临界点，一定程度上缓解了阵列接入冲突问题。在车联网中，车载通信终端的高动态性使得无线信道具有强时变性，而随机数q独立于终端的通信状态，使得业务通信的信道接入具有一定的盲目性，因此，需要增加群集通信阵列接入方法的有效性，以提升密集交通场景下交通消息传播的可靠性和成功率，提高有限频谱资源效率，促进车联网实际应用的建设和发展。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种信道状态感知的车联网群集通信阵列接入方法，在交通密集场景下，将车载通信终端的信道质量与业务接入概率关联，尽可能选择状态好的信道建立通信连接，提高接入网络业务的传输可靠性和成功率。

技术方案：一种信道状态感知的车联网群集通信阵列接入方法，包括：在基站通信覆盖路段上，基站先估计ACB因子p，并在接入时隙开始时刻进行广播；当车载通信终端检测到ACB因子小于密集临界值时，计算无线信道状态关联的接入概率r；当r>p时，车载通信终端以概率r*＝min{1,r}从前导码池中随机选择前导码上传到基站，否则禁止选择使用前导码。

进一步的，车载通信终端根据所接收到基站广播信号的信干噪比值估计无线信道状态，设车联网中以最大数据传输速率时能够成功解码通信信号的信干噪比值为SINR_max，车载通信终端接收到基站广播信号的信干噪比值为SINR，则车辆无线通信信道状态关联的接入概率r为：

进一步的，所述ACB因子p计算方法为：

在基站通信范围内，基站根据车载通信终端周期性上传的交通状态消息的标识符估计申请阵列接入网络的业务数量N，并在经过上一时隙阵列接入方法的时频资源分配后，获得前导码池中剩余前导码数量U，则基站根据下式计算下一时隙ACB因子p为：

p＝U/N。

进一步的，车辆i的车载通信终端接收到基站广播信号的信干噪比值记为SINR_i，SINR_i计算方法如下式所示：

式中，P_i为车辆i通信终端的发射功率，G_i为车辆i通信终端和基站间的信道增益，N₀为信道中平均噪声功率；在基站通信范围内，k为对车辆i通信信道产生干扰的干扰源总数，P_j为第j个干扰源的发射功率(i≠j)，G_ij为车辆i与干扰源间的信道增益。

有益效果：(1)将允许接入基站通信的概率定义为信道状态和通信密度的函数，减小了通信终端随机接入的盲目性，提高了成功接入的业务传输成功率。(2)通过直接关联信道状态与接入概率，使信道状态好的通信终端具有更高的接入机会，能提高接入信道中数据传输的可靠性。

附图说明

图1是现有群集通信阵列接入方法原理图。

图2是信道状态感知的群集通信阵列接入流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

如图2所示，在面向5G蜂窝通信网络应用的车联网中，设车载通信终端周期性向基站上传交通状态消息，基站具有边缘计算能力，则实施本发明方法的具体过程如下：

1.基站计算ACB因子p

车联网群集通信阵列接入方法中，在基站通信范围内，基站根据车载通信终端周期性上传的交通状态消息的标识符估计申请阵列接入网络的业务数量N。在经过上一时隙阵列接入方法的时频资源分配后，获得前导码池中剩余前导码数量U，则基站计算下一时隙ACB因子p如式(1)所示，并在接入时隙开始时，在通信范围内广播该ACB因子。

p＝U/N (1)

2.车载通信终端计算接入概率

车联网群集通信阵列接入方法中，在基站通信范围内，设车联网中以最大数据传输速率时能够成功解码通信信号的信干噪比值为SINR_max，车辆i的车载通信终端接收到基站广播信号的信干噪比值为SINR_i，车载通信终端根据所接收到基站广播信号的信干噪比值估计无线信道状态，则车辆i通信信道状态关联的接入概率r_i定义如式(2)所示：

ACB因子p反映了基站通信范围内的通信密度。车辆i的车载通信终端接收信号的信干噪比值SINR_i如式(3)所示：

式中，P_i为车辆i通信终端的发射功率，G_i为车辆i通信终端和基站间的信道增益，N₀为信道中平均噪声功率；在基站通信范围内，k为对车辆i通信信道产生干扰的干扰源总数，P_j为第j个干扰源的发射功率(i≠j)，G_ij为车辆i与干扰源间的信道增益。

3.车载通信终端选择竞争接入概率

车联网群集通信阵列接入方法中，在基站通信范围内，设车辆i经计算得到当前时隙接入概率r_i，随后与p比较大小。当r_i>p时，车辆i以概率r_i ^*＝min{1,r_i}从前导码池中随机选择一个前导码，并通过PRACH信道上传到基站，否则该时隙内不选择前导码，退出竞争接入过程。

4.基站返回随机接入响应消息

基站成功解码车载通信终端上传的前导码消息后，通过PDCCH信道返回RAR消息，该消息包括前导码标识、定时同步、C-RNTI等信息。

5.车载通信终端发送连接请求消息

车载通信终端成功解码收到的RAR消息后，通过PUSCH信道向接收的C-RNTI基站发送接入请求和无线资源调度请求消息。如果不止一个车载通信终端在第3步选择了相同的前导码，则该步中将发生接入碰撞，所有碰撞终端均接入失败。

6.车载通信终端与基站建立通信连接

基站成功解码车载通信终端上传的连接请求消息后，通过PDSCH信道回传C-RNTI信息，并为成功接入的车载通信业务分配请求的时频无线资源块。车载通信终端收到该消息后，即使用分配的资源块传输通信数据。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种信道状态感知的车联网群集通信阵列接入方法，其特征在于，包括：在基站通信覆盖路段上，基站先估计ACB因子p，并在接入时隙开始时刻进行广播；当车载通信终端检测到ACB因子小于密集临界值时，计算无线信道状态关联的接入概率r；当r>p时，车载通信终端以概率r*＝min{1,r}从前导码池中随机选择前导码上传到基站，否则禁止选择使用前导码；

车载通信终端根据所接收到基站广播信号的信干噪比值估计无线信道状态，设车联网中以最大数据传输速率时能够成功解码通信信号的信干噪比值为SINR_max，车载通信终端接收到基站广播信号的信干噪比值为SINR，则车辆无线通信信道状态关联的接入概率r为：

所述ACB因子p计算方法为：

在基站通信范围内，基站根据车载通信终端周期性上传的交通状态消息的标识符估计申请阵列接入网络的业务数量N，并在经过上一时隙阵列接入方法的时频资源分配后，获得前导码池中剩余前导码数量U，则基站根据式(2)计算下一时隙ACB因子p为：

p＝U/N (2)

车辆i的车载通信终端接收到基站广播信号的信干噪比值记为SINR_i，SINR_i计算方法如式(3)所示：

式中，P_i为车辆i通信终端的发射功率，G_i为车辆i通信终端和基站间的信道增益，N₀为信道中平均噪声功率；在基站通信范围内，k为对车辆i通信信道产生干扰的干扰源总数，P_j为第j个干扰源的发射功率(i≠j)，G_ij为车辆i与干扰源间的信道增益。

Images