一种基于车联网的协作网络编码系统功率分配方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于车联网的协作网络编码系统功率分配的方法及系统。该方法通过搭建移动车辆双向通信中继系统模型，计算系统的中断概率，分析距离、速度及通信时间与中断概率的关系，确定通信过程中各时刻的所有最小中断概率的最大值，计算最佳功率分配因子，在两车发送总功率一定的情况下，根据所述最佳功率分配因子计算两车各自发送功率最佳值，并将最佳值转发给相应的移动车节点，进而获得最优功率分配方案。采用本发明专利技术可以获得更优的系统中断性能，且可以弥补基于集中协作下移动节点的车联网最优功率分配方面存在的空白。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及移动车辆双向通信领域，特别是涉及一种车联网的协作网络编码系统功率分配方法及系统。
技术介绍
协作分集技术是MIMO技术的一种，它通过各单天线用户共享形成虚拟的多天线阵列来实现发射或接受分集。协作分集技术最初由Laneman和Wornell提出，近几年来，该方向的研究重点多集中于协作中的功率分配方向。如现有技术存在的基于Amplify-and-Forward协议，假设各协作节点是固定的且信道相互正交，以最小化中断概率为目标，给出了该情况下的最佳功率分配方案。且也提出Amplify-and-Forward协议下协作中继系统的最优功率分配方案，该方案可以有效提高无线传感器网络中各节点的生命周期。由此可以看出，尽管本领域的现有的研究为数众多，但其主题大多仅限于集中协作中固定节点的功率分配，面对集中协作中移动的发送和接收信号节点，如何实现最优的功率分配，在目前现有技术中仍有空白。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于车联网的协作网络编码系统功率分配的方法及系统，它填充现有技术的空白，解决了集中协作中移动节点如何实现最优的功率分配，进而获得更优的系统中断性能。本专利技术根据协作特点建立移动车辆双向中继系统模型，联合网络编码，研究Amplify-and-Forward协议系统性能，并计算选择中继协议下多用户空时协作的中断概率，得到协议其对应的表达式，利用网络编码的特性里最优功率分配，来分析功率分配因子，获得最优功率分配方案。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种基于车联网的协作网络编码系统功率分配的方法，包括以下步骤：在所述的搭建移动车辆双向中继系统模型101设置3个节点A、B、R点，其中A和B为移动车节点(源节点)，R为路基设备节点(中继节点)。在所述的搭建简单的车辆双向中继系统模型通信过程中,车辆A、B信号通过路基设备R时，采用放大转发Amplify-and-Forward协议进行重传，通信过程分为两个阶段：阶段Ⅰ，车节点A和B同时发送信号xA和xB，路基设备R的接收到信号；阶段Ⅱ，路基设备R将接收的信号转发出去，车节点A和B接收信号；在所述的搭建简单的车辆双向中继系统模型下，通过车节点A和B接收信号，计算车节点A、B的接收信噪比。设频谱效率为R的系统，在所述设频谱效率为R的系统下，根据中断概率Pout与max(ρA,R,ρB,R)相关关系，计算出中断概率102。在所述设频谱效率为R的系统下，计算通信过程中各时刻的所有最小中断概率，确定通信过程中各时刻的所有最小中断概率最大值103，根据所述最小中断概率最大值，在设定信噪比较大的条件下，采用穷举搜索的方法获得最佳功率分配因子104。一种基于车联网的协作网络编码系统功率分配的系统，包括：模型搭建单元201，中断概率计算单202，最小中断概率的最大值确定单元203，最佳功率分配因子计算单元204，最佳发送功率计算单元205，最佳功率发送单元206。其中，模型搭建单元201，用于搭建移动车辆双向通信中继系统模型，其在车辆双向通信中继系统模型设置3个节点A、B、P点，其中A和B为移动车节点，R为路基设备节点，路基设备节点R能获取移动车节点A和B发送信号，移动车节点A和B能获取路基设备节点R转发信号。中断概率计算单元202，具体包括：路基设备节点R获取第一接收信噪比子单元，用于路基设备节点R获取移动车节点A发送的第一接收信噪比，所述接收信噪比为移动车节点A接收到的路基设备节点R发送的信号的信噪比；路基设备节点R获取第二接收信噪比子单元，用于路基设备节点R获取移动车节点B发送的第二接收信噪比，所述接收信噪比为移动车节点B接收到的路基设备节点R发送的信号的信噪比；系统中断概率计算子单元，用于根据中断概率与所述第一接收信噪比及所述第二接收信噪比的相关关系，计算系统中断概率。最小中断概率的最大值确定单元203，具体包括：数据分析子单元，用于根据所述的中断概率，在设定信噪比大于特定值的条件下，分析距离、速度及通信时间与中断概率的关系；最小中断概率的最大值确定子单元，用于根据所述的中断概率与距离、速度及通信时间的关系，确定通信过程中各时刻的所有最小中断概率的最大值。最佳功率分配因子计算单元204，用于根据所述最小中断概率的最大值，采用穷举搜索的方法确定最佳功率分配因子。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供了一种基于车联网的协作网络编码系统功率分配的方法及系统，通过搭建了移动车节点双向中继系统模型，计算系统的中断概率，以通信过程中各时刻的所有最小中断概率的最大值为优化对象，进而获取最佳移动节点功率分配因子，解决了基于集中协作中移动节点如何实现最优的功率分配，进而获得更优的系统中断性能，并填充现有技术的空白。同时用Matlab仿真表明与计算最佳分配因子相接近且优于其他分配方案。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术基于车联网的协作网络编码系统功率分配方法流程图；图2为本专利技术基于车联网的协作网络编码系统功率分配系统流程图；图3为本专利技术车辆双向中继系统模型结构图；图4为本专利技术实施例中的中断概率与α的关系曲线图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种基于车联网的协作网络编码系统功率分配的方法及系统，如图1所示，通过搭建简单的车辆双向中继系统模型，计算系统的中断概率，分析距离、速度及通信时间与中断概率的关系，并计算通信过程中各时刻的所有最小中断概率的最大值且为优化对象，计算最佳功率分配因子。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。搭建简单的车辆双向中继系统模型如图3所示，共有3个节点，其中A和B为移动车节点(源节点)，R路基设备节点(中继节点)。A和B两节点之间通信时，需要路边基础设备R在中间进行帮助，使其进行双向中继通信。节点A、B和R均配备单天线，各节点的通信方式均采用半双工通信的方式。车节点A、B的发射功率为PA＝αP和PB＝(1-α)P，路基设备R的发射功率为PR＝P/2。假设通信初始，车节点A、B到路基设备R的距离分别为DA,R和DB,R，则在通信过程中，车节点A、B到路节点R间的距离为dA,R＝DA,R-νA,Rt、dB,R＝DB,R+νB,Rt，其中t∈[0,T]。假设节点A到节点R的信道为hA,R，节点B到节点R的信道hB,R，这两个信道均满足复高斯随机分布，均值为0，方差分别为和其中c是常数，与环境有关，τ表示路径损耗指数，通常在2到5之间的值，在不失一般性的情况下取c＝1,τ＝2；节点R接收到的噪声信号是nR，满足方差为N0复高斯随机分布。在通信过程中,车辆A、B信号通过路基设备R时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于车联网的协作网络编码系统功率分配的方法，其特征在于，包括以下步骤：搭建移动车辆双向通信中继系统模型；根据所述中继系统模型，计算系统的中断概率；根据所述中断概率，确定所述中继系统中的通信过程各时刻的所有最小中断概率的最大值；根据所述所有最小中断概率的最大值，计算最佳功率分配因子；在移动车节点发送总功率一定的情况下，根据所述最佳功率分配因子计算移动车节点各自发送功率的最佳值；将所述最佳值转发给相应的移动车节点。

【技术特征摘要】
1.一种基于车联网的协作网络编码系统功率分配的方法，其特征在于，包括以下步骤：搭建移动车辆双向通信中继系统模型；根据所述中继系统模型，计算系统的中断概率；根据所述中断概率，确定所述中继系统中的通信过程各时刻的所有最小中断概率的最大值；根据所述所有最小中断概率的最大值，计算最佳功率分配因子；在移动车节点发送总功率一定的情况下，根据所述最佳功率分配因子计算移动车节点各自发送功率的最佳值；将所述最佳值转发给相应的移动车节点。2.根据权利要求1所述的一种基于车联网的协作网络编码系统功率分配的方法，其特征在于，所述搭建车辆双向通信中继系统模型，具体包括：在移动车辆双向通信中继系统模型设置3个节点A、B、P点，其中A和B为移动车节点，R为路基设备节点，路基设备节点R获取移动车节点A和B发送信号，移动车节点A和B获取路基设备节点R转发信号。3.根据权利要求1所述的一种基于车联网的协作网络编码系统功率分配的方法，其特征在于，所述根据中继系统模型，计算系统的中断概率具体包括以下步骤：获取移动车节点A发送的第一接收信噪比，所述接收信噪比为移动车节点A接收到的路基设备节点R发送的信号的信噪比；获取移动车节点B发送的第二接收信噪比，所述接收信噪比为移动车节点B接收到的路基设备节点R发送的信号的信噪比；根据中断概率与所述第一接收信噪比及所述第二接收信噪比的相关关系，计算系统中断概率。4.根据权利要求1所述的一种基于车联网的协作网络编码系统功率分配的方法，其特征在于，根据所述中断概率，确定所述中继系统的通信过程中各时刻的所有最小中断概率的最大值，具体包括：根据所述的中断概率，在设定信噪比大于特定值的条件下，分析距离、速度及通信时间与中断概率的关系；根据所述的中断概率与距离、速度及通信时间的关系，确定通信过程中各时刻的所有最小中断概率的最大值。5.根据权利要求1或权利要求4所述的一种基于车联网的协作网络编码系统功率分配的方法，其特征在于，所述计算最佳功率分配因子，具体包括：根据所述最小中断概率的最大值，采用穷举搜索的方法确定最佳功率分配因子。6.一种基于车联网的协作网络编码系统功率分配的系统，其特征在于，包括：模型搭建单元，用于搭建移动车辆双向通信中继系统模型；中断概率计算单元，用于根据所述中继系统模型，计算系统的中断概率...

【专利技术属性】
技术研发人员：季彦呈，李骏马，章国安，朱晓军，邱恭安，曹娟，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32