蜂窝车联网的下行半静态资源分配方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910950890.5 (22)申请日 2019.10.08 (71)申请人 苏州大学 地址 215168 江苏省苏州市吴中区石湖西 路188号 (72)发明人 胡剑凌王必成施若其曹洪龙 (74)专利代理机构 苏州市中南伟业知识产权代 理事务所(普通合伙) 32257 代理人 冯瑞 (51)Int.Cl. H04W 4/40(2018.01) H04W 72/04(2009.01) (54)发明名称 蜂窝车联网的下行半静态资源分配方法 (57)摘要 本发明公开了一种蜂窝车联。

2、网的下行半静 态资源分配方法。 本发明一种蜂窝车联网的下行 半静态资源分配方法， 包括： 集中式资源分配过 程中， 时频资源块设定为统一尺寸， 根据信道状 态信息为车载用户分配时频域、 空域以及功率域 资源， 使车载用户之间形成时频资源正交、 空分 复用或功率域复用； 其中， 满足空分复用或功率 域复用条件的车载用户簇， 以资源块数最少为准 则， 与时频资源块进行匹配。 本发明的有益效果： 本发明在资源块设置、 功率分配、 车载用户与资 源块匹配方面， 能够有效分析波束内干扰、 波束 间干扰造成的同伴效应， 从而在给定的系统带宽 下， 使用接近最短的时间可靠地完成所有蜂窝车 载用户业务传输， 。

3、即实现uRLLC场景的时延和可 靠性要求。 权利要求书2页 说明书6页 附图1页 CN 110677833 A 2020.01.10 CN 110677833 A 1.一种蜂窝车联网的下行半静态资源分配方法， 其特征在于， 包括： 集中式资源分配过程中， 时频资源块设定为统一尺寸， 根据信道状态信息为车载用户 分配时频域、 空域以及功率域资源， 使车载用户之间形成时频资源正交、 空分复用或功率域 复用； 其中， 满足空分复用或功率域复用条件的车载用户簇， 以资源块数最少为准则， 与时 频资源块进行匹配。 对各时隙的匹配结果， 以可靠性下界最优化为准则， 进行功率分配。 2.如权利要求1所述的蜂。

4、窝车联网的下行半静态资源分配方法， 其特征在于， 所述时频 资源块尺寸设定具体为： 资源分配前， 根据数据业务需求预设定统一尺寸； 资源分配分配过程中， 如果匹配双方， 即车载用户簇和时频资源块， 存在个体不理性， 则扩大资源块尺寸， 直至匹配双方所有个体均理性。 3.如权利要求1所述的蜂窝车联网的下行半静态资源分配方法， 其特征在于， 所述车载 用户形成空分复用或功率域复用簇具体为： 首先根据天线阵列特征生成个数满足预编码器量化位数约束的预编码矢量； 再将各车载用户分配至与其信道相关性最强的预编码矢量处， 若某预编码矢量无对应 的车载用户， 则将其删去； 然后， 被运用的预编码矢量组成预编码。

5、矩阵， 其中， 各预编码矢量对应一个波束， 各波 束下的车载用户满足空分复用条件； 最后， 各波束下的用户根据信道增益进一步分割为功率域复用簇， 利用功率域非正交 多址(NOMA)及最小均方差-串行干扰消除(MMSE-SIC)解码各自信号。 4.如权利要求1所述的蜂窝车联网的下行半静态资源分配方法， 其特征在于， 所述车载 用户簇与资源块的匹配基于偏爱关系， 具体为： 利用空域和功率域来尽可能多地复用车载用户， 直至当前资源块无法使更多车载用户 满足传输可靠性要求； 然后， 基于替代关系为当前资源块及已匹配资源块间的车载用户执行替代判断， 直至 上述两个资源块下车载用户的传输可靠性下界最优。 。

6、5.如权利要求4所述的蜂窝车联网的下行半静态资源分配方法， 其特征在于， 所述偏爱 关系具体为： 分别将各未调度的车载用户簇放入当前资源块， 并利用可靠性下界最优的功率分配算 法计算当前资源块的可靠性下界， 该数值即作为当前资源块对该车载用户簇的偏爱程度。 6.如权利要求4所述的蜂窝车联网的下行半静态资源分配方法， 其特征在于， 所述替代 关系及其计算方法为： 位于同一波束空间的不同车载用户簇在同一时频资源块内可以形成替代关系， 因为它 们彼此无法通过时频域、 功率域或空域区分； 将互为替代关系的车载用户簇分别放入当前 资源块， 并利用可靠性下界最优的功率分配算法计算当前资源块的可靠性下界， 。

7、该数值即 作为当前资源块内上述车载用户簇替代判决的依据。 7.如权利要求1或5或6所述的蜂窝车联网的下行半静态资源分配方法， 其特征在于， 所 述可靠性下界最优的功率分配算法具体为： S3.1可靠性下界最优问题表示为MAX-MIN传输可靠性问题， 其满足最大发射功率约束 权利要求书 1/2 页 2 CN 110677833 A 2 和发射功率非负约束； S3.2考虑到波束内干扰和波束间干扰， 传输可靠性关于发射功率非凸， 将MAX-MIN传输 可靠性问题转换为关于可靠性阈值的发射功率凸优化二分查找问题， 即可以复杂 度解决。 8.一种计算机设备， 包括存储器、 处理器及存储在存储器上并可在处理。

8、器上运行的计 算机程序， 其特征在于， 所述处理器执行所述程序时实现权利要求1到7任一项所述方法的 步骤。 9.一种计算机可读存储介质， 其上存储有计算机程序， 其特征在于， 该程序被处理器执 行时实现权利要求1到7任一项所述方法的步骤。 10.一种处理器， 其特征在于， 所述处理器用于运行程序， 其中， 所述程序运行时执行权 利要求1到7任一项所述的方法。 权利要求书 2/2 页 3 CN 110677833 A 3 蜂窝车联网的下行半静态资源分配方法 技术领域 0001 本发明涉及车联网中的资源分配技术领域， 具体涉及一种蜂窝车联网的下行半静 态资源分配方法。 背景技术 0002 实现车辆。

9、对外通信的两种主流技术分别是IEEE制定的专用短程通信(DSRC)和 3GPP制定的蜂窝车联网(C-V2X)。 其中， C-V2X由于工作距离远、 覆盖范围大、 带宽高、 传输速 率高而被更广泛地采用。 然而， C-V2X的传输时延难以满足超可靠低时延(uRLLC)场景需求， 典型的， 目前最主流的C-V2X技术LTE-V具有超过50ms的平均时延。 这意味着， 在高级驾 驶等毫秒级时延约束的应用领域， C-V2X仍然面临挑战。 0003 下行链路半静态资源分配采用集中式C-V2X， 例如LTE-V-Cell工作模式， 以基站为 资源控制中心， 不仅大带宽、 大覆盖易实现， 而且全局信道状态信。

10、息可获得。 然而， 现有的半 静态调度方法在充分利用信道状态信息提高传输可靠性与降低调度时延方面存在不足。 典 型的， LTE-V-Direct模式的局部信道状态信息易导致资源碰撞与重新调度， 造成时延不确 定性， 而LTE-V-Cell模式的自由度利用不足导致有限时频资源下上行/下行半静态调度周 期难以进一步缩短。 0004 传统技术存在以下技术问题： 0005 上述问题可以被进一步总结为， 如何在给定的系统带宽下， 使用尽可能短的时间 可靠地完成所有蜂窝车载用户业务传输的问题。 因此， 在资源块设置、 车载用户与资源块匹 配等方面， 下行半静态资源分配需要更有效地分析波束内干扰、 波束间干。

11、扰造成的同伴效 应。 发明内容 0006 为了解决上述技术问题， 本发明提供了本发明主要解决的技术问题是提供一种蜂 窝车联网的下行半静态资源分配方法， 能够在保证系统下行传输可靠性的基础上， 使蜂窝 车联网具有更短的下行半静态调度周期， 同时， 能够在下行半静态调度周期无法进一步缩 短的情况下， 使蜂窝车辆网具有更高的传输可靠性下界。 0007 为解决上述技术问题， 本发明采用的一个技术方案是： 0008 提供了一种集中式调度的下行半静态资源分配方法： 0009 S1集中式资源分配过程中， 时频资源块设定为统一尺寸， 根据信道状态信息为车 载用户分配时频域、 空域以及功率域资源， 使车载用户之。

12、间形成时频资源正交、 空分复用或 功率域复用； 其中， 满足空分复用或功率域复用条件的车载用户簇， 以资源块数最少为准 则， 与时频资源块进行匹配； 0010 S3对各时隙的匹配结果， 以可靠性下界最优化为准则， 进行功率分配。 0011 在其中一个实施例中， 根据业务需求和个体理性， 设定时频资源块尺寸， 包括： 0012 S1.1资源分配前， 根据数据业务需求预设定统一尺寸； 说明书 1/6 页 4 CN 110677833 A 4 0013 S1.2资源分配分配过程中， 如果匹配双方， 即车载用户簇和时频资源块， 存在个体 不理性， 则扩大资源块尺寸， 直至匹配双方所有个体均理性。 00。

13、14 在其中一个实施例中， 根据信道状态信息， 形成车载用户的空分复用或功率域复 用簇， 包括： 0015 S2.11首先根据天线阵列特征生成个数满足预编码器量化位数约束的预编码矢 量； 0016 S2.12再将各车载用户分配至与其信道相关性最强的预编码矢量处， 若某预编码 矢量无对应的车载用户， 则将其删去； 0017 S2.13然后， 被运用的预编码矢量组成预编码矩阵， 其中， 各预编码矢量对应一个 波束， 各波束下的车载用户满足空分复用条件； 0018 S2.14最后， 各波束下的用户根据信道增益进一步分割为功率域复用簇， 利用功率 域非正交多址(NOMA)及最小均方差-串行干扰消除(M。

14、MSE-SIC)解码各自信号。 0019 在其中一个实施例中， 基于匹配理论(Matching Theory)进行车载用户簇与时频 资源块匹配， 包括： 0020 S2.21利用空域和功率域来尽可能多地复用车载用户， 直至当前资源块无法使更 多车载用户满足传输可靠性要求； 0021 S2.22然后， 基于替代关系为当前资源块及已匹配资源块间的车载用户执行替代 判断， 直至上述两个资源块下车载用户的传输可靠性下界最优。 0022 优选地， 所述偏爱关系分别将各未调度的车载用户簇放入当前资源块， 并利用可 靠性下界最优的功率分配算法计算当前资源块的可靠性下界， 该数值即作为当前资源块对 该车载用户。

15、簇的偏爱程度。 0023 优选地， 所述替代关系产生于同一波束空间的不同车载用户簇在同一时频资源块 内， 其中用户彼此无法通过时频域、 功率域或空域区分； 将互为替代关系的车载用户簇分别 放入当前资源块， 并利用可靠性下界最优的功率分配算法计算当前资源块的可靠性下界， 该数值即作为当前资源块内上述车载用户簇替代判决的依据。 0024 在其中一个实施例中， 根据凸优化理论(Convex Optimization Theory)进行可靠 性下界最优的功率分配， 包括： 0025 S3.1可靠性下界最优问题表示为MAX-MIN传输可靠性问题， 其满足最大发射功率 约束和发射功率非负约束； 0026 。

16、S3.2考虑波束内干扰和波束间干扰， 传输可靠性关于发射功率非凸， 将MAX-MIN传 输可靠性问题转换为关于可靠性阈值的发射功率凸优化二分查找问题， 即可以复 杂度解决。 0027 一种计算机设备， 包括存储器、 处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的 计算机程序， 所述处理器执行所述程序时实现任一项所述方法的步骤。 0028 一种计算机可读存储介质， 其上存储有计算机程序， 该程序被处理器执行时实现 任一项所述方法的步骤。 0029 一种处理器， 所述处理器用于运行程序， 其中， 所述程序运行时执行任一项所述的 方法。 0030 本发明的有益效果： 说明书 2/6 页 5 CN 110。

17、677833 A 5 0031 本发明在资源块设置、 功率分配、 车载用户与资源块匹配方面， 能够有效分析波束 内干扰、 波束间干扰造成的同伴效应， 从而在给定的系统带宽下， 使用接近最短的时间可靠 地完成所有蜂窝车载用户业务传输， 即实现uRLLC场景的时延和可靠性要求。 附图说明 0032 图1是本发明蜂窝车联网的下行半静态资源分配方法的执行流程图。 0033 图2是本发明蜂窝车联网的下行半静态资源分配方法的较佳蜂窝车联网实例示意 图。 0034 图例中， 201为蜂窝网的资源控制单元， 202为模拟波束空间， 203为车载用户。 具体实施方式 0035 下面结合附图和具体实施例对本发明作。

18、进一步说明， 以使本领域的技术人员可以 更好地理解本发明并能予以实施， 但所举实施例不作为对本发明的限定。 0036 本发明提供一种蜂窝车联网的下行半静态资源分配方法， 能够在保证系统下行传 输可靠性的基础上， 使蜂窝车联网具有更短的下行半静态调度周期， 同时， 能够在下行半静 态调度周期无法进一步缩短的情况下， 使蜂窝车辆网具有更高的传输可靠性下界。 0037 上述下行半静态资源分配方法的流程图如图1所示， 包括如下的处理步骤： 0038 步骤101： 根据信道状态信息与模拟预编码矢量表， 进行波束划分和车载用户分 簇。 0039 步骤101的具体实施包括： 0040 步骤101-a： 根据。

19、归一化信道相关性数值为车载用户集U中的元素uU选择最优波 束， 即 0041 0042其中hu为车载用户u的信道矩阵，为第x个波束的模拟预编码矢量。 0043优选地，其中a()是与hu组成相一致的阵列转向矢量 (ASV)， 取决于天线阵列的布局， b0,1,.,2B-1为单位相移切换， B为模拟预编码器的 量化精度比特数。 0044 典型地， 均匀线性阵列(ULA)的ASV表示为 0045 0046 其中， fc， c， d和m0,1,.,MBS-1分别是载波中心频率、 光速、 天线间距以及天 线编号集。 0047 步骤101-b： 根据模拟预编码后的等效信道增益差异， 为各波束空间下的车载用。

20、户 进一步划分NOMA簇。 0048 优选地， 排序方法为 ,sort( ,descend ) ， 其中等效信道增益 说明书 3/6 页 6 CN 110677833 A 6 0049 若该波束空间包含奇数个车载用户， 则分簇方法为 0050 0051 0052 其中i1,2,.,(|g|-1)/2， 0053 0054 若该波束空间包含偶数个车载用户， 则分簇方法为 0055 0056 0057 其中i1,2,.,|g|/2。 0058 步骤101-c： 计算个车载用户的数字预编码矢量。 0059 迫零(Zero-forcing)的独立数字预编码计算方法为 0060 0061其中，和H分别为。

21、数字预编码矢量集和车载用户信道矩阵集， 对结果进行归一 化， 得第g个波束下第n个簇中的第i个车载用户的预编码为 0062 0063 一种下行半静态资源分配方法的较佳蜂窝车联网实例示意图如图2所示。 201为蜂 窝网络的资源控制单元， 可以为宏基站(Macro-BS)， 它收集全局信道状态信息， 并执行集中 式下行半静态资源分配。 202为上述步骤101-a中描述的预编码所构成的波束空间， 各波束 空间下的车载用户强相关， 即无法空分， 但可以通过步骤101-b功率域复用。 0064 步骤105实现车载用户与时频资源块的匹配， 包括步骤102至步骤104。 0065 步骤102： 根据簇共同偏。

22、好进行资源匹配。 0066 使用非联合的车载用户集Vv1,v2,.,vU和时频资源块集Ff1,f2,.,fK 定义上述匹配。 0067 优选地， 是一个从VF到另一个VF的映射， 满足三个条件： 0068 C102-a： (vi)Fvi, 0069C102-b: 0070C102-c： 0071 若某个VF中的元素j偏爱于自身， 即(j)j， 则该元素是个体不理性的。 若存 在个体不理性， 则调整资源块尺寸。 0072 同簇车载用户必然被同一资源块调度， 即同簇车载用户具有簇共同偏好， 它与车 载用户偏好一致。 上述偏好表示为 0073 说明书 4/6 页 7 CN 110677833 A 7。

23、 0074其中为各时频资源块的临时可靠性阈值， 由功率分配过程确定。 0075 步骤103： 以可靠性下界最优为目的， 执行替代判决。 0076 同簇车载用户作为一个单元被同一资源块调度， 即簇替代与车载用户替代关系一 致。 上述替代的判决依据为 0077 0078在其中一个实施例中， 若存在两个同波束的车载用户簇满足 其中 且则执行替代判 决的两个时频资源块(fk,(fk)和(find,(find)都会被更新。 0079 步骤104： 为各时频资源块服务的车载用户进行可靠性最优的功率分配。 0080 第k个时频资源块的可靠性最优的功率分配问题可以表示为 0081 0082 它满足约束 008。

24、3C104-a： 0084C104-b： 0085为该资源块下调度的车载用户集。 0086 优选地， 采用最小均方误差-连续干扰消除(MMSE-SIC)进行信号解码， 则解码误差 为 0087 0088其中Pt和分别为信道均衡系数、 下行最大发射功率和车载用户调度指示 符， 而包含波束间干扰、 波束内干扰和加性噪声， 即 0089 0090通过对关于求导， 得到最优的均衡系数为 0091 0092 此时， MSE为 0093 0094 优选地， 传输可靠性可以表示为 0095 说明书 5/6 页 8 CN 110677833 A 8 0096 其中 是逻辑函数斜率参数， 而 th是所需的可靠性。

25、阈值。 0097根据上述分析， 得从而将各车载用户的传输可靠性表示为 0098 0099针对该问题的非凸性， 即目标函数的非凸性， 将 所述可靠性下界最优化功率分配问题转化为一系列基于二分查找来解决的、 具有可变可靠 性阈值约束的功率之和最小化功率的分配问题。 0100 根据上述分析， 传输可靠性在波束内、 波束间干扰下仍具有线性的约束条件， 即 0101C104-c： 0102 于是， 等效优化问题为 0103 0104 上述问题的约束条件为C104-a和C104-c。 通过设定可靠性阈值的边界来进行二分 查找， 可以在多项式时间的复杂度内找到可靠性下界最优的功率分配解。 0105 以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例， 本发明的保护范 围不限于此。 本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换， 均在本发明 的保护范围之内。 本发明的保护范围以权利要求书为准。 说明书 6/6 页 9 CN 110677833 A 9 图1 图2 说明书附图 1/1 页 10 CN 110677833 A 10 。