一種適用于車載短距離通信網(wǎng)絡的協(xié)作頻譜檢測方法與流程

本發(fā)明涉及一種適用于車載短距離通信網(wǎng)絡的協(xié)作頻譜檢測方法，屬于車載網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

認知無線電(cognitive radio,CR)通過感知外部環(huán)境，動態(tài)接入閑置頻譜，通過動態(tài)頻譜管理機制，利用頻譜空穴，實現(xiàn)主次用戶共享頻譜。

車載短距離通信(Vehicle to X：V2X)網(wǎng)絡是通過無線通信、GPS/GIS、傳感等短距離通信技術(shù)實現(xiàn)的車內(nèi)(CAN-Controller Area Network)、車路(Vehicle-2-RSU)、車間(Vehicle-2-Vehicle)、車外(vehicle-2-Infrastructure)、人車(Vehicle-2-Person)之間的通信。

V2X具有固定授權(quán)的頻段，但是帶寬較窄。V2X中的大量信息服務類擴展類業(yè)務，由于授權(quán)帶寬的限制，影響其業(yè)務種類的拓展和業(yè)務內(nèi)容的多樣性。

認知無線電技術(shù)可以有效拓展V2X的工作頻段，為擴展類業(yè)務提供高帶寬的信道，由于V2X以信息服務為主的擴展類對時延要求不嚴格，非常適合在認知信道中傳輸。

V2X中的認知系統(tǒng)是一種動態(tài)利用頻譜通信系統(tǒng)，CR用戶只能利用授權(quán)用戶未使用的頻譜資源，為確保不對授權(quán)用戶產(chǎn)生干擾，CR設(shè)備必須能夠快速發(fā)現(xiàn)授權(quán)用戶的出現(xiàn)，并在工作過程中實時監(jiān)測授權(quán)用戶的活動狀態(tài)。這就要求終端具有CR頻譜檢測能力，而且這種檢測能力必須快速而精確。但是車載節(jié)點由于成本和體積的限制，不能配備多個收發(fā)信機，這樣車載節(jié)點在工作在認知狀態(tài)時，同時實現(xiàn)檢測功能比較困難，這就限制了認知技術(shù)在車載節(jié)點的使用。

另外，頻譜檢測需要在一個寬頻段范圍內(nèi)進行多維度檢測，從而發(fā)現(xiàn)盡可能多的頻譜機會，并保證對授權(quán)用戶不產(chǎn)生有害干擾，這個需要在一個固定的地點，進行較長時間的頻譜檢測，由于車載節(jié)點處于快速移動中，也很難實現(xiàn)較寬頻段內(nèi)的多維檢測。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種適用于車載短距離通信網(wǎng)絡的協(xié)作頻譜檢測方法，包括四個部分。第一部分是路側(cè)節(jié)點認知頻譜數(shù)據(jù)參數(shù)廣播，路側(cè)節(jié)點獲得可用的頻點、帶寬和時間，將結(jié)果廣播，經(jīng)過的車載節(jié)點接收到保存到本地；第二部分是車載節(jié)點協(xié)作頻譜檢測，車載節(jié)點占用認知信道后，在授權(quán)信道通知覆蓋范圍內(nèi)的其他車載節(jié)點，其他車載節(jié)點利用收發(fā)信機空閑時間檢測干擾溫度；第三部分是頻譜協(xié)作檢測結(jié)果合并，協(xié)作檢測節(jié)點將結(jié)果在授權(quán)信道返回，使用認知信道的節(jié)點將結(jié)果采用“或”匯總；第四部分是車載節(jié)點功率控制或者頻率跳轉(zhuǎn)，使用認知信道的節(jié)點根據(jù)匯總后的結(jié)果，如果超過門限，則進行功率或者頻道調(diào)整，以規(guī)避主用戶。重復上述過程，可以實現(xiàn)路側(cè)節(jié)點、多個車載節(jié)點的聯(lián)合頻譜檢測。

本發(fā)明提供了一種適用于車載短距離通信網(wǎng)絡的協(xié)作頻譜檢測方法，其特征在于，該方法包括：

路側(cè)節(jié)點獲得可用的頻點、帶寬和時間，將結(jié)果廣播，經(jīng)過的車載節(jié)點接收到保存到本地；某車載節(jié)點占用認知信道后，在授權(quán)信道通知覆蓋范圍內(nèi)的其他車載節(jié)點，其他車載節(jié)點利用收發(fā)信機空閑時間檢測干擾溫度；協(xié)作檢測節(jié)點將結(jié)果在授權(quán)信道返回，使用認知信道的節(jié)點將結(jié)果采用“或”匯總，然后根據(jù)匯總后的結(jié)果判斷，如果超過門限，則進行功率或者頻道調(diào)整，以規(guī)避主用戶；

重復上述過程，實現(xiàn)路側(cè)節(jié)點、多個車載節(jié)點的聯(lián)合頻譜檢測。

優(yōu)選地，包括步驟S1、S2、S3、S4：

S1、路側(cè)節(jié)點認知頻譜數(shù)據(jù)參數(shù)廣播，其包括

S11、路側(cè)節(jié)點物理層認知頻率檢測；

S12、路側(cè)節(jié)點頻譜數(shù)據(jù)參數(shù)生成和廣播；

S2、車載節(jié)點協(xié)作頻譜檢測，其包括

S21、認知信道占用廣播；

S22、聯(lián)合檢測車載節(jié)點頻譜檢測；

S3、頻譜協(xié)作檢測結(jié)果合并，其包括

S31、協(xié)作檢測結(jié)果接收和存儲；

S32、協(xié)作檢測結(jié)果合并；

S4、車載節(jié)點功率控制或者頻率跳轉(zhuǎn)，其包括

S41、認知車載節(jié)點規(guī)避；

S42、認知信道占用消息更新。

優(yōu)選地，所述步驟S11和S12中，車載節(jié)點利用其位置固定，設(shè)備配置復雜的特點，進行認知信道的檢測后，將結(jié)果廣播給經(jīng)過的路側(cè)節(jié)點，從而實現(xiàn)路側(cè)節(jié)點和車載節(jié)點的聯(lián)合認知信道檢測。

優(yōu)選地，所述步驟S21中，車載節(jié)點使用認知信道后，將占用消息在授權(quán)信道廣播給覆蓋單位內(nèi)的其他節(jié)點，請求其他節(jié)點利用其收信機的空閑時間進行檢測。

優(yōu)選地，所述步驟S22中，車載節(jié)點接收到認知信道占用廣播消息后，如果其收信機有空閑，則通過獲取干擾溫度計算對主用戶的干擾程度，并將結(jié)果在授權(quán)信道返回。

優(yōu)選地，所述步驟S31中，使用認知信道的車載節(jié)點在授權(quán)信道收到所有協(xié)助節(jié)點返回的檢測結(jié)果后保存到本地。

優(yōu)選地，所述步驟S32中，使用認知信道的車載節(jié)點采用“或”的方法合并協(xié)作檢測節(jié)點返回的結(jié)果。

優(yōu)選地，所述步驟S41中，使用認知信道的車載節(jié)點根據(jù)匯總后的結(jié)果判斷是否干擾主用戶，如果干擾，采用調(diào)整功率或者更改信道的方式進行規(guī)避。

優(yōu)選地，所述步驟S42中，使用認知信道的車載節(jié)點根據(jù)匯總后的采取規(guī)避措施后，將新的信道占用消息廣播。

本發(fā)明利用V2X網(wǎng)絡中路側(cè)節(jié)點位置固定，設(shè)備復雜度不受限制的優(yōu)勢，對一個寬頻段范圍進行檢測，以克服車載節(jié)點不能在一個固定位置較長時間進行寬頻帶檢測的缺陷。為克服工作在認知狀態(tài)的車載節(jié)點收發(fā)信機無法同時進行認知檢測的問題，采用周圍其他車載節(jié)點協(xié)助的方式進行檢測，利用V2X的授權(quán)信道傳遞檢測結(jié)果，而且由于多個節(jié)點協(xié)作檢測，不僅提高檢測精度，而且加快檢測速度，從而克服了V2X網(wǎng)路中認知檢測面臨的若干問題。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的工作流程圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的城市道路場景示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的采用接收端頻譜檢測的策略對可利用的頻譜進行檢測的示意圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的路側(cè)節(jié)點頻譜數(shù)據(jù)廣播包格式示意圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的車載節(jié)點頻譜占用廣播消息包格式示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明提供了一種適用于車載短距離通信網(wǎng)絡的協(xié)作頻譜檢測方法，流程如圖1所示，包括四個部分：路側(cè)節(jié)點認知頻譜數(shù)據(jù)參數(shù)廣播、車載節(jié)點協(xié)作頻譜檢測、頻譜協(xié)作檢測結(jié)果合并、車載節(jié)點功率控制或者頻率跳轉(zhuǎn)。

為更加清楚對本實施例進行說明，選擇一種典型的城市道路場景，如圖2所示，路側(cè)節(jié)點(Road Side UnitRSU)安裝在道路交叉路口，位置固定，設(shè)備相對復雜，供電不受限制，由于天線部署位置較高，可以覆蓋較大的范圍。每個車輛安裝有車載節(jié)點(On Board Unit OBU)，車輛移動較快，某區(qū)域內(nèi)車輛相對位置一定時間內(nèi)保持穩(wěn)定，個別車輛相對位置變化較大。以下結(jié)合采用的典型場景，對本發(fā)明作進一步詳細的描述。

第一部分、路側(cè)節(jié)點認知頻譜數(shù)據(jù)參數(shù)廣播

1.1、路側(cè)節(jié)點物理層認知頻率檢測

路側(cè)節(jié)點采用接收端頻譜檢測的策略對可利用的頻譜進行檢測，方法如圖3所示，路側(cè)節(jié)點部署的頻譜檢測設(shè)備，可以在物理層實現(xiàn)快速精確的頻譜檢測，輸出時間和空間范圍內(nèi)的空閑頻譜。頻譜分析對頻譜檢測得到的信息進行處理，分析授權(quán)用戶的使用頻點和時間，從而獲得可用的頻點、可用帶寬和時間，將分析結(jié)果保存到頻譜數(shù)據(jù)庫。同時，頻譜分析的結(jié)果送頻譜估計學習，以降低下次檢測的周期，提高檢測效率；

1.2、路側(cè)節(jié)點頻譜數(shù)據(jù)參數(shù)生成和廣播

路側(cè)節(jié)點根據(jù)頻譜數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，生成頻譜數(shù)據(jù)參數(shù)，格式如圖4所示，其中：

Type：包類型，標識是路側(cè)節(jié)點頻譜數(shù)據(jù)廣播；

VIN：路側(cè)節(jié)點的唯一標識，區(qū)別不同路側(cè)節(jié)點；

GP：路側(cè)節(jié)點的地理位置，取自路側(cè)節(jié)點的GPS或者北斗設(shè)備；

FXML：采用XML描述的路側(cè)節(jié)點頻譜廣播數(shù)據(jù)，包括信道頻率，帶寬和工作時間。

1.3、車載節(jié)點頻譜數(shù)據(jù)接收和本地緩存

車載節(jié)點行駛到路側(cè)節(jié)點覆蓋范圍內(nèi)，接收到路側(cè)節(jié)點廣播的頻譜數(shù)據(jù)，保存到車載節(jié)點本地，形成本地頻譜緩存(Local spectrum cache LSC)。

第二部分、車載節(jié)點協(xié)作頻譜檢測

2.1、認知信道占用廣播

設(shè)車載節(jié)點A使用認知信道組信道C＝{ch₁,ch₂,...,ch_n}進行通信，則在授權(quán)信道中發(fā)送認知信道占用通知消息，格式如圖5所示，其中：

Type：包類型，標識是車載節(jié)點頻譜占用廣播消息；

VIN：車載節(jié)點的唯一標識，區(qū)別不同車載節(jié)點；

FXML：采用XML描述的車載節(jié)點頻譜占用廣播數(shù)據(jù)，包括信道頻率、信道編號、帶寬、工作模式和占用標識。

2.2、聯(lián)合檢測車載節(jié)點頻譜檢測

在車載節(jié)點A覆蓋范圍內(nèi)，設(shè)有車載節(jié)點J，其他收發(fā)信機有空閑時間點，J節(jié)點接收到車載節(jié)點A廣播的認知頻道占用消息后，利用其空閑時間對這些信道進行檢測，檢測采用干擾溫度模型，通過信干燥比SINR：

其中，N是同一個覆蓋范圍內(nèi)使用同樣認知信道的節(jié)點總數(shù)，P_A為節(jié)點A的發(fā)送功率，G_A為其信道增益，σ²為噪聲。為保證不干擾主用戶，其接收的總干擾功率應滿足式2：

其中，g_ik是認知工作節(jié)點A到檢測節(jié)點J的信道增益，B是玻爾茲曼常數(shù)，T_k是干擾溫度門限，由系統(tǒng)設(shè)定，是授權(quán)用戶接收端所能容許的最大干擾決定。

2.3、協(xié)作檢測結(jié)果廣播

車載節(jié)點A覆蓋單位內(nèi)的每個協(xié)作檢測節(jié)點按照系統(tǒng)設(shè)定的周期，在授權(quán)信道將檢測結(jié)果按照圖5的格式進行廣播，其中：

Type：包類型，標識是車載節(jié)點協(xié)作頻譜檢測結(jié)果；

VIN：車載節(jié)點的唯一標識，區(qū)別不同車載節(jié)點；

FXML：采用XML描述的車載節(jié)點頻譜協(xié)助檢測結(jié)果，包括信道編號，干擾溫度。

第三部分、頻譜協(xié)作檢測結(jié)果合并

3.1、協(xié)作檢測結(jié)果接收和存儲

設(shè)車載節(jié)點A周圍有M個協(xié)作車載節(jié)點，車載節(jié)點A周期性接收到M個協(xié)作檢測結(jié)果，保存到本地R＝{R₁,R₂,...,R_M}，其中，R_i取值0或1；

3.2、協(xié)作檢測結(jié)果合并

車載節(jié)點A采用“或”邏輯將結(jié)果進行合并，如(式3)所示

其中，R是合并后的結(jié)果，為0或者1，0表示沒有干擾，1表示有干擾。

采用“或”邏輯運算，其檢測結(jié)果概率如(式4)所示

其中，P_d,i是單個車載節(jié)點檢測結(jié)果概率，從(式4)可見，(式3)合并多車載節(jié)點協(xié)作結(jié)構(gòu)后，可以有效提高總的檢測結(jié)果概率，達到了預期的目的。

第四部分、車載節(jié)點功率控制或者頻率跳轉(zhuǎn)

4.1、認知車載節(jié)點規(guī)避

使用認知信道的車載節(jié)點A，通過(式3)獲得合并后的結(jié)果R＝1時，調(diào)整傳輸功率來避免對授權(quán)用戶產(chǎn)生干擾，如果降低頻率無法正常工作時，則需要跳轉(zhuǎn)到其他信道來規(guī)避對授權(quán)用戶的干擾；

4.2、認知信道占用消息更新

車載節(jié)點A根據(jù)步驟4.1的調(diào)整結(jié)果，產(chǎn)生新的認知信道占用消息，在授權(quán)信道進行廣播，然后協(xié)作檢測節(jié)點重新進行檢測，然后把結(jié)果再次發(fā)送給節(jié)點A，直到合并后的結(jié)果R＝0；

按照系統(tǒng)設(shè)置的周期，重復第一到第四部分的各個步驟，直到車載節(jié)點A釋放認知信道。

以上所述是本發(fā)明的較佳實施例及其所運用的技術(shù)原理，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，任何基于本發(fā)明技術(shù)方案基礎(chǔ)上的等效變換、簡單替換等顯而易見的改變，均屬于本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。