车联网中面向移动速度差异化的多种用户联合通信优化设计

发布时间：2021-01-16 12:16

　　随着5G移动通信系统市场化日益成熟,车联网作为其重要组成部分引起了众多关注。在高速移动环境中,面向不同移动速度的各类用户能够提供高速率、高可靠、低时延的移动通信是一个亟需解决的问题。本文研究在车联网中基站向车辆用户和静态用户提供联合通信的吞吐量最大化问题。利用不同移动速度用户的信道状态信息统计特征差异化的特点,设计一种基于分层调制技术的多用户复用传输方案。为了满足两类用户业务的服务质量要求和随机到达业务数据队列的稳定性,设计一种动态跨层资源管理策略,包括:接入控制策略、低复杂度的用户调度方案和设计的多用户复用传输方案。针对多用户调度策略,给出了两种多用户调度算法,分别是最优的穷举搜索算法和次优的启发式搜索算法。仿真结果可以证明低复杂度的启发式搜索算法几乎能够达到和穷举搜索算法相同的吞吐量。在满足每个用户业务的服务质量要求和业务数据队列稳定性的条件下,该跨层资源管理策略揭示了吞吐量和传输时延之间的权衡关系。 

【文章来源】：中国电子科学研究院学报. 2020,15(07)北大核心

【文章页数】：16 页

【部分图文】：

基站和车辆之间移动通信示意图

考虑车联网中信道随机变化和不同类型用户业务随机到达的特点，本文研究动态跨层资源管理问题，联合优化接入控制，用户调度和资源分配。为了清晰地描述动态跨层资源管理问题，首先设计一个跨层优化资源管理系统框架，如图2所示，然后针对每一层的系统模块展开具体的阐述。跨层资源管理需要联合考虑各层的动态特性和层间的交互行为，根据不同类型用户业务的QoS要求、多址接入(Multiple Access Control,MAC)层的队列状态信息和物理层的信道状态信息，实时动态的管理和分配有限的系统资源。例如:接入控制管理、用户调度管理、传输方案管理，其中接入控制管理负责系统中不同种类用户业务的准入，用户调度管理决定最优用户或用户组的选择，传输方案管理决定系统当前时隙的传输能力。跨层资源管理系统中核心模块是调度控制器。它的工作流程是:在t时隙开始的时候，调度控制器根据t-1时隙调度算法的计算结果，控制新到达的业务数据进入到MAC层中对应的业务队列的比特数量，这里假设每个用户只有一种业务并且具有单独的业务队列。调度控制器根据所有静态用户和车辆用户的业务队列状态信息、业务的QoS要求以及每个用户当前的CSI，选择一个用户或者两个不同类型的用户进行传输，并且给不同的用户分配最优的发射功率和从业务队列中离开的业务比特数量，从而保证整个系统中业务队列的稳定和吞吐量效用值最大化。

经过格雷码映射之后的分层4/16正交幅度调制(Quadrature Amplitude Modulation,QAM)的星座图如图3所示。星座图的第一层是由虚拟的4-QAM构成，也就是图中的4个灰色星座点。d1表示灰点之间的欧氏距离。星座图的第二层是由16-QAM构成，也就是图中的白色星座点。d2表示在第二层中相同象限内白色星座点之间的欧氏距离，它决定第二层分配的业务比特的误比特率。类似地，d3表示在第二层中相邻象限内白色星座点之间的欧氏距离，它决定第一层分配的业务比特的误比特率并且d3≥d2。这种分层调制技术可以扩展到更多层级的调制方案，从而为更多类型的用户提供同时传输的能力[10]。由于本小节是在一个时隙内讨论如何合理地分配不同用户的传输比特和发射功率，为了阅读的简洁，时隙索引t可以被暂时省略。根据文献[11]中的结论，分配给第二层比特的发射功率可以表示为

【参考文献】：
期刊论文
[1]车联网安全消息传输的安全性研究[J]. 左明慧,郑成增.  中国电子科学研究院学报. 2019(05)



本文编号：2980813