[发明专利]一种基于LTE车联网的中继选择方法

权利要求书

1.一种基于LTE车联网的中继选择方法，其特征在于：

建立D2D通信中继模型，然后进行基于位置分区的中继选择方法，该方法包括以下步骤：

(1)、对系统参数进行初始化，获取所有蜂窝用户和空闲用户的速度和位置信息，初始化蜂窝用户集合M，空闲用户N总数量为n，i＝0，in＝0，max＝0，min＝PI；

(2)、判断i＝n是否为真，如果为假，进行第(3)步，如果为真，进行第(7)步；

(3)、判断：是否都成立，如果成立将节点Ri加入集合B中，进行步骤(4)，如果不成立，直接进行步骤(6)；

式中β为P_D与P_C的比值，P_D为蜂窝用户D的发射功率，P_C为蜂窝用户C的发射功率，d_SRi为节点S到节点Ri的距离，d_CR为节点C到基站和基站到节点Ri的距离，d_RiD为节点Ri到节点D的距离，γ_D为蜂窝用户D信干燥比，γ_C为蜂窝用户C信干燥比，δ_D为蜂窝用户D中断概率门限值，δ为中断概率门限值，r为蜂窝用户半径，

(4)、把两段链路中距离较远的那段距离大小称之为有效距离，并记为d_Ri，用式子表示为d_Ri＝max(d_SRi,d_RiD)，判断min＞d_Ri是否为真，如果为假，进行第(6)步，如果为真，进行第(5)步；

(5)、min＝d_Ri，in＝i，进行第(6)步；

(6)、i＝i+1，进行第(2)步；

(7)、将i设置为0，计算d_A＝d_in+a，将in值设为0；d_A为最短有效距离，a为补偿距离，d_in为备选最优中继节点与发射节点的有效距离；

(8)、判断i＝n是否为真，如为真，跳转第(15)步，如果为假，进行第(9)步；

(9)、判断d_Ri＜d_A是否为真，如果为真，进行第(10)步，如果不为真，进行第(14)步；

(10)、分别计算两段通信链路对基站的干扰值I_SB与I_RiB,进行第(11)步，其中c为常量系数，α为路径损耗系数，d_SB与d_RiB分别为发送端与中继节点到基站的距离值，P_SB与P_RiB分别为发送端与中继节点的发射功率，而h_SB与h_RiB分别为发送端与中继节点到基站的小尺度衰落；

(11)、判断：I_SB＜I_T，I_RiB＜I_T，其中I_T为基站干扰门限，如果为真，进行第(12)步，如果为假，进行第(14)步；

(12)、计算判断max＜γ_Ri，如果为真，进行第(13)步，如果不为真，跳至第(14)步；式中：γ_Ri为节点Ri信干燥比，P_s、P_Cm、P_Ri分别为节点S、节点m、节点Ri的发射功率，h_SRi、h_CmRi、h_RiD、h_CmD分别为节点S到节点Ri、节点m到节点Ri、节点Ri到节点D、节点m到节点D的小尺度衰落，N₀为高斯白噪声功率大小，d_CmRi为蜂窝用户m到中继节点R_i的距离，d_CmD为蜂窝用户m到目的节点D的距离；

(13)、in＝i，max＝γ_Ri，进行第(14)步；

(14)、i＝i+1，进行第(8)步；

(15)、判断max＝0，如果成立，将i设为0，in设为0，进行第(16)步，如果不成立，i即为选择的中继，结束；

(16)、按照集合A中寻找最优中继的方法在集合B中寻找最优中继。

2.根据权利要求1所述的基于LTE车联网的中继选择方法，其特征在于，所述建立D2D通信中继模型包括以下步骤：

1)、假设D2D用户通过对蜂窝用户的上行链路资源进行复用通信，假设信道模型仅考虑路径损耗与小尺度衰落的影响，则信道增益可用如下式子表示：

其中，h_C、h_D、h_DC、h_CD分别为蜂窝用户到基站、D2D用户之间、D2D用户到基站、蜂窝用户到D2D用户的小尺度衰落；PL_C、PL_D、PL_DC、PL_CD为蜂窝用户到基站、D2D用户之间、D2D用户到基站，蜂窝用户到D2D用户的路径损耗；g_C、g_D、g_DC、g_CD分别为蜂窝用户到基站、D2D用户之间、D2D用户到基站，蜂窝用户到D2D用户的信道增益；

2)、D2D中继协助通信分为两段链路，假设该两段通信链路都将对蜂窝用户m的上行资源进行复用，则可以得到节点Ri所接收到的信号为：

而目的节点D所接收到的信号为：

式中，x_s、x_Ri、x_Cm1、x_Cm2分别为节点S、节点Ri、节点m第一阶段、节点m第二阶段的发射信号；d_SRi、d_CmRi、d_RiD、d_CmD分别为节点S到节点Ri、节点m到节点Ri、节点Ri到节点D，节点m到节点D的距离；h_SRi、h_CmRi、h_RiD、h_CmD分别为节点S到节点Ri、节点m到节点Ri、节点Ri到节点D、节点m到节点D的小尺度衰落；P_s、P_Cm、P_Ri分别为节点S、节点m、节点Ri的发射功率，n₀为噪声信号；

3)而在该D2D中继协助通信的过程中，基站在第一阶段与第二阶段所获取的信号分别为：

式中，d_Cm、d_SCm、d_RiCm分别为蜂窝用户到基站、源节点S到基站、节点Ri到基站的距离；h_Cm、h_SCm、h_RiCm分别为蜂窝用户到基站、源节点S到基站、节点Ri到基站的小尺度衰落；

4)根据步骤3)接收端信号，可以得到D2D第一跳通信和第二跳通信链路的信干噪比分别为：

进而由香农公式可以得到，第一跳链路与第二跳链路的信道容量分别为：

其中，B为所占用资源块的频带宽度，N₀为高斯白噪声功率大小；

则对于整个D2D通信链路而言，它的信道容量为：

C_rel＝min(C_SRi,C_RiD)；

5)若以信干噪比最大或者信道容量最大为中继选择目标，那么整个系统的优化目标函数可用如下式子示出：

其中，a_CmRi为复用系数，若其值为1，则意味着节点Ri与蜂窝用户Cm复用相同的通信资源；若其值为0，则意味着它们之间的通信资源正交，不会存在同频干扰；

6)为了保证D2D通信的可靠性，将引入中断概率来对车联网中通信的可靠性进行描述，可以得到蜂窝用户与D2D用户所对应的中断概率计算公式为：

其中，δ为中断概率门限值，β为P_D与P_C的比值，d为所对应的距离值，Pr_C为蜂窝用户i中断概率，d_Ci为D2D用户j的中断概率，d_DjCi为D2D用户j到蜂窝用户i的距离，d_Dj为基站到D2D用户j的距离，d_CiDj为蜂窝用户i到D2D用户j的距离；Pr_D为D2D用户j的中断概率。