[发明专利]具有频谱分配功能的认知车载通信方法和系统

说明书

本发明公开一种具有频谱分配功能的认知车载通信方法和系统，包括设置在车辆上的车载认知用户和设置在路边的路边单元；其中路边单元中包含有频谱分配模块；每个车载认知用户包括认知中心处理器、认知通信机、基站通信机、基站中心处理器、控制中心、射频前端、基带处理模块和车载单元；本发明利用基于混合模拟退火的布谷鸟搜索算法对可用频段进行分配，不仅能够有效的解决布谷鸟算法在搜索过程中容易陷入局部最优的问题，而且相比于基于GA算法的频谱分配本发明所用方法还能有效的提升网络吞吐量，达到较好的效果。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种具有频谱分配功能的认知车载通信方法和系统。

背景技术

当前，伴随着汽车数量的与日俱增，可供汽车之间进行通信的频谱资源供需矛盾日益突出。于是，将认知无线电与车载通信结合起来，具有很重要的研究价值。认知用户可以对授权但未被使用的频带加以利用，从而缓解车载网络中频谱资源匮乏的问题。而作为车载认知无线电核心技术之一的频谱分配，则是在符合特定的分配规则下，将未被充分利用的授权频段进行合理有效的分配，以供认知用户使用。

频谱分配模型是建立在相应的干扰和约束条件之上的。现在常见的算法模型主要有：图论着色、博弈论、拍卖竞价等。在这些模型中，利用一个冲突图来对频谱分配问题进行表示，并且依照不同的目标函数和规则将空闲频段分配给认知用户使用的图论着色模型则是一种理论较为成熟的算法。研究人员已经证实了频谱分配问题是一个NP难问题，而对这个难题进行有效的求解方法则是利用智能算法。目前主要利用遗传算法、人工蜂群算法等来对基于图论着色模型的频谱分配问题进行求解。而这些算法中最为经典的就是利用遗传算法(genetic algorithm，GA)对空闲频段进行分配，但该算法有一个缺点：搜索精度不高，这个缺点会降低频谱利用率。

发明内容

本发明旨在将感知到的空闲频段进行合理的分配，提供一种具有频谱分配功能的认知车载通信方法和系统，以期有效的提高频谱的利用率。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

具有频谱分配功能的认知车载通信方法，包括步骤如下：

步骤1、发起通信的车载认知用户把通信请求发至路边单元；

步骤2、路边单元对DSRC频段的使用情况进行判断：如果判断出DSRC存在空闲频段，则把结果告知通信双方车载认知用户，通信双方车载认知用户直接利用DSRC频段发起通信；若DSRC频段没有空闲，此时需要进行频谱感知，路边单元将频谱感知命令发送给附近的所有车载认知用户；

步骤3、接收到路边单元发出频谱感知命令的车载认知用户，启动认知功能对DVB-T授权频段进行准确的感知，并把感知结果即频谱使用情况发送给路边单元；

步骤4、路边单元根据车载认知用户返回的感知结果判决DVB-T授权频段的各个子频段是否可用，并采用基于模拟退火的布谷鸟搜索算法对可用的子频段即空闲频谱进行分配。

步骤4中所述采用基于模拟退火的布谷鸟搜索算法对可用的子频段即空闲频谱进行分配的具体步骤如下：

步骤4.1、将待通信车载认知用户数目设为种群的数目Q、可用的子频段的个数设为搜索空间维数D、设定莱维飞行的步长因子α，设定最大迭代次数N_iter和设定发现概率Pa；

步骤4.2、随机生成Q个鸟巢，并将鸟巢的位置向量进行映射得到分配矩阵；

步骤4.3、计算各个鸟巢的适应度值，并保留适应度值最大的鸟巢作为最优鸟巢；

步骤4.4、基于设定的步长因子α对鸟巢位置进行莱维飞行迭代，更新鸟巢位置；计算更新后的各个鸟巢的适应度值，并与更新前的鸟巢进行比较，留下两者中适应度值最大的鸟巢；