[发明专利]一种车辆编队模式下基于NOMA的分布式资源分配方法

说明书

本发明公开了一种车辆编队模式下基于NOMA的分布式资源分配方法，属于无线通信领域。本发明提出的方法首先将该资源分配问题解耦为功率分配和子信道分配两部分，然后分别提出基于车队行驶状态的功率分配方案和基于分布式多智能体强化学习(RL，reinforcement learning)的频谱分配方案进行求解。在功率分配部分，通过与固定功率分配方案进行对比，本发明提出的考虑安全距离的功率分配方案能够为不同车道上的车辆编队提供更加公平的通信性能；在频谱分配部分，本发明提出的方案可以充分利用强化学习强大的自主学习能力，通过在多智能体Q‑learning中考虑基于队列位置的邻域迭代顺序来获得较快的收敛速度。本发明在保证V2I通信的前提下，通过利用基于NOMA的分布式资源分配，实现了最大化V2mV链路总吞吐量，提高了系统的通信性能。

技术领域

本发明属于无线通信领域，涉及非正交多址(NOMA，Non-Orthogonal MultipleAccess)通信系统，具体涉及车联网中车辆编队模式下的一种分布式资源分配的方法。

背景技术

随着自动驾驶时代的来临，汽车的驾驶模式将发生很大的变化，为了减少行驶成本、环境污染和交通事故，车辆编队出行模式将成为自动驾驶时代重要的驾驶模式之一^[1]。在每个编队中，车辆之间需要共享周围的交通和路况信息，以及丰富的娱乐应用信息等。具体而言，车队中资源丰富的车辆将通过信息共享的方式与其他车辆进行通信，从而维持整个车队的稳定的行驶模式和驾乘人员高质量的行车体验。然而，上述过程为车与多车(V2mV，vehicle to multi-vehicle)通信，将不能通过传统的车与车(V2V，vehicle tovehicle)通信进行实现。面对日益严重的频谱资源短缺问题，为了满足车辆队列中的V2mV通信需求，本发明在车联网中引入NOMA技术，其主要通过功率域^[2]或码域^[3]复用技术，允许用户非正交地接入同一信道，并由接收端利用串行干扰消除(SIC，successiveinterference cancelation)技术解调接收信号。因此，NOMA可以在减少对大量频谱资源依赖的情况下，很大程度上提高系统吞吐量，满足车辆编队场景中大规模的通信连接需求。

目前车联网中基于NOMA的资源分配研究才刚刚开始发展，当前NOMA的频谱资源研究主要是集中式方案，涉及到分布式的资源分配方案较少。Boya Di^[4]提出了一种基于匹配理论的频谱资源分配算法以支持基于NOMA的车与万物(V2X，vehicle to everything)通信。Yiyi Xu^[5]通过在车联网中进行分类和分组，提出了一种基于NOMA的集中式频谱分配方案。Chen Chen^[6]利用干扰超图和图着色理论对基于NOMA的资源分配问题进行了研究。目前虽然对集中式方案进行了较多研究，但由于集中式方案存在信道状态信息(CSI，channelstate information)不完整、通信请求与响应延迟等缺点，集中式方案不能满足车载通信高可靠低时延的需求。因此，需要一种分布式方案来实现基于NOMA的资源分配。

[1]Z.Huang,D.Chu,C.Wu,and Y.He,《利用混合自动机的自动驾驶编队路径规划与协同控制》.IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems,vol.20,no.3,pp.959–974,2018.

[2]Y.Saito,Y.Kishiyama,A.Benjebbour,T.Nakamura,A.Li,and K.Higuchi,《非正交多址(NOMA)用于蜂窝网络的无线接入》.In 2013IEEE 77th vehicular technologyconference(VTC Spring),pp.1–5,IEEE,2013.