基于ieee802.16協(xié)議的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)及通信方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及基于IEEE802.16協(xié)議的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括車載終端，信道模塊，所述車載終端包括車載發(fā)射終端、車載接收終端以及車載中繼終端，所述車載發(fā)射終端具有不同的幀結(jié)構(gòu)的多個(gè)OFDM傳輸子系統(tǒng)，所述信道模塊具有AWGN信道或者頻率選擇性衰落信道，所述車載接收終端對應(yīng)于車載發(fā)射終端的OFDM接收子系統(tǒng)，所述車載中繼終端為車載發(fā)射終端與車載接收終端的中間處理過程子系統(tǒng)。該系統(tǒng)能進(jìn)一步驗(yàn)證算法在網(wǎng)絡(luò)下的通信性能，完善車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)情況下物理層技術(shù)，進(jìn)一步提高了網(wǎng)絡(luò)性能的可靠性。
【專利說明】基于IEEE802.16協(xié)議的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)及通信方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線通信系統(tǒng)領(lǐng)域，特別是基于IEEE802.16協(xié)議的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)及通/[目方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在WiMAX(WorldwideInteroperability for Microwave Access微波存取全球互通)網(wǎng)絡(luò)中有一種無中心節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，稱為Mesh網(wǎng)絡(luò)，即WMN (Wireless Mesh Network無線網(wǎng)格網(wǎng))。Mesh網(wǎng)絡(luò)正是因?yàn)槠錈o中心、自組織等特點(diǎn)日漸興盛起來，逐漸應(yīng)用于樓宇辦公、臨時(shí)會(huì)議、應(yīng)急通信、車聯(lián)網(wǎng)等情況。其物理層技術(shù)采用信道編碼、可選數(shù)據(jù)調(diào)制方案、以及正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 0FDM)技術(shù)
[0003]移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)以及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)方面的研究已有很多，對于智能交通系統(tǒng)的研究始于上個(gè)世紀(jì)末，并已取得了很多實(shí)際的應(yīng)用性成果，但對于車載網(wǎng)絡(luò)的研究還處在起步階段。車聯(lián)網(wǎng)以移動(dòng)中的車輛及交通設(shè)施為節(jié)點(diǎn)，利用無線通訊技術(shù)，來形成行動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。加入這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的車輛，會(huì)成為一個(gè)無線節(jié)點(diǎn)，或是無線路由。在一定范圍內(nèi)的汽車，彼此連結(jié)，形成一個(gè)大范圍的網(wǎng)絡(luò)。車輛可以加入或離開，建立起新的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)。
[0004]IEEE802.16協(xié)議的物理層既可以支持單載波又可以支持多載波，支持多載波即支持OFDM技術(shù)?；趩屋d波的物理層規(guī)范又分為WirelessMAN-SC和WirelessMAN-SCa兩種。WirelessMAN-SC的操作頻段為10?66GHz，且為視距(LOS)操作；而WirelessMAN-SCa的操作頻段低于11GHz，為非視距(NLOS)操作?；诙噍d波的物理層規(guī)范則分為WirelessMAN-OFDM和WirelessMAN-OFDMA，兩種規(guī)范均基于OFDM多載波技術(shù)，操作頻段均低于I IGHz。
[0005]隨著寬帶無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展和廣泛應(yīng)用，寬帶無線自組網(wǎng)絡(luò)對于車聯(lián)網(wǎng)的通信具有重要意義。寬帶無線自組網(wǎng)構(gòu)成的車聯(lián)網(wǎng)，主要是指裝載在車輛上的無線設(shè)備，實(shí)現(xiàn)寬帶自組織網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，具有可擴(kuò)展規(guī)模、高容錯(cuò)性、自組織、易架設(shè)、突發(fā)情況下能夠快速組網(wǎng)等諸多優(yōu)勢，必將給車聯(lián)網(wǎng)無線通信帶來重大變革。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明搭建基于IEEE802.16協(xié)議，在TDD模式下車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的Mesh網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湮锢韺酉到y(tǒng)構(gòu)架，針對實(shí)時(shí)性的視音頻業(yè)務(wù)以及非實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，多個(gè)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)通信，節(jié)點(diǎn)間通信可以通過單跳的方式，也可以通過多跳的方式。另外，設(shè)計(jì)適應(yīng)于寬帶自組織車聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)的幀格式。不同的業(yè)務(wù)需求及不同的協(xié)議傳輸有不同的幀格式，協(xié)議里并沒有進(jìn)行完整的定制，這也是本發(fā)明所完成的重要內(nèi)容之一。
[0007]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0008]基于IEEE802.16協(xié)議的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)包括車載終端，信道模塊，所述車載終端包括車載發(fā)射終端、車載接收終端以及車載中繼終端，所述車載發(fā)射終端具有不同的幀結(jié)構(gòu)的多個(gè)OFDM傳輸子系統(tǒng)，所述信道模塊具有AWGN信道或者頻率選擇性衰落信道，所述車載接收終端對應(yīng)于車載發(fā)射終端的OFDM接收子系統(tǒng)，所述車載中繼終端為車載發(fā)射終端與車載接收終端的中間處理過程子系統(tǒng)；
[0009]所述車載發(fā)射終端與車載接收終端通過直接通信方式，或車載中繼終端通信，車載中繼終端僅為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)方式，或車載中繼終端通信同時(shí)車載中繼終端發(fā)送自己信息方式向車載接收終端發(fā)送數(shù)據(jù)；
[0010]車載接收終端接收數(shù)據(jù)后，判斷接收的數(shù)據(jù)，如果是采用終端間直接通信，車載接收終端直接進(jìn)行OFDM解調(diào)、均衡、QPSK解調(diào)、信道解碼；
[0011]如果是通過車載中繼終端通信車載中繼終端僅為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，若有中繼分集，則對接收數(shù)據(jù)進(jìn)行等增益合并處理然后進(jìn)行OFDM解調(diào)、均衡、QPSK解調(diào)、信道解碼；若無分集，則直接進(jìn)行OFDM解調(diào)、均衡、QPSK解調(diào)、信道解碼；
[0012]如果是通過車載中繼終端通信同時(shí)車載中繼終端發(fā)送自己信息，接收端則通過控制信息提取信息，然后分別進(jìn)行后續(xù)處理。
[0013]所述系統(tǒng)車載發(fā)射終端由信源輸出數(shù)據(jù)，輸出數(shù)據(jù)經(jīng)過信道編碼、QPSK調(diào)制、OFDM調(diào)制形成待發(fā)射的突發(fā)信號(hào)。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0015]本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)了自組織網(wǎng)絡(luò)中基于物理層技術(shù)對上層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的技術(shù)支持，針對不同的業(yè)務(wù)量及通信場景(用戶到用戶直接通信或用戶通過多跳方式)，進(jìn)行組網(wǎng)通信。本發(fā)明系統(tǒng)能進(jìn)一步驗(yàn)證算法在網(wǎng)絡(luò)下的通信性能，完善車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)情況下物理層技術(shù)，進(jìn)一步提高了網(wǎng)絡(luò)性能的可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖；
[0017]圖2-4是本發(fā)明框架的Mesh三種幀結(jié)構(gòu)圖；
[0018]圖5是本發(fā)明不同業(yè)務(wù)量下的仿真模型；
[0019]圖6是本發(fā)明車載發(fā)射終端與車載接收終端直接通信物理層仿真模型；
[0020]圖7是車載發(fā)射終端通過中繼終端與車載接收終端無分集通信物理層仿真模型，車載中繼終端僅有中繼轉(zhuǎn)發(fā)功能；
[0021]圖8是車載發(fā)射終端通過中繼終端與車載接收終端有分集通信物理層仿真模型，車載中繼終端僅有中繼轉(zhuǎn)發(fā)功能；
[0022]圖9是車載發(fā)射終端通過中繼終端與車載接收終端通信物理層仿真模型，車載中繼終端同時(shí)發(fā)送自己信息。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1是本發(fā)明系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖。該系統(tǒng)包括如下幾部分。
[0024].車載發(fā)射終端:具有不同的巾貞結(jié)構(gòu)的多個(gè)OFDM傳輸子系統(tǒng)；
[0025].信道模塊:AWGN信道或者頻率選擇性衰落信道；
[0026].車載接收終端:對應(yīng)于發(fā)射端的OFDM接收子系統(tǒng)；
[0027].車載中繼終端:發(fā)射端與接收端的中間處理過程子系統(tǒng)。[0028]上述各個(gè)模塊以“車載發(fā)射終端一〉信道一〉車載接收終端”，或“車載發(fā)射終端一>信道一〉車載中繼終端一〉車載接收終端”的方式實(shí)現(xiàn)通信，數(shù)據(jù)流向具體介紹如下。
[0029]車載發(fā)射終端由信源輸出數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)格式為每幀384bit、768bit、1920bit)，輸出數(shù)據(jù)經(jīng)過信道編碼、QPSK調(diào)制、OFDM調(diào)制形成待發(fā)射的突發(fā)信號(hào)。信源產(chǎn)生的不同數(shù)據(jù)量對應(yīng)不同的業(yè)務(wù)量及巾貞結(jié)構(gòu)。
[0030]車載發(fā)射終端的數(shù)據(jù)到達(dá)接收端的方式即組網(wǎng)方式主要有三種:車載發(fā)射終端-車載接收終端之間直接通信，車載發(fā)射終端-車載接收終端通過車載中繼終端通信車載中繼終端僅為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，車載發(fā)射終端-車載接收終端通過車載中繼終端通信同時(shí)車載中繼終端發(fā)送自己信息。第三種方式中的數(shù)據(jù)合并方式為時(shí)分多址。
[0031]車載接收終端接收數(shù)據(jù)后，首先判斷接收的數(shù)據(jù)是采用何種方式通信(主要是由控制信息來指示)，確定通信方式之后將數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)處理。
[0032]如果是終端之間直接通信，車載接收終端進(jìn)行OFDM解調(diào)、均衡、QPSK解調(diào)、信道解碼。
[0033]如果是源-目的節(jié)點(diǎn)之間通過中繼節(jié)點(diǎn)通信中繼節(jié)點(diǎn)僅為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，若有中繼分集，則對接收數(shù)據(jù)進(jìn)行等增益合并處理然后進(jìn)行OFDM解調(diào)、均衡、QPSK解調(diào)、信道解碼；若無分集，則直接進(jìn)行OFDM解調(diào)、均衡、QPSK解調(diào)、信道解碼。
[0034]如果是車載發(fā)射終端-車載接收終端通過中繼節(jié)點(diǎn)通信同時(shí)中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送自己信息，接收端通過控制信息提取信息，然后分別進(jìn)行后續(xù)處理。
[0035]本發(fā)明提出的基于IEEE802.16協(xié)議在Mesh模式下物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對應(yīng)于不同業(yè)務(wù)量下的幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
[0036]根據(jù)協(xié)議提出的對于數(shù)據(jù)突發(fā)與控制突發(fā)的幀結(jié)構(gòu)，結(jié)合實(shí)際通信現(xiàn)對不同業(yè)務(wù)量下的幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。對于實(shí)時(shí)性傳輸?shù)囊纛l、視頻業(yè)務(wù)，一般傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較小，但要求較高的實(shí)時(shí)性即較小的時(shí)延，同時(shí)要求較低的誤碼，這對于幀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)一般設(shè)計(jì)為較短的突發(fā)，即每一時(shí)隙傳輸數(shù)據(jù)量較小，需要增加多余的開銷冗余保護(hù)。對于非實(shí)時(shí)性傳輸?shù)臄?shù)據(jù)業(yè)務(wù)，其對實(shí)時(shí)性要求較小，但一般具有較大的數(shù)據(jù)量，需要較高的傳輸效率，這對于幀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)一般設(shè)計(jì)為較長的突發(fā)，提高傳輸速率以及傳輸效率。
[0037]對于數(shù)據(jù)突發(fā)，IEEE802.16協(xié)議中每一個(gè)物理時(shí)隙規(guī)定為7個(gè)OFDM符號(hào)，在TDD模式下，每一個(gè)物理時(shí)隙需要有1-2個(gè)前導(dǎo)符號(hào)，以及保護(hù)符號(hào)。針對不同的控制信息，對應(yīng)的控制突發(fā)可傳輸最大數(shù)據(jù)量不超過960bit，為保證系統(tǒng)質(zhì)量，設(shè)計(jì)2個(gè)前導(dǎo)符號(hào)和至少一個(gè)保護(hù)符號(hào)，這樣最大數(shù)據(jù)傳輸量不超過768bit。設(shè)計(jì)三種結(jié)構(gòu):①數(shù)據(jù)量為192bit整數(shù)倍，含有I個(gè)保護(hù)符號(hào)；②數(shù)據(jù)量為任意小于768bit數(shù)據(jù)，含有I個(gè)保護(hù)符號(hào)；③數(shù)據(jù)信息為192bit整數(shù)倍，含有2-3個(gè)保護(hù)符號(hào)。
[0038]對于控制突發(fā)，IEEE802.16協(xié)議中沒有做具體規(guī)定，但考慮每一時(shí)隙傳輸較多數(shù)據(jù)符號(hào)時(shí)，由于信道時(shí)變特性會(huì)影響系統(tǒng)性能，并且數(shù)據(jù)時(shí)隙的分配影響系統(tǒng)的傳輸速率，因此數(shù)據(jù)突發(fā)每一時(shí)隙傳輸有效數(shù)據(jù)量不能太大，也不能太小，可根據(jù)具體場景對業(yè)務(wù)量的需求設(shè)定其對應(yīng)數(shù)據(jù)突發(fā)結(jié)構(gòu)，本發(fā)明中主要考慮768bit及1920bit兩種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量，幀結(jié)構(gòu)中均含有2個(gè)前導(dǎo)符號(hào)及I個(gè)保護(hù)符號(hào)。具體幀結(jié)構(gòu)如說明圖2-4所示。
[0039]另外，業(yè)務(wù)對于實(shí)時(shí)性的要求也對網(wǎng)絡(luò)模型提出要求。實(shí)時(shí)性較高的業(yè)務(wù)需要較小的時(shí)延，根據(jù)傳輸距離，盡可能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)通信，當(dāng)傳輸距離較遠(yuǎn)時(shí)，多跳傳輸?shù)奶鴶?shù)也是考慮因素。對于非實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)，需要較高的傳輸效率，那么具有分集增益的協(xié)作中繼系統(tǒng)具有較高的傳輸效率。其中涉及的MAC層調(diào)度算法非本專利發(fā)明所涉及內(nèi)容，因此不考慮調(diào)度算法，所傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)量任務(wù)是MAC經(jīng)過調(diào)度后的數(shù)據(jù)，本發(fā)明只涉及傳輸?shù)慕M網(wǎng)。
[0040]不同的業(yè)務(wù)量模型如圖5-6所示。業(yè)務(wù)量的不同主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)源發(fā)送的數(shù)據(jù)比特不同以及接收端對可變幀結(jié)構(gòu)的解析靈活多變，這主要由上層控制消息內(nèi)容決定，通過上層控制信息控制物理層機(jī)制，從理論研究的角度其實(shí)就是選擇結(jié)構(gòu)。搭建系統(tǒng)中通過嵌入功能模塊，實(shí)現(xiàn)選擇控制。
[0041]搭建系統(tǒng)中涉及的通信場景主要有三種:終端間直接進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)通信；車載發(fā)射終端與車載接收終端間通過車載中繼終端通信，車載中繼終端僅起到轉(zhuǎn)發(fā)的作用；終端通過車載中繼終端通信，車載中繼終端既可以當(dāng)作轉(zhuǎn)發(fā)中繼節(jié)點(diǎn)，也可以當(dāng)作車載發(fā)射終端-車載接收終端，當(dāng)發(fā)送本終端信息同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)其他信息時(shí)，數(shù)據(jù)的合并采用時(shí)分多址的方式。
[0042]終端間直接通信時(shí)，比較簡單，不涉及上層路由及碰撞問題，發(fā)射端通過無線信道到達(dá)接收端進(jìn)行處理。當(dāng)終端通過車載中繼終端轉(zhuǎn)發(fā)且車載中繼終端僅起轉(zhuǎn)發(fā)作用時(shí)，為簡化研究，轉(zhuǎn)發(fā)策略采用簡單的放大轉(zhuǎn)發(fā)，車載接收終端可能同時(shí)收到車載中繼終端和車載發(fā)射終端發(fā)送的消息，也可能只收到車載中繼終端轉(zhuǎn)發(fā)的信息，同時(shí)收到兩個(gè)消息時(shí)對消息進(jìn)行等比合并處理，對應(yīng)通信場景為提高系統(tǒng)容量的中繼轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)，僅收到車載中繼終端消息時(shí)無需進(jìn)行額外處理，對應(yīng)通信場景為擴(kuò)大通信范圍的中繼轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)。終端通過車載中繼終端通信，車載中繼終端既可以當(dāng)作轉(zhuǎn)發(fā)中繼節(jié)點(diǎn)，也可以當(dāng)作源目的節(jié)點(diǎn)時(shí)，主要針對其同時(shí)傳輸本節(jié)點(diǎn)信息及其他節(jié)點(diǎn)信息時(shí)，數(shù)據(jù)信息的時(shí)分多址處理以及接收端對數(shù)據(jù)分解處理。具體實(shí)現(xiàn)如圖7-9所示。圖7是車載發(fā)射終端通過中繼終端與車載接收終端無分集通信物理層仿真模型，車載中繼終端僅有中繼轉(zhuǎn)發(fā)功能；圖8是車載發(fā)射終端通過中繼終端與車載接收終端有分集通信物理層仿真模型，車載中繼終端僅有中繼轉(zhuǎn)發(fā)功能；圖9是車載發(fā)射終端通過中繼終端與車載接收終端通信物理層仿真模型，車載中繼終端同時(shí)發(fā)送自己信息。
[0043]應(yīng)當(dāng)理解，以上借助優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行的詳細(xì)說明是示意性的而非限制性的。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在閱讀本發(fā)明說明書的基礎(chǔ)上可以對各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.基于IEEE802.16協(xié)議的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括車載終端，信道模塊，所述車載終端包括車載發(fā)射終端、車載接收終端以及車載中繼終端，所述車載發(fā)射終端具有不同的幀結(jié)構(gòu)的多個(gè)OFDM傳輸子系統(tǒng)，所述信道模塊具有AWGN信道或者頻率選擇性衰落信道，所述車載接收終端對應(yīng)于車載發(fā)射終端的OFDM接收子系統(tǒng)，所述車載中繼終端為車載發(fā)射終端與車載接收終端的中間處理過程子系統(tǒng)； 所述車載發(fā)射終端與車載接收終端通過直接通信方式，或車載中繼終端通信，車載中繼終端僅為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)方式，或車載中繼終端通信同時(shí)車載中繼終端發(fā)送自己信息方式向車載接收終端發(fā)送數(shù)據(jù)； 車載接收終端接收數(shù)據(jù)后，判斷接收的數(shù)據(jù)，如果是采用終端間直接通信，車載接收終端直接進(jìn)行OFDM解調(diào)、均衡、QPSK解調(diào)、信道解碼； 如果是通過車載中繼終端通信車載中繼終端僅為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，若有中繼分集，則對接收數(shù)據(jù)進(jìn)行等增益合并處理然后進(jìn)行OFDM解調(diào)、均衡、QPSK解調(diào)、信道解碼；若無分集，則直接進(jìn)行OFDM解調(diào)、均衡、QPSK解調(diào)、信道解碼； 如果是通過車載中繼終端通信同時(shí)車載中繼終端發(fā)送自己信息，接收端則通過控制信息提取信息，然后分別進(jìn)行后續(xù)處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于IEEE802.16協(xié)議的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)車載發(fā)射終端由信源輸出數(shù)據(jù)，輸出數(shù)據(jù)經(jīng)過信道編碼、QPSK調(diào)制、OFDM調(diào)制形成待發(fā)射的突發(fā)信號(hào)。
【文檔編號(hào)】H04L29/08GK103763345SQ201310751774
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】李旭, 王博婷, 劉天驕, 張強(qiáng) 申請人:北京交通大學(xué)