技术摘要：
本发明公开一种基于Nakagami‑m衰落的车联网系统性能优化方法。包括：在一组V2V和V2I用户完成一次通信的时隙内，获取各自链路的发送功率以及链路状态信息，根据获取的信息建立链路中断概率及遍历可达速率紧致上界模型；假设链路总发送功率为定值，在链路中断概率的约束  全部
背景技术：
车联网技术是一种有效降低交通事故、提高交通运行效率的无线通信技术。车联 网允许临近车辆进行实时信息交互(如相对距离、故障情况、前方路况等)以最大程度保证 道路安全。 在无线信道传播过程中，由于几种衰落效应的共同影响，一定功率的信号在传播 后会产生不同程度的衰减。其中，路径衰落是指电磁波在信道上传输时发生功率扩散，使得 接收点的接收功率小于源点的发射功率；宏观衰落是指电磁波入射到山脉或高楼等阻碍物 的表面时，由于存在一部分透射波，反射波的功率小于原入射波功率，也称阴影慢衰落；微 观衰落是多路径的建设性和破坏性的组合，也称多径快衰落。信道衰落属于上述三种衰落 中的微观衰落。无线通信理论中常用的信道衰落模型有：Rayleigh衰落、Ricean衰落、 Nakagami-m衰落。如果信道参数gi服从期望为0方差为σ2的复高斯分布，即gi:CN(0,σ2)，则 该信号通过多路径传输到达接收点，且模值服从Rayleigh分布；Ricean衰落是指在多径传 输的基础上，基站与移动台之间存在一条主路径，即gi的期望不再为零，其信号是复高斯信 号和主路径上稳定信号的叠加，其包络服从Ricean分布；由于Rayleigh和Ricean衰落有较 强的局限性，有时与仿真数据存在较大误差，因此引出了一种适用范围更广的信道衰落模 型，即Nakagami-m衰落。 针对Nakagami信道衰落，目前国内外学者已对基于Nakagami衰落的通信系统的系 统性能进行了分析，包括误码率、误比特率、中断概率与遍历可达速率等系统性能，然而，这 些分析中，部分忽略了噪声，部分忽略干扰。针对车联网系统，已有文献的研究方向集中于 相对简单的Rayleigh衰落模型下的系统性能，且并没有考虑频率资源的复用。因此，已有文 献中并未对基于Nakagami-m衰落的车联网系统性能进行相关研究。 Nakagami-m分布的概率密度函数为 其中Ω＝E[x2]为平均功率， 为gamma函数，m为分布参数。特别 地，当m＝1时上式表示Rayleigh衰落模型；m→∞时近似无衰落。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种Nakagami-m衰落模型下的车联网系统性能优化方法，推 导了该情况下的车联网系统的中断概率与遍历可达速率的闭式表达式，并基于获取的结果 对车联网系统进行性能优化，以整体提升车联网的效率。 4 CN 111556458 A 说　明　书 2/6 页 所述方法涉及的系统为有多对需要建立通信链路的车联网场景，包括：车辆与车 辆之间的通信(V2V)、车辆与路边基站之间的通信(V2I)，V2V通过复用某一V2I通信的频率 资源进行通信。 为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案： 一种基于Nakagami-m衰落的车联网系统性能优化方法，该车联网系统中V2V链路 与V2I链路共存且共享时频资源，所述方法包括： 在一组V2V和V2I用户完成一次通信的时隙内，获取各自链路的发送功率以及链路 状态信息； 根据获取的信息建立链路中断概率及遍历可达速率紧致上界模型； 假设链路总发送功率为定值，在链路中断概率的约束下以最大化V2V链路与V2I链 路的遍历可达速率的紧致上界为目标函数建立优化模型，寻找使得V2V链路与V2I链路总可 达速率上界最大的功率分配系数。 进一步的，所述链路中断概率及遍历可达速率紧致上界模型基于链路的接收信干 噪比SINR获取。 进一步的，所述链路中断概率及遍历可达速率紧致上界模型的建立方式为： S1.依据获取的车联网系统V2V和V2I链路发送功率及链路状态信息，计算V2V链路 与V2I链路的接收信干噪比SINR及其对应的概率密度函数； S2.基于S1中断概率的定义及S1获取的接收信干噪比SINR概率密度函数计算得到 V2V链路与V2I链路中断概率的闭式表达式； S3.利用Jensen不等式简化遍历可达速率，结合接收信干噪比SINR的期望获取V2V 链路与V2I链路遍历可达速率紧致上界的闭式表达式。 进一步的，所述系统中所有链路的信道系数均服从独立不同分布的Nakagami-m衰 落模型。Nakagami-m分布是相比于Rayleigh分布与Ricean分布更为复杂和通用的模型，因 此从本发明的结果中容易得到Rayleigh衰落和Ricean衰落下的车联网系统性能。 进一步的，所述V2V链路与V2I链路的接收信干噪比SINR基于接收功率、信道衰落 以及噪声信息获取，其形式如下： 式中PTR为有用信号接收功率，PIR为干扰信号接收功率，hT、hI为分别为有用链路与 干扰链路的信道系数，N0为噪声功率。 进一步的，所述概率密度函数基于随机变量商的分布公式计算获取。 进一步的，所述中断概率定义形式为： 其中γ0为给定的中断概率阈值； 将S1中的接收信干噪比概率密度函数代入中断概率定义式并计算积分得到中断 概率的闭式表达式。 进一步的，所述S3中，利用Jensen不等式 5 CN 111556458 A 说　明　书 3/6 页 E[log2(1 SINR)]≤log2(1 E[SINR])对可达速率精确解进行放大，获得可达速率 上界的简单表达式，计算接收信干噪比的期望并代入后获取遍历可达速率紧致上界的闭式 表达式。 进一步的，引入权重分配系数对模型进行简化；依据车联网网络状态为V2V链路与 V2I链路的遍历可达速率分配权重系数，搜索该权重系数下使得V2V链路与V2I链路总可达 速率上界最大的功率分配系数。采用目标权重法，将多目标优化模型简化为单目标优化模 型，可降低多目标优化算法的复杂度。 本发明提供了相比Rayleigh信道、Ricean信道更通用的Nakagami-m信道下的系统 性能分析过程，考虑了链路的干扰与噪声，直接根据链路的接收信干噪比建立中断概率以 及遍历可达速率紧致上界的模型，并且从本发明的系统性能分析结果中很容易推得 Rayleigh信道下的相关特性，即当m＝1的时候，可化为常见的Rayleigh信道模型。本发明基 于上述系统性能分析推导出的模型提供了系统性能优化方法，在系统总发送功率一定的前 提下，为V2V链路与V2I链路灵活设定权重系数，以适用于不同环境中V2V与V2I链路共存的 车联网通信系统；用可达速率的紧致上界代替复杂的精确解计算，在保证误差范围的同时 能够大幅改进算法的时间复杂度；在系统中断概率的约束下最大化系统总可达速率，全面 综合提升车联网系统性能。 附图说明 图1为本发明功率分配方法的流程图。 图2为本发明的方法与固定功率场景下系统总可达速率与中断概率的性能对比。