基于可分级调制的车联网差异化业务复用传输

作     者：王果 

作者单位：北京交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱刚

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 0838[工学-公安技术] 

主      题：车联网 差异化业务 可分级调制 自适应传输 非完美CSI 多重检测 

摘      要：随着汽车的快速普及,社会流动性日趋增强,由此导致的交通问题与环境问题也日渐增多。智能交通系统将道路、车辆、行人等因素综合考虑,是缓解交通与环境问题所带来的不利影响的有效途径。车联网是实现智能交通系统的重要技术手段,车联网通信技术在增强道路行车效率与驾驶安全、为人提供实时信息业务中具有不可或缺的地位,成为当下车联网领域的研究热点。伴随着车联网的高速发展,海量具有差异化需求的车联网业务喷涌而出。在有限的带宽资源内,如何更有效地传输车联网业务,成为车联网通信亟待解决的问题之一。为了提高车联网通信系统的业务承载能力,同时结合车联网业务具有差异化服务质量需求的特点,本文从复用这一新维度提出一种基于可分级调制的车联网差异化业务复用传输方案,并评估了该方案在车联网通信系统中的性能。首先,根据可分级调制技术的特点,本文设计了车联网差异化业务数据复用策略,即决定不同类型的业务数据比特在调制符号中的比特位置。在此基础上,本文设计了具有不同调制阶数的可分级调制星座图,并推导了其在加性高斯白噪声信道下的比特误码率表达式。其次,考虑车联网通信系统拥有完美信道状态信息(Channel State Information,CSI)的情况,为提高车联网通信系统的频谱效率,本文设计了自适应可分级调制传输方案。再次,在高速移动环境中,由于估计误差和反馈时延导致通信系统仅能获得非完美CSI。本文利用多元正态分布理论,推导了在非完美CSI下可分级调制的误码率近似表达式,并评估了由非完美CSI导致的车联网自适应传输方案的性能损失。最后,为了缓解该性能损失,本文采用频域和时域多重检测的方法,利用更多维度的时域和频域信息估计真实CSI。仿真结果表明,本文设计的自适应可分级调制方案在完美CSI下比传统的自适应正交幅度调制方案在频谱效率上最高提升19%。在非完美CSI下,本文所设计的方案能够容忍-20d B的估计误差和2倍于正交频分复用符号周期的反馈时延。采用多重检测的方法后,系统能够承受更严重的CSI错误,有效缓解了性能损失,例如在估计误差为-10d B时,采用频域64重检测后,系统频谱效率与估计误差为-15d B下的频谱效率相当。综上,可分级调制技术能够有效提高车联网通信系统多业务传输能力。同时本文研究结果为可分级调制技术在车联网通信环境中的应用提供了理论依据。