一種車載通信系統中的頻譜資源分配方法及裝置與流程
2023-11-08 06:04:17 2
本發明涉及通信技術領域，特別是涉及一種車載通信系統中的頻譜資源分配方法及裝置。
背景技術：
車載通信系統，是在智能交通系統、傳感器網絡技術發展基礎上，在車輛上應用先進的無線通信技術，實現交通高度信息化、智能化的手段。車載通信系統通常被分為車與車(vehicletovehicle,v2v)通信，以及車與基礎設施(vehicletoinfrastructure,v2i)通信，通過車與車通信、車與基礎設施通信，將交通參與者、交通工具及其環境有機結合，提高了交通系統的安全和效率。頻譜資源作為車載通信系統的基礎資源，其重要性日益突出，研究車載通信系統中的頻譜資源分配方法極具現實意義。
目前，車載通信系統中通常包括：移動終端、車載終端以及wifi終端，移動終端和車載終端通過基站接入網絡，wifi終端通過wifi接入點(accesspoint,ap)接入網絡。車載通信系統中常用的頻譜資源分配方法為：基站應用802.11p協議分配頻譜資源，802.11p協議是一個由802.11標準擴充的通信協議，主要用於車載通信系統，802.11p協議規定將5.9千兆赫頻段作為車載通信系統中車載終端的專用頻段，並規定所有移動終端都使用授權頻譜資源，所有wifi終端都使用非授權頻譜資源。
可見，現有的頻譜資源分配，給車載通信系統中的移動終端、車載終端以及wifi終端分配的是固定的頻譜，頻譜利用率比較低。
技術實現要素：
本發明實施例的目的在於提供一種車載通信系統中的頻譜資源分配方法及裝置，以實現提高頻譜利用率。具體技術方案如下：
第一方面，本發明實施例提供了一種車載通信系統中的頻譜資源分配方法，應用於所述車載通信系統中的基站，所述方法包括：
獲得所述車載通信系統中的各個車載終端的信息，其中，所述信息包括：各個所述車載終端的業務類型，所述業務類型包括：安全業務和非安全業務，所述安全業務表徵需要被實時和可靠發送的業務，所述非安全業務表徵不需要被實時和可靠發送的業務；
將業務類型為安全業務的車載終端，作為第一車載終端，並為各個所述第一車載終端分配授權頻譜資源；將業務類型為非安全業務的車載終端，作為第二車載終端，並為各個所述第二車載終端分配非授權頻譜資源。
可選的，所述非授權頻譜資源包括：第一類非授權頻譜資源和第二類非授權頻譜資源，其中，所述第一類非授權頻譜資源表徵預先保留的非授權頻譜資源，所述第二類非授權頻譜資源表徵需要通過待需終端競爭佔用的非授權頻譜資源，所述第二車載終端包括：第一類車載終端和第二類車載終端，所述為各個所述第二車載終端分配非授權頻譜資源，包括：
為各個所述第一類車載終端分配第一類非授權頻譜資源；
為各個所述第二類車載終端分配處於第二類非授權頻譜資源，以使各個所述第二類車載終端與wifi終端競爭非授權頻譜資源。
可選的，所述車載通信系統還包括：移動終端，所述授權頻譜資源包括：第一類授權頻譜資源和第二類授權頻譜資源，其中，所述第一類授權頻譜資源表徵分配給所述第一車載終端的授權頻譜資源，所述第二類授權頻譜資源表徵分配給所述移動終端的授權頻譜資源，所述方法還包括：
為各個所述第一類車載終端分配所述第二類授權頻譜資源，以使各個所述第一類車載終端與各個所述移動終端共享第二類授權頻譜資源。
可選的，所述方法還包括：
利用預設公式，計算各個所述第一類車載終端分別與各個所述移動終端匹配後的總數據速率，得到權值矩陣；
利用預設匹配算法，基於所述權值矩陣確定與各個所述第一類車載終端匹配最優的各個所述移動終端；
所述為各個所述第一類車載終端分配所述第二類授權頻譜資源，包括：
針對各個所述第一類車載終端，獲得與該第一類車載終端匹配最優的移動終端的第二類授權頻譜資源，作為目標第二類授權頻譜資源；
為該第一類車載終端分配所述目標第二類授權頻譜資源。
可選的，所述信息還包括：各個所述車載終端的駕駛速度，所述第二車載終端包括：第一類車載終端和第二類車載終端，所述方法還包括：
將全部所述第二車載終端中駕駛速度不小於預設閾值的車載終端，確定為所述第一類車載終端；
將全部所述第二車載終端中駕駛速度小於預設閾值的車載終端，確定為所述第二類車載終端。
可選的，所述預設公式為：
其中，x1a＝xk,l，表示需要優化的二元分配因子和功率變量。當第二車載終端k和移動終端l被匹配到一起時，xk,l為1，否則為0，s表示第一車載終端組成的集合，l表示移動終端組成的集合，m表示第一類車載終端組成的集合，k表示第二車載終端組成的集合，s表示屬於s的任一第一車載終端，l表示屬於l的任一移動終端，k表示屬於m的任一第二車載終端，表示s中的第一車載終端s的數據速率，和分別表示k中的第二車載終端k與l中的移動終端l匹配之後，移動終端l的數據速率和第二車載終端k的數據速率。
可選的，所述非授權頻譜資源包括：第一類非授權頻譜資源和第二類非授權頻譜資源，其中，所述第一類非授權頻譜資源表徵預先保留的非授權頻譜資源，所述第二類非授權頻譜資源表徵需要通過待需終端競爭佔用的非授權頻譜資源，所述第二車載終端包括：第一類車載終端和第二類車載終端，所述為各個所述第二車載終端分配非授權頻譜資源，包括：
為所述第一類車載終端分配所述第一類非授權頻譜資源以及所述授權頻譜資源，以使各個所述第一類車載終端利用載波聚合ca技術聚合所述第二類非授權頻譜資源以及所述授權頻譜資源；
為所述第二類車載終端分配所述第二類非授權頻譜資源，以使各個所述第二類車載終端採用載波偵聽多路訪問/衝突避免csma/ca，與wifi終端競爭所述第二類非授權頻譜資源，採用非授權頻段的長期演進型lte-u技術使用所述第二類非授權頻譜資源。
第二方面，本發明實施例提供了一種車載通信系統中的頻譜資源分配裝置，應用於所述車載通信系統中的基站，所述裝置包括：
獲得模塊，用於獲得所述車載通信系統中的各個車載終端的信息，其中，所述信息包括：各個所述車載終端的業務類型，其中，所述業務類型包括：安全業務和非安全業務，所述安全業務表徵需要被實時和可靠發送的業務，所述非安全業務表徵不需要被實時和可靠發送的業務；
第一分配模塊，用於將業務類型為安全業務的車載終端，作為第一車載終端，並為各個所述第一車載終端分配授權頻譜資源；將業務類型為非安全業務的車載終端，作為第二車載終端，並為各個所述第二車載終端分配非授權頻譜資源。
可選的，所述非授權頻譜資源包括：第一類非授權頻譜資源和第二類非授權頻譜資源，其中，所述第一類非授權頻譜資源表徵預先保留的非授權頻譜資源，所述第二類非授權頻譜資源表徵需要通過待需終端競爭佔用的非授權頻譜資源，所述第二車載終端包括：第一類車載終端和第二類車載終端，所述第一分配模塊，包括：
第一分配子模塊，用於為各個所述第一類車載終端分配第一類非授權頻譜資源；
第二分配子模塊，用於為各個所述第二類車載終端分配處於第二類非授權頻譜資源，以使各個所述第二類車載終端與wifi終端競爭非授權頻譜資源。
可選的，所述車載通信系統還包括：移動終端，所述授權頻譜資源包括：第一類授權頻譜資源和第二類授權頻譜資源，其中，所述第一類授權頻譜資源表徵分配給所述第一車載終端的授權頻譜資源，所述第二類授權頻譜資源表徵分配給所述移動終端的授權頻譜資源，所述裝置還包括：
第二分配模塊，用於為各個所述第一類車載終端分配所述第二類授權頻譜資源，以使各個所述第一類車載終端與各個所述移動終端共享第二類授權頻譜資源。
可選的，所述裝置還包括：
計算模塊，利用預設公式，計算各個所述第一類車載終端分別與各個所述移動終端匹配後的總數據速率，得到權值矩陣；
第一確定模塊，用於利用預設匹配算法，基於所述權值矩陣確定與各個所述第一類車載終端匹配最優的各個所述移動終端；
所述第二分配模塊，包括：
獲得子模塊，用於針對各個所述第一類車載終端，獲得與該第一類車載終端匹配最優的移動終端的第二類授權頻譜資源，作為目標第二類授權頻譜資源；
第三分配子模塊，用於為該第一類車載終端分配所述目標第二類授權頻譜資源。
可選的，所述信息還包括：各個所述車載終端的駕駛速度，所述第二車載終端包括：第一類車載終端和第二類車載終端，所述裝置還包括：
第二確定模塊，用於將全部所述第二車載終端中駕駛速度不小於預設閾值的車載終端，確定為所述第一類車載終端；
第三確定模塊，用於將全部所述第二車載終端中駕駛速度小於預設閾值的車載終端，確定為所述第二類車載終端。
可選的，所述預設公式為：
其中，x1a＝xk,l，表示需要優化的二元分配因子和功率變量。當第二車載終端k和移動終端l被匹配到一起時，xk,l為1，否則為0，s表示第一車載終端組成的集合，l表示移動終端組成的集合，m表示第一類車載終端組成的集合，k表示第二車載終端組成的集合，s表示屬於s的任一第一車載終端，l表示屬於l的任一移動終端，k表示屬於m的任一第二車載終端，表示s中的第一車載終端s的數據速率，和分別表示k中的第二車載終端k與l中的移動終端l匹配之後，移動終端l的數據速率和第二車載終端k的數據速率。
可選的，所述非授權頻譜資源包括：第一類非授權頻譜資源和第二類非授權頻譜資源，其中，所述第一類非授權頻譜資源表徵預先保留的非授權頻譜資源，所述第二類非授權頻譜資源表徵需要通過待需終端競爭佔用的非授權頻譜資源，所述第二車載終端包括：第一類車載終端和第二類車載終端，所述第一分配模塊，包括：
第四分配子模塊，用於為所述第一類車載終端分配所述第一類非授權頻譜資源以及所述授權頻譜資源，以使各個所述第一類車載終端利用載波聚合ca技術聚合所述第二類非授權頻譜資源以及所述授權頻譜資源；
第五分配子模塊，用於為所述第二類車載終端分配所述第二類非授權頻譜資源，以使各個所述第二類車載終端採用載波偵聽多路訪問/衝突避免csma/ca，與wifi終端競爭所述第二類非授權頻譜資源，採用非授權頻段的長期演進型lte-u技術使用所述第二類非授權頻譜資源。
第三方面，本發明實施例還提供了一種電子設備，該電子設備包括：處理器、通信接口、存儲器和通信總線，其中，處理器，通信接口，存儲器通過通信總線完成相互間的通信；
存儲器，用於存放電腦程式；
處理器，用於執行存儲器上所存放的程序時，實現本發明實施例所提供的車載通信系統中的頻譜資源分配方法的步驟。
第四方面，本發明實施例還提供了一種計算機可讀存儲介質，所述計算機可讀存儲介質內存儲有電腦程式，所述電腦程式被處理器執行時實現本發明實施例所提供的車載通信系統中的頻譜資源分配方法的步驟。
可見，應用本發明實施例提供的技術方案，可以根據車載終端的業務類型，將車載終端分為第一車載終端和第二車載終端，並為各個第一車載終端分配授權頻譜資源，為各個第二車載終端分配非授權頻譜資源，使得車載終端能夠使用授權頻譜資源和非授權頻譜資源，提高了頻譜資源利用率。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明實施例提供的一種車載通信系統中的頻譜資源分配方法的流程示意圖；
圖2為利用本發明實施例提供的車載通信系統中的頻譜資源分配方法的進行頻譜資源分配的流程圖；
圖3為本發明實施例提供的方法與montecarlo(蒙特卡羅)統計模擬方法進行頻譜資源分配的總數據速率比較的結果示意圖；
圖4為本發明實施例提供的方法與montecarlo統計模擬方法進行頻譜資源分配的計算時間比較的結果示意圖；
圖5為本發明實施例提供的一種車載通信系統中的頻譜資源分配裝置的結構示意圖；
圖6為本發明實施例提供的一種電子設備的結構示意圖。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
本發明實施例公開了一種車載通信系統中的頻譜資源分配方法、裝置及電子設備，以下分別進行詳細說明。
參見圖1，圖1為本發明實施例提供的一種車載通信系統中的頻譜資源分配方法的流程示意圖，應用於該車載通信系統中的基站，方法包括如下步驟：
s101，獲得車載通信系統中的各個車載終端的信息。
其中，該信息包括：各個車載終端的業務類型，業務類型包括：安全業務和非安全業務，安全業務表徵需要被實時和可靠發送的業務，非安全業務表徵不需要被實時和可靠發送的業務。
可以理解的是，車載終端的業務類型可以分為安全業務和非安全業務，其中，安全業務是指需要被實時和可靠發送的業務，例如，碰撞避免警報、危險警告等業務，非安全業務是指可以不被實時和可靠發送的業務，非安全業務主要用以改善用戶體驗，例如，視頻業務、廣播業務等業務。
本發明實施例對基站獲得各個車載終端的信息的方式不做限定。例如，該方式可以為：各個車載終端周期性的向基站發送接入請求，從而，基站從各個接入請求中獲得各個車載終端的信息。
s102，將業務類型為安全業務的車載終端，作為第一車載終端，並為各個第一車載終端分配授權頻譜資源；將業務類型為非安全業務的車載終端，作為第二車載終端，並為各個第二車載終端分配非授權頻譜資源。
根據車載終端的業務類型，可以將車載終端分為第一車載終端和第二車載終端，具體的，可以將業務類型為安全業務的車載終端，作為第一車載終端，將業務類型為非安全業務的車載終端，作為第二車載終端。
為了保證安全業務的可靠通信，可以為各個第一車載終端分配授權頻譜資源，可以理解的是，授權頻譜資源是指只有被授權才能使用的頻譜資源，實際應用中，可以將授權頻譜資源的上行鏈路資源分成若干個正交的rb(resourceblock，資源塊)，從而，bs(basestation，基站)可以對各個授權頻譜資源塊進行協調調度，實現更好的為各個第一車載終端分配授權頻譜資源。
為了解決頻譜資源短缺的現狀，提高車載通信系統的頻譜覆蓋範圍和數據容量，可以為各個第二車載終端分配非授權頻譜資源，非授權頻譜資源是指無需被授權就能被使用的頻譜資源，例如，wi-fi終端、lte終端、以及bluetooth(藍牙)終端使用的頻段就是非授權頻譜資源。
可見，應用本發明實施例提供的技術方案，可以根據車載終端的業務類型，將車載終端分為第一車載終端和第二車載終端，並為各個第一車載終端分配授權頻譜資源，為各個第二車載終端分配非授權頻譜資源，使得車載終端能夠使用授權頻譜資源和非授權頻譜資源，提高了頻譜資源利用率。
為了滿足不同終端的通信需求，同時最大化數據速率，實現各終端公平共存，在一種具體的實施方式中，非授權頻譜資源可以包括：第一類非授權頻譜資源和第二類非授權頻譜資源，第二車載終端可以包括：第一類車載終端和第二類車載終端，具體的，為各個第二車載終端分配非授權頻譜資源，可以為：
為各個第一類車載終端分配第一類非授權頻譜資源；為各個第二類車載終端分配處於第二類非授權頻譜資源，以使各個第二類車載終端與wifi終端競爭非授權頻譜資源。
其中，第一類非授權頻譜資源表徵預先保留的非授權頻譜資源，第二類非授權頻譜資源表徵需要通過待需終端競爭佔用的非授權頻譜資源。
可以理解的是，通過將非授權頻譜資源分為第一類非授權頻譜資源和第二類非授權頻譜資源，可以使第二車載終端具備兩種通信模式，一種通信模式是使用第一類非授權頻譜資源，另一種通信模式是使用第二類非授權頻譜資源。可以將使用第一類非授權頻譜資源的第二車載終端稱為第一類車載終端，將使用第二類非授權頻譜資源的第二車載終端稱為第二類車載終端。
上述待需終端包括：車載終端、wifi終端、lte終端等終端。可以理解的是，競爭某個頻譜資源時，該頻譜資源只能由競爭雙方中的一方使用，共享某個頻譜資源時，該頻譜資源可以由共享雙方同時使用。
實際應用中，可以從非授權頻譜資源中提前預留部分資源，作為第一類非授權頻譜資源，將非授權頻譜資源中除第一類非授權頻譜資源以外的資源，作為第二類非授權頻譜資源，從而，被分配第一類非授權頻譜資源的第一類車載終端可以直接佔用第一類非授權頻譜資源，不需要與wifi終端競爭，可以認為，第一類非授權頻譜資源處於非授權頻譜資源的cfp(contendfreeperiod，非競爭時期)；由於第二類非授權頻譜資源未被提前預留，從而，被分配第二類非授權頻譜資源的第二類車載終端需要通過競爭方式來佔用該資源，可以認為，第二類非授權頻譜資源處於非授權頻譜資源的cp(contendperiod,競爭時期)。
可以看出，第一類車載終端可以直接佔用非授權頻譜資源，不需要與wifi終端競爭，第二類車載終端需要與wifi終端競爭來佔用非授權頻譜資源，故相較於第二類車載終端，第一類車載終端必能獲得非授權頻譜資源。
實際應用中，基站可以根據各個第二車載終端的通信需求，例如，帶寬需求、時延需求、數據傳輸速度需求等，來確定第一類車載終端和第二類車載終端，例如，可以將需要的數據傳輸速度大於速度閾值的第二車載終端，確定為第一類車載終端，將需要的數據傳輸速度不大於速度閾值的第二車載終端，確定為第二類車載終端，具體的，用戶可以根據需求設置速度閾值，從而實現了滿足不同終端的通信需求，同時最大化數據速率，實現各終端公平共存。
為了進一步提高通信數據容量，在另一種具體的實施方式中，該車載通信系統還包括：移動終端，該授權頻譜資源包括：第一類授權頻譜資源和第二類授權頻譜資源，該方法還包括：
為各個第一類車載終端分配第二類授權頻譜資源，以使各個第一類車載終端與各個移動終端共享第二類授權頻譜資源。
其中，第一類授權頻譜資源表徵分配給第一車載終端的授權頻譜資源，第二類授權頻譜資源表徵分配給移動終端的授權頻譜資源。
可以理解的是，由於為某個第一類車載終端分配的第二類授權頻譜資源，是分配給某個移動終端的授權頻譜資源，因此，該第一類車載終端需要與該移動終端共享該第二類授權頻譜資源，例如，第二類授權頻譜資源a為被分配給移動終端y的授權頻譜資源，如果基站為第一類車載終端c分配第二類授權頻a譜資源，則第一類車載終端c與移動終端y共享該第二類授權頻譜資源a。
可以看出，第一類車載終端不僅可以使用非授權頻譜資源，還可以使用授權頻譜資源，並且第一類車載終端可以利用載波聚合技術來聚合非授權頻譜資源和授權頻譜資源，因此，相較於第二類車載終端，第一類車載終端有更多的頻譜資源，從而實現了提高數據容量，能夠更快的完成數據傳輸。
進一步的，為了使各個第一類車載終端能夠更好的與移動終端共享第二類授權頻譜資源，提高車載通信系統的總數據速率，該方法還可以包括以下幾步：
第一步，利用預設公式，計算各個第一類車載終端分別與各個移動終端匹配後的總數據速率，得到權值矩陣；
具體的，該預設公式可以為：
其中，x1a＝xk,l，表示需要優化的二元分配因子和功率變量。當第二車載終端k和移動終端l被匹配到一起時，xk,l為1，否則為0，s表示第一車載終端組成的集合，l表示移動終端組成的集合，m表示第一類車載終端組成的集合，k表示第二車載終端組成的集合，s表示屬於s的任一第一車載終端，l表示屬於l的任一移動終端，k表示屬於m的任一第二車載終端，表示s中的第一車載終端s的數據速率，和分別表示k中的第二車載終端k與l中的移動終端l匹配之後，移動終端l的數據速率和第二車載終端k的數據速率。
在得到預設公式(1)以後，可以利用內點法計算k中的各個第二車載終端k與l中的各個移動終端l匹配之後的總數據速率，得到kxl的權值矩陣wkxl，可以理解的是，權值矩陣中的各個元素分別對應各個第二車載終端k與各個移動終端l匹配之後的總數據速率。具體的利用內點法進行計算的過程屬於現有技術，本發明實施例在此不再贅述。
需要說明的是，可以通過以下過程得到預設公式(1)：
首先獲得的表達式，其中，表示k中的第二車載終端k的數據速率，表示l中的移動終端l的數據速率，具體表達式分別如下：
其中，f表示授權頻譜資源塊集合，表示基站b和移動終端l之間的信道增益，xs,f、xk,f以及xl,f均為二元分配優化變量，當第一車載終端s被分配到授權頻譜資源塊f上時，xs,f為1，否則為0，當第二車載終端k被分配到授權頻譜資源塊f上時，xk,f為1，否則為0，當移動終端l被分配到授權頻譜資源塊f上時，xl,f為1，否則為0，b0表示授權頻帶帶寬，表示第一車載終端s在授權頻譜資源塊f上的功率，表示第二車載終端k在授權頻譜資源塊f上的功率，表示移動終端l在授權頻譜資源塊f上的功率，表示第一車載終端s在授權頻譜資源塊f上的上行信道增益，表示第二車載終端k在授權頻譜資源塊f上的上行信道增益，表示移動終端l在授權頻譜資源塊f上的上行信道增益，σ2表示信道噪聲功率，表示第二車載終端k的發送端和移動終端l之間的幹擾信道增益，表示移動終端l和第二車載終端k的接收端之間的幹擾信道增益，bw表示非授權頻帶帶寬。
然後，為了能夠保證不同終端的通信需求，並最大化移動終端、第一車載終端和第二車載終端中的第一類車載終端的總數據速率，需要優化的目標函數p0，其中，p0的表達式可以為：
其中，x＝[xs,f,xl，f′,xk,f′]，分別為需要優化的第一車載終端、移動終端、第二車載終端的二元分配因子和功率變量，fs表示分配給所有第一車載終端的授權頻譜資源塊集合，f/fs表示f中除fs以外的授權頻譜資源塊集合，f′表示屬於f/fs集合的授權頻譜資源塊。
為了優化上述目標函數p0，可以考慮第二車載終端與移動終端匹配的情況，從而，可以將p0的第二項和第三項合併，得到需要優化的僅包含p0後兩項的目標函數p1a，p1a的表達式如下：
其中，
其中，表示基站b和蜂窩用戶l之間的信道增益，表示第二車載終端k發射端和接收端的信道增益，
將p1a帶入目標函數p0中，得到p0的遍歷速率計算公式，可以表示為：
即得到上述預設公式(1)。
進一步，將和代入上述預設公式(1)或(7)，即可得到如下表達式：
其中，es表示每個第一車載終端所需要的授權頻譜資源塊的個數，β表示第一類車載終端佔第二車載終端的百分比。
可以理解的是，基站從授權頻譜資源塊集合f中為任一第一車載終端選擇es個授權頻譜資源塊，並假設分配給第一車載終端s的資源塊集合為f(s)，則分配給所有第一車載終端的授權頻譜資源塊集合fs可以表示為：fs＝fs+f(s)，剩餘的授權頻譜資源塊集合，即第二類授權頻譜資源塊集合f可以表示為：f＝f-f(s)。
為了能夠獲得上述預設公式的計算結果，完成無線資源管理和分配，基站和wifi接入點需要獲得所有鏈路的信道狀態信息(channelstateinformation,csi)。由於獲得信道實時狀態信息需要較高開銷，且具有較大難度，因此，假設基站和接入點只能獲得一段時期內的統計信道狀態信息。此外，假設在通信過程中，通信鏈路的一方保持相對穩定狀態，所有信道衰落模型建模為瑞利衰落，信道增益服從指數分布，並用exp(λ)表示服從均值為λ的瑞利衰落的指數分布，從而，各信道益服從指數分布可以為：
更進一步，將信道益服從的指數分布代入公式(8)，並利用jensen(詹森)不等式：其中，為凸函數，x為隨機變量，可以得到基於下界的表達式，即預設公式的表達式：
根據公式(8)可知，所有移動終端的總數據速率p2可以表示為：
所有第二車載終端中的第一類車載終端的總速率p3可以表示為：
可以看出，隨著β增加，p2減小，p3增大，因此，為了實現各終端公平共存，實際應用中，確定β的方式可以為：折中p2和p3的大小來確定β，使得p2和p3都能取得較大值。
第二步，利用預設匹配算法，基於權值矩陣確定與各個第一類車載終端匹配最優的各個移動終端；
實際應用中，預設匹配算法可以為：kuhn-munkres(km)算法，km算法也稱為二分圖最大權匹配，主要用於求解完備匹配下的最大權匹配，利用km算法可以從上述權值矩陣確定與各個第一類車載終端匹配最優的各個移動終端。具體的利用km算法確定最優匹配的過程屬於現有技術，本發明實施例在此不再贅述。
從而，為各個第一類車載終端分配第二類授權頻譜資源，可以為：
針對各個第一類車載終端，獲得與該第一類車載終端匹配最優的移動終端的第二類授權頻譜資源，作為目標第二類授權頻譜資源，為該第一類車載終端分配該目標第二類授權頻譜資源。
由於各個第一類車載終端能夠與各個第一類車載終端匹配最優的移動終端共享第二類授權頻譜資源，因此，實現了使各個第一類車載終端更好的與移動終端共享第二類授權頻譜資源，並由於最優匹配是基於數據速率確定的，因此，實現了最優匹配，即實現了提高車載通信系統的總數據速率。
為了實現按需分配頻譜資源，s101中描述的信息還可以包括：各個車載終端的駕駛速度，第二車載終端可以包括：第一類車載終端和第二類車載終端，該方法還可以包括：
將全部第二車載終端中駕駛速度不小於預設閾值的車載終端，確定為第一類車載終端；將全部第二車載終端中駕駛速度小於預設閾值的車載終端，確定為第二類車載終端。
實際應用中，預設閾值可以根據用戶需求設定，本發明實施例對預設閾值的具體數值不做限定。例如，預設閾值可以為：20km/h、30km/h、40km/h等等。
為了進一步提高數據容量，實際應用中，非授權頻譜資源可以包括：第一類非授權頻譜資源和第二類非授權頻譜資源，第二車載終端可以包括：第一類車載終端和第二類車載終端，具體的，為各個第二車載終端分配非授權頻譜資源，可以為：
為第一類車載終端分配第一類非授權頻譜資源以及授權頻譜資源，以使各個第一類車載終端利用載波聚合ca技術聚合第二類非授權頻譜資源以及授權頻譜資源；
為第二類車載終端分配第二類非授權頻譜資源，以使各個第二類車載終端採用載波偵聽多路訪問/衝突避免csma/ca，與wifi終端競爭第二類非授權頻譜資源，採用非授權頻段的長期演進型lte-u技術使用第二類非授權頻譜資源。
其中，第一類非授權頻譜資源表徵預先保留的非授權頻譜資源，第二類非授權頻譜資源表徵需要通過待需終端競爭佔用的非授權頻譜資源。
可以理解的是，第一類車載終端利用ca(carrieraggregation，載波聚合)技術聚合第二類非授權頻譜資源以及授權頻譜資源可以提高該終端傳輸數據的數據容量。
當wifi信道被檢測到為非空閒狀態時，第二類車載終端採用csma/ca(carrier-sensingmultipleaccesswithcollisionavoidance，載波偵聽多路訪問/衝突避免)，與wifi終端競爭第二類非授權頻譜資源；當wifi信道被檢測到為空閒狀態時，第二類車載終端採用非授權頻段的長期演進型lte-u技術使用第二類非授權頻譜資源。
lte-u(longtermevolution-unlicensed，基於非授權頻段的長期演進型)技術是3gpplterelease13提出利用wifi非授權頻譜資源來增強lte(longtermevolution，長期演進型)的技術，lte-u技術是提高非授權頻譜利用率的有效方法，能夠為無線終端提供更寬的頻譜覆蓋範圍和更大的數據容量，並允許無線終端在授權頻譜和非授權頻譜之間進行數據流的無縫切換。因此，應用本發明實施例利用lte-u技術使用第二類非授權頻譜資源，在提高數據容量的基礎上，進一步，提高了非授權頻譜利用率。
下面通過一個具體實例來對本發明實施例進行簡單介紹。
將本發明實施例提供的車載通信系統中的頻譜資源分配方法應用於車載通信系統中的基站，該基站進行資源分配的流程如圖2所示。
針對每個車載終端，基站接收該車載終端周期性發送的接入請求，獲得接入請求中包含的該車載終端的業務類型，根據車載終端的業務類型，將車載終端劃分成第一車載終端和第二車載終端，判斷車載終端是否為第一車載終端；
如果是，則為該車載終端分配授權頻譜資源；
如果否，則判斷該車載終端的行駛速度是否小於30km/h，如果小於，為其分配處於競爭時期的非授權頻譜資源，並稱該車載終端為：第二車載終端中的第二類車載終端；如果不小於，則為該車載終端分配處於非競爭時期的非授權頻譜資源，並稱該車載終端為：第二車載終端中的第一類車載終端，並進一步，為該第一類車載終端選擇移動終端，從而，該第一類車載終端可以與該移動終端進行授權頻譜資源共享，從而利用載波聚合技術聚合授權頻譜資源和非授權頻譜資源，然後，基站計算車載系統中所有第一車載終端、移動終端以及第一類車載終端的總數據速率，判斷總數據速率能否取得最大值；如果能，則基站完成頻譜資源分配；如果不能，則返回執行為該車載終端選擇移動終端的步驟。
為了驗證本發明實施例的性能，可以將本發明實施例與montecarlo(蒙特卡羅)統計模擬方法進行比較，具體的比較結果如圖3、圖4所示，需要說明的是，圖3和圖4中所有lowerbound(下界)均指代本發明實施例提供的方案，montecarlo均指代montecarlo(蒙特卡羅)統計模擬方法，在圖4中，lowerbound對應的三條線數值較小且與橫坐標基本重合，為了更準確地反映出lowerbound方法的性能，圖4中用一個比例更小的坐標對lowerbound對應的三條線進行了局部放大，與可以看出，本發明實施例在性能損失較小的情況下，具有較低的計算複雜度。
可見，應用本發明實施例提供的技術方案，可以根據車載終端的業務類型，將車載終端分為第一車載終端和第二車載終端，並為各個第一車載終端分配授權頻譜資源，為各個第二車載終端分配非授權頻譜資源，使得車載終端能夠使用授權頻譜資源和非授權頻譜資源，提高了頻譜資源利用率，並進一步，被分配處於非競爭時期的非授權頻譜資源的車載終端，能夠利用載波聚合技術聚合授權頻帶和非授權頻帶，從而，提高了數據容量。
與上述的方法實施例相對應，本發明實施例還提供一種車載通信系統中的頻譜資源分配裝置。
參見圖5，圖5為本發明實施例所提供的一種車載通信系統中的頻譜資源分配裝置的結構示意圖，包括：
獲得模塊501，用於獲得所述車載通信系統中的各個車載終端的信息，其中，所述信息包括：各個所述車載終端的業務類型，其中，所述業務類型包括：安全業務和非安全業務，所述安全業務表徵需要被實時和可靠發送的業務，所述非安全業務表徵不需要被實時和可靠發送的業務；
第一分配模塊502，用於將業務類型為安全業務的車載終端，作為第一車載終端，並為各個所述第一車載終端分配授權頻譜資源；將業務類型為非安全業務的車載終端，作為第二車載終端，並為各個所述第二車載終端分配非授權頻譜資源。
可選的，所述非授權頻譜資源包括：第一類非授權頻譜資源和第二類非授權頻譜資源，其中，所述第一類非授權頻譜資源表徵預先保留的非授權頻譜資源，所述第二類非授權頻譜資源表徵需要通過待需終端競爭佔用的非授權頻譜資源，所述第二車載終端包括：第一類車載終端和第二類車載終端，所述第一分配模塊502，包括：
第一分配子模塊，用於為各個所述第一類車載終端分配第一類非授權頻譜資源；
第二分配子模塊，用於為各個所述第二類車載終端分配處於第二類非授權頻譜資源，以使各個所述第二類車載終端與wifi終端競爭非授權頻譜資源。
可選的，所述車載通信系統還包括：移動終端，所述授權頻譜資源包括：第一類授權頻譜資源和第二類授權頻譜資源，其中，所述第一類授權頻譜資源表徵分配給所述第一車載終端的授權頻譜資源，所述第二類授權頻譜資源表徵分配給所述移動終端的授權頻譜資源，所述裝置還包括：
第二分配模塊，用於為各個所述第一類車載終端分配所述第二類授權頻譜資源，以使各個所述第一類車載終端與各個所述移動終端共享第二類授權頻譜資源。
可選的，所述裝置還包括：
計算模塊，利用預設公式，計算各個所述第一類車載終端分別與各個所述移動終端匹配後的總數據速率，得到權值矩陣；
第一確定模塊，用於利用預設匹配算法，基於所述權值矩陣確定與各個所述第一類車載終端匹配最優的各個所述移動終端；
所述第二分配模塊，包括：
獲得子模塊，用於針對各個所述第一類車載終端，獲得與該第一類車載終端匹配最優的移動終端的第二類授權頻譜資源，作為目標第二類授權頻譜資源；
第三分配子模塊，用於為該第一類車載終端分配所述目標第二類授權頻譜資源。
可選的，所述信息還包括：各個所述車載終端的駕駛速度，所述第二車載終端包括：第一類車載終端和第二類車載終端，所述裝置還包括：
第二確定模塊，用於將全部所述第二車載終端中駕駛速度不小於預設閾值的車載終端，確定為所述第一類車載終端；
第三確定模塊，用於將全部所述第二車載終端中駕駛速度小於預設閾值的車載終端，確定為所述第二類車載終端。
可選的，所述預設公式為：
其中，x1a＝xk,l，表示需要優化的二元分配因子和功率變量。當第二車載終端k和移動終端l被匹配到一起時，xk,l為1，否則為0，s表示第一車載終端組成的集合，l表示移動終端組成的集合，m表示第一類車載終端組成的集合，k表示第二車載終端組成的集合，s表示屬於s的任一第一車載終端，l表示屬於l的任一移動終端，k表示屬於m的任一第二車載終端，表示s中的第一車載終端s的數據速率，和分別表示k中的第二車載終端k與l中的移動終端l匹配之後，移動終端l的數據速率和第二車載終端k的數據速率。
可選的，所述非授權頻譜資源包括：第一類非授權頻譜資源和第二類非授權頻譜資源，其中，所述第一類非授權頻譜資源表徵預先保留的非授權頻譜資源，所述第二類非授權頻譜資源表徵需要通過待需終端競爭佔用的非授權頻譜資源，所述第二車載終端包括：第一類車載終端和第二類車載終端，所述第一分配模塊502，包括：
第四分配子模塊，用於為所述第一類車載終端分配所述第一類非授權頻譜資源以及所述授權頻譜資源，以使各個所述第一類車載終端利用載波聚合ca技術聚合所述第二類非授權頻譜資源以及所述授權頻譜資源；
第五分配子模塊，用於為所述第二類車載終端分配所述第二類非授權頻譜資源，以使各個所述第二類車載終端採用載波偵聽多路訪問/衝突避免csma/ca，與wifi終端競爭所述第二類非授權頻譜資源，採用非授權頻段的長期演進型lte-u技術使用所述第二類非授權頻譜資源.
可見，應用本發明實施例提供的技術方案，可以根據車載終端的業務類型，將車載終端分為第一車載終端和第二車載終端，並為各個第一車載終端分配授權頻譜資源，為各個第二車載終端分配非授權頻譜資源，使得車載終端能夠使用授權頻譜資源和非授權頻譜資源，提高了頻譜資源利用率。
本發明實施例還提供了一種電子設備，如圖6所示，包括處理器601、通信接口602、存儲器603和通信總線604，其中，處理器601，通信接口602，存儲器603通過通信總線604完成相互間的通信，
存儲器603，用於存放電腦程式；
處理器601，用於執行存儲器603上所存放的程序時，實現本發明實施例提供的車載通信系統中的頻譜資源分配方法，具體的，該方法包括如下步驟：
獲得所述車載通信系統中的各個車載終端的信息，其中，所述信息包括：各個所述車載終端的業務類型，所述業務類型包括：安全業務和非安全業務，所述安全業務表徵需要被實時和可靠發送的業務，所述非安全業務表徵不需要被實時和可靠發送的業務；
將業務類型為安全業務的車載終端，作為第一車載終端，並為各個所述第一車載終端分配授權頻譜資源；將業務類型為非安全業務的車載終端，作為第二車載終端，並為各個所述第二車載終端分配非授權頻譜資源。
可選的，所述非授權頻譜資源包括：第一類非授權頻譜資源和第二類非授權頻譜資源，其中，所述第一類非授權頻譜資源表徵預先保留的非授權頻譜資源，所述第二類非授權頻譜資源表徵需要通過待需終端競爭佔用的非授權頻譜資源，所述第二車載終端包括：第一類車載終端和第二類車載終端，所述為各個所述第二車載終端分配非授權頻譜資源，包括：
為各個所述第一類車載終端分配第一類非授權頻譜資源；
為各個所述第二類車載終端分配處於第二類非授權頻譜資源，以使各個所述第二類車載終端與wifi終端競爭非授權頻譜資源。
可選的，所述車載通信系統還包括：移動終端，所述授權頻譜資源包括：第一類授權頻譜資源和第二類授權頻譜資源，其中，所述第一類授權頻譜資源表徵分配給所述第一車載終端的授權頻譜資源，所述第二類授權頻譜資源表徵分配給所述移動終端的授權頻譜資源，所述方法還包括：
為各個所述第一類車載終端分配所述第二類授權頻譜資源，以使各個所述第一類車載終端與各個所述移動終端共享第二類授權頻譜資源。
可選的，所述方法還包括：
利用預設公式，計算各個所述第一類車載終端分別與各個所述移動終端匹配後的總數據速率，得到權值矩陣；
利用預設匹配算法，基於所述權值矩陣確定與各個所述第一類車載終端匹配最優的各個所述移動終端；
所述為各個所述第一類車載終端分配所述第二類授權頻譜資源，包括：
針對各個所述第一類車載終端，獲得與該第一類車載終端匹配最優的移動終端的第二類授權頻譜資源，作為目標第二類授權頻譜資源；
為該第一類車載終端分配所述目標第二類授權頻譜資源。
可選的，所述信息還包括：各個所述車載終端的駕駛速度，所述第二車載終端包括：第一類車載終端和第二類車載終端，所述方法還包括：
將全部所述第二車載終端中駕駛速度不小於預設閾值的車載終端，確定為所述第一類車載終端；
將全部所述第二車載終端中駕駛速度小於預設閾值的車載終端，確定為所述第二類車載終端。
可選的，所述預設公式為：
其中，x1a＝xk,l，表示需要優化的二元分配因子和功率變量。當第二車載終端k和移動終端l被匹配到一起時，xk,l為1，否則為0，s表示第一車載終端組成的集合，l表示移動終端組成的集合，m表示第一類車載終端組成的集合，k表示第二車載終端組成的集合，s表示屬於s的任一第一車載終端，l表示屬於l的任一移動終端，k表示屬於m的任一第二車載終端，表示s中的第一車載終端s的數據速率，和分別表示k中的第二車載終端k與l中的移動終端l匹配之後，移動終端l的數據速率和第二車載終端k的數據速率。
可選的，所述非授權頻譜資源包括：第一類非授權頻譜資源和第二類非授權頻譜資源，其中，所述第一類非授權頻譜資源表徵預先保留的非授權頻譜資源，所述第二類非授權頻譜資源表徵需要通過待需終端競爭佔用的非授權頻譜資源，所述第二車載終端包括：第一類車載終端和第二類車載終端，所述為各個所述第二車載終端分配非授權頻譜資源，包括：
為所述第一類車載終端分配所述第一類非授權頻譜資源以及所述授權頻譜資源，以使各個所述第一類車載終端利用載波聚合ca技術聚合所述第二類非授權頻譜資源以及所述授權頻譜資源；
為所述第二類車載終端分配所述第二類非授權頻譜資源，以使各個所述第二類車載終端採用載波偵聽多路訪問/衝突避免csma/ca，與wifi終端競爭所述第二類非授權頻譜資源，採用非授權頻段的長期演進型lte-u技術使用所述第二類非授權頻譜資源。
上述電子設備提到的通信總線可以是外設部件互連標準(peripheralcomponentinterconnect，pci)總線或擴展工業標準結構(extendedindustrystandardarchitecture，eisa)總線等。該通信總線可以分為地址總線、數據總線、控制總線等。為便於表示，圖中僅用一條粗線表示，但並不表示僅有一根總線或一種類型的總線。
通信接口用於上述電子設備與其他設備之間的通信。
存儲器可以包括隨機存取存儲器(randomaccessmemory，ram)，也可以包括非易失性存儲器(non-volatilememory，nvm)，例如至少一個磁碟存儲器。可選的，存儲器還可以是至少一個位於遠離前述處理器的存儲裝置。
上述的處理器可以是通用處理器，包括中央處理器(centralprocessingunit，cpu)、網絡處理器(networkprocessor，np)等；還可以是數位訊號處理器(digitalsignalprocessing，dsp)、專用集成電路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、現場可編程門陣列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可編程邏輯器件、分立門或者電晶體邏輯器件、分立硬體組件。
本發明實施例還提供了一種計算機可讀存儲介質，所述計算機可讀存儲介質內存儲有電腦程式，所述電腦程式被處理器執行時實現本發明實施例所提供的車載通信系統中的頻譜資源分配的步驟。
需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。而且，術語「包括」、「包含」或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句「包括一個……」限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。
本說明書中的各個實施例均採用相關的方式描述，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處。尤其，對於裝置、電子設備、計算機可讀存儲介質實施例而言，由於其基本相似於方法實施例，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法實施例的部分說明即可。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並非用於限定本發明的保護範圍。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本發明的保護範圍內。