在建高速公路场景下V2V无线通信信道建模及传播特性研究

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5G通信技术的发展给车联网带来了良好的发展契机。目前,我国高速公路建设规模日益壮大。但由于交通环境复杂且多变,给车辆在不良环境下建立实时安全可靠的通信连接带来困难,而研究高速公路无线信道的传播特性对于完善智能交通系统意义重大。此外,目前对于V2V无线信道传播特性的研究主要关注环境较好的场景,对复杂场景的分析还不够全面。因此,本文以在建高速公路作为研究场景,开展V2V无线信道传播特性分析与建模研究,主要完成了以下工作:(1)介绍了无线通信的研究背景,概述了国内外关于V2V信道传播特性的研究和建模工作,总结了V2V无线信道的相关概念理论和方法。详细交代了本次信道测量活动的实施过程,并完成了对离线数据的预处理工作。为后续章节开展在建高速公路场景下衰落特性的研究与无线信道建模工作奠定了理论基础。(2)基于实测数据,对5.2 GHz频段下无线信道的大尺度衰落和小尺度振幅衰落进行分析和建模研究。分析了车辆行驶过程中信号接收功率的变化,结果表明信号功率与收发机之间的距离成反比且受多径效应影响,施工路段接收功率的变化更为剧烈。基于自由空间模型、对数距离路径损耗模型(CI)和α-β-γ模型对路径损耗进行建模,结果表明CI模型和α-β-γ模型都能很好地实现对路径损耗的拟合。分别计算了正常路段与施工路段的阴影衰落,并用对数正态分布完成了对阴影衰落的统计建模。此外,本文重点研究了在建高速公路路段的小尺度衰落特性,采用五种典型理论衰落分布函数对信号振幅拟合,结果表明实测数据服从莱斯分布。计算莱斯K因子后发现其对距离有轻微依赖性,从而提出了与收发机距离相关的K因子模型。(3)从时域弥散和频域弥散的角度对宽带信道特性进行分析,并完成了对在建高速路段下高架桥支撑柱的统计性信道建模。时域上分析了信号的平均功率时延谱、均方根时延扩展,发现均方根时延扩展可以用Gumbel极值分布进行更好地拟合。频域上分析了测量全程信号的多普勒延时功率谱。为验证反射信号来自高架桥支撑柱,以收发机为焦点,反射点距离为长轴建立椭圆并借助谷歌地球完成了散射体目标定位。进一步连续计算了在建高速公路路段内所有支撑柱的功率,将支撑柱功率表征为时延的高斯函数,通过重构信道冲击响应,完成了对支撑柱上信号能量的统计性建模。此外,通过分析支撑柱功率与所在位置的关系发现二者近似服从二元指数分布,偏差服从正态分布,提出了与散射体位置相关的支撑柱信道模型。
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