V2V通信信道建模与统计特性研究

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车联网和智能交通系统的蓬勃发展催生新一代车对车(Vehicle to Vehicle,V2V)无线通信网络的升级革新。信号传输质量依赖于信道物理特性,对信道特性的充分了解是设计无线系统的前提。因此,建立精准有效的信道模型是无线系统设计的重要环节。传统信道模型大多面向移动蜂窝网络,没有考虑V2V通信的种种特点,缺乏对多元散射环境的准确描述,不能兼容车联网场景下的V2V通信信道。此外,现有V2V信道模型不能准确描述现实场景,对V2V信道非平稳特性的刻画并不全面,并且多针对单一场景建模,移植性较差。基于此,本文开展V2V信道的建模研究,主要工作如下:1.信道测量和建模分析。基于对现阶段V2V信道测量和建模工作的调研,总结了V2V信道的特点,分析了现有模型的不足,提出了V2V信道建模的新要求。即开发的模型应能够对通信环境中的动静散射体进行有效区分,可以探究不同车流密度对统计特性影响,同时还要有表现因收发端和散射体运动带来的非平稳性的能力。此外,对宽带信道而言,还需要具备探究不同传输时延下信道统计特性的能力。2.窄带V2V多天线信道建模研究。针对窄带V2V无线通信系统,提出一种新型基于几何的三维窄带V2V信道模型。该模型首次结合双球和半椭球体模型,能够有效区分通信环境中的动静散射体,具备探究不同车流密度对信道统计特性影响的能力。为了有效表征V2V信道的非平稳特性,现有模型中固定的链路长度和角度被时变值代替。通过推导收发端信号的关键统计特性,比较和分析了不同车流密度和模型参数下的时空相关特性。数值仿真结果与经典模型和实测数据相吻合,表明所提模型能够准确描述实际V2V无线通信环境。3.宽带V2V多天线信道建模研究。针对宽带V2V无线通信系统,考虑宽带信道不同多径传播时延的影响,引入多共焦半椭球体模型并利用抽头延迟线结构进行建模,将窄带双球-半椭球体组合模型扩展到宽带领域,使其能够研究不同传播时延下的信道统计特性。此外,宽带模型首次在V2V信道建模研究中引入时变的Rician因子,这使得所提模型对V2V信道非平稳性的研究更为全面,进一步扩展了V2V信道非平稳性的研究。在推导模型统计特性的基础上,深入分析了散射体分布、车辆运动方向、天线角度和多径传播时延等重要因素对信道相关特性的影响。为了验证模型的正确性,将数值仿真结果与实测数据进行对比,结果表明本模型的数值结果符合理论与经验,可有效用于V2V传输链路设计。通过调整模型参数,所提两种模型均可适用于多种V2V通信场景,兼顾准确性、易用性和通用性。模型仿真结果为车载通信提供了一些有价值的结论,可以作为未来V2V通信系统设计、优化和评估的有效指导。同时,文章所提模型进一步丰富了V2V通信信道模型库,拓展了V2V信道建模领域的研究。
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