车车通信三维信道与干扰模型研究

发布时间：2020-03-22 01:06

【摘要】：车车(Vehicle-to-Vehicle,V2V)通信是构成车联网的基本要素之一,其性能直接受信号传播环境制约,合适的信道和干扰模型对V2V通信系统的设计及性能提升具有重要意义,也是历来通信领域的研究热点和难点。然而,复杂多变的信号传播环境为V2V通信三维信道和干扰模型的研究带来了严峻挑战,使得现有模型的适用性降低:现有信道模型多假设收发端匀速直线运动,传输信号只经历一次或两次散射后到达接收端,未考虑三维空间中收发端运动速度及方向非线性变化和多重动态散射的影响;现有角度域信道模型多是二维全向方位角信道模型,不能表征由散射体非均匀分布而造成的信道三维角度域空间选择特性,而三维角度域的干扰模型研究现有文献还尚未开展。针对V2V通信信号传播环境,论文首先对V2V通信三维信道和干扰进行建模,然后研究信道、干扰和信干比的统计特性,以期为提升V2V通信性能提供理论基础。论文的主要研究内容和成果包括:(1)提出了一个三维MIMO(Multiple-Input-Multiple-Output)V2V多重动态散射信道模型,建立了收发端运动速度和方向的非线性变化模型,推导出了空时相关函数和多普勒功率谱密度等信道统计特性,并分析了散射次数、散射模式、散射体速度分布和道路场景等V2V通信信号传播环境参数对信道统计特性的影响。其中,收发端可进行非线性变化运动,散射体以随机速度随机方向运动,且信号可经历多重动态散射。Jakes模型、单环动态散射模型、双环静态散射模型等多个现有信道模型的时间及空间相关函数可以作为所推导空时相关函数的特例,表明所提信道模型具有较广的适用性。所提信道模型的多普勒功率谱密度(Doppler Power Spectral Density,D-PSD)能与现有文献D-PSD和多个测试D-PSD相匹配,验证了上述信道模型的有效性。(2)面向非直视路径在三维球面等概率到达和非直视路径在方位角及俯仰角方向的到达概率都服从均匀分布两种场景,分别建立了三维Rice信道多径角度功率谱密度模型,并基于三维成型因子理论,推导出了两种场景下的非规范复球谐系数、多径成型因子、衰落率方差、电平通过率、平均衰落周期、空间相关函数、相干距离和最小阵元间隔距离等信道空间统计特性的闭合表达式。所提多径角度功率谱密度模型和信道空间统计特性表征了V2V通信多径来波功率在不同三维角度方向上具有不同衰落规律的空间选择特性。仿真结果表明:三维角度空间方向对各信道空间统计特性有着显著影响,相关工作可以有效简化三维阵列天线和波束赋形等V2V通信传输技术的设计和优化。(3)提出了一个三维Gaussian干扰空间分布模型,给出了干扰角度功率谱密度,并基于三维成型因子理论,推导出了干扰成型因子、衰落率方差、电平通过率等干扰空间统计特性的闭合表达式。所提干扰空间分布模型、干扰角度功率谱密度和干扰空间统计特性表征了V2V通信的同频干扰在不同三维角度方向上强度不同的特性。结合(2)中三维Rice信道(有用信号)的多径角度功率谱密度模型和信道空间统计特性,推导出了信干比的概率密度函数和空间相关函数的闭合表达式。仿真分析表明:三维空间角度对干扰空间统计特性和信干比空间相关函数都有显著影响,相关工作可为抗干扰技术的研究提供理论支持。
【图文】：

图 1.1 中国汽车保有量超过 200 万的城市Fig. 1.1 China's cities with more than two million cars世界卫生组织发布的《道路安全全球现状报告 2015》指出，全球每年约有 1人在交通事故中丧生，交通事故是造成 15~29 岁年龄段人群意外死亡的首要。美国国家安全理事会的政府报告显示，2017 年上半年美国公路交通死亡人超过 1.868 万，，另有 200 多万人伤势严重，这些伤亡造成的损失约为 1.91 亿

车联网结构
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U495

【参考文献】

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本文编号：2594217