[发明专利]一种隧道场景下的多散射簇车对车信道建模方法

说明书

本发明涉及一种半圆柱隧道中多散射簇的宽带非平稳车对车信道建模方法，用于隧道环境下车对车通信场景的统计信道模型。本发明采用了视距分量，单弹射分量和多弹射分量来描述波达信号在隧道中的传播形式；利用时变的方位角和俯仰角来定位簇的几何位置；结合收发车辆在隧道场景中的运动性与簇的可视域扩展推导了信道模型的时变参数以及统计特性的闭式表达式，支持了具有非平稳特性的车对车信道建模；对统计特性进行数值仿真，验证了信道模型的准确性。本发明丰富了V2V信道建模方法，对于特殊场景下的V2V信道建模研究有着重要参考意义。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及车对车通信领域，具体涉及一种半圆柱隧道中多散射簇的宽带非平稳车对车信道建模方法。

背景技术

近年来，智能交通系统(Intelligent Traffic Systems,ITS)作为一种改善环境，降低运输成本和缓解交通堵塞的解决方案，引起了人们的广泛关注。而车与车之间的通信也是智能交通系统中尤为重要的一环。为了进一步研究车对车(vehicle-to-vehicle,V2V)通信系统，需要更准确地描述无线传输信道，因此采用合理方法对V2V传播信道进行准确地刻画尤为重要。目前已有一些关于V2V信道建模的研究工作。从信道建模方法上可将V2V信道模型分为确定性建模和随机性建模。

Yang M等人在5.9GHz频段下进行了关于大障碍物情况下的实际V2V信道测量，证明了大型车辆的障碍物会带来额外信道衰减，并且会显著影响多径分量的角分布。最后根据测量参数提出了一个车辆障碍物场景下基于簇的V2V信道模型。Oestges C等人分别在测量了微小区环境下，移动车辆在停车场和建筑之间两个场景下的V2V通信，并根据测量所得数据提出了基于标准信道模型COST 2100 的参数化模型。这些V2V模型都是属于确定性建模方法，虽然确定性模型可以较好地反映出信道的非平稳特性，但是由于模型本身较为复杂，且不同场景的变化都会给测量结果带来较大的变化，这同样限制了其在实际通信系统中的应用。 Hao J等人中提出一种用于密集城市街道环境的V2V二维信道模型，将椭圆散射区域中的多跳传播路径分为奇数和偶数弹跳传播两种情况来考虑，但是未能考虑更贴近实际场景的三维传播模型。蒋育康和郭爱煌针对高铁隧道场景提出了以一种基于3D圆柱的几何随机模型，对收发端天线间隔和时空相关统计特性进行了研究，虽然高铁通信场景不同于V2V通信的双端移动，但对于隧道场景通信系统设计有着参考价值。Jiang H等研究了椭圆隧道场景下车辆任意速度和方向对信道统计特性的影响，并且首次在V2V模型中引入了三维半椭球模型来描述隧道曲壁，以同一尺寸的半椭球模拟具有相同时延的散射体，不同半径的半椭球模拟不同的传播时延。但规则形状的几何随机信道建模的散射体分布过于理想，不能完全贴近真实的通信环境。

综上所述现有V2V信道建模在隧道这类特殊场景下的相关研究还存在一些不足。因此，本发明将隧道空间抽象为半圆柱体几何体，提出一种适用于隧道场景下的三维非平稳V2V信道模型。

发明内容

本发明的目的在于提供一种针对半圆柱隧道场景下基于多簇的三维宽带非平稳V2V信道建模方法，丰富了V2V信道建模方法，对于特殊场景下的V2V 信道建模研究有着重要参考意义。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种针对半圆柱隧道场景，基于多簇的三维宽带非平稳V2V信道建模方法，具体包括以下步骤：

S1：建立隧道场景下基于多簇的三维宽带非平稳车对车信道模型，设置隧道传播条件，生成天线参数及K因子，生成簇集的初始角度均值和通信车辆的坐标位置；

S2：根据初始角度均值生成簇内散射体的方位角和俯仰角，结合隧道场景的几何关系推导视距成分，单弹跳成分和多弹跳成分的复信道冲激响应的函数表达式；

S3：根据发射机、接收机和簇的位置，考虑发射机接收机的移动性，计算波达信号从发射机发出达到接收机的时变路径和角度；