車載自組網絡中多徑散射信道模型研究

0測試網絡的無線傳輸模型該算法創造性地將dap（移動adhoc網絡）技術應用于車輛，并根據視野中其他車輛的狀態信息（如速度、方向、位置等）以及實時路況信息。這是智能交通系統的核心組成部分，可以顯著降低交通事故的發生率，提高駕駛員的駕駛安全，并改善乘客的舒適度。例如，網絡信息服務）。統計數據和研究資料表明,我國已進入道路交通事故高發期,道路交通安全形勢十分嚴峻。在2003年ITU-T的汽車通信標準化會議上,各國專家提出的車用自組織網絡VANET(VehicleAd-HocNetwork,簡稱)技術有望在2010年將交通事故帶來的損失降低50%。與MANET一樣,VANET與傳統的無線網絡有著巨大不同,主要表現在VANET能夠滿足的用戶應用及安全性能。這是因為VANET是極其特殊的無線自組網,具有自身獨特的特點,如:節點的高速移動性、對等性,動態拓撲的不完全隨機性等物理層特征,這些會導致網絡具有更高的不公平性等特點。文獻綜合研究MANET物理層因素對其他各層的影響。文獻具體研究了MANET物理層特性對MAC(MediumAccessControl)層的重要作用。從另外一個角度表明:VANET物理層特性與傳統無線網絡有著顯著區別,這導致其高層通信性能的差別,因此現有無線網絡技術不一定適用于VANET。故研究VANET中雙移動通信節點間的無線信道模型是很有必要的。關于移動到移動通信節點間信道特性的研究,目前已經有些有用的結果。Akki和Haber研究二維環境下移動到移動通信的無線衰落信道,考慮一種“雙環”接、發射端模型,結果表明,在沒有直射分量和窄帶平坦衰落條件下,接收信號包絡符合瑞利衰落,但信道統計特性與傳統無線衰落信道差別很大。本文主要討論三維開闊區車輛間通信的無線信道,推導信道的自相關函數與多普勒功率譜的解析表達式,考慮了配備定向天線的車輛終端,該模型更適應于實際的傳輸環境。1worm無線傳感器模型1.1無線信道的傳輸函數假設兩個車輛都以恒定速率Vi(i=1,2)移動,一個為發送終端,另一個為接收終端,建立坐標系圖1,V與z軸同向,i?(i=1,2)是到達波(發射波)與運動方向的夾角,?i(i=1,2)是到達波(發射波)在XY平面的投影與X軸的夾角。圖2為圖1的參考坐標系。依據單節點移動符合開闊區域隨機信道模型的傳輸信道函數的定義,在這里擴展該種方法,得出三維開闊區域車輛間通信信道的傳輸函數,即雙移動節點間通信的無線信道:其中,f0為載波頻率;kV(k=1,2,,N)為第k個接收波的幅度;φk(k=1,2,,N)為第k個接收波的隨機相位,是天線和散射體交互作用等累積的相位變化;τk(k=1,2,,N)為第k個接收波的路徑傳播時延;Kik(i=1,2;k=1,2,,N)為發射端(接收端)發送(接收)的第k個波的方向矢量;ri(i=1,2)為移動終端移動方向的單位矢量。在此,定義雙移動車輛導致的最大多普勒頻移為fd。分析公式(1),計算Kik?ri(i=1,2)。其中K1k?r1,K2k?r2分別為發射端移動和接收端移動導致的相位變化。設雙移動節點產生的相位變化為fk,那么可以計算:其中,?ik(i=1,2;k=1,2,,N)為發射端(接收端)發送(接收)的第k個波與車輛移動方向的夾角。根據自由空間的波形矢量判決準則,設自由空間波數為K0,可以得出:那么:于是:化簡公式(1)為:設VANET中雙移動節點導致的最大多普勒頻移為fd,可用下面的公式計算,為兩移動節點分別導致的最大多普勒頻fdi(i=1,2)之和:1.2信號自相關函數假設信道為廣義平穩不相關散射,具有各態歷經性。因此,當l≠k時,E{exp[j(φk-φl)]}=0,信道的時間自相關函數等于其自相關函數。設發射已調信號的幅度為A0,則接收端接收到的第k個波幅度為:其中,ak為接收的第k個波的增益的平方根;iF(Kik)(i=1,2;k=1,2,,N)為天線的輻射函數。將公式(7)帶入公式(6),得出:那么簡化VANET雙移動節點間無線信道時間自相關函數為:1.3密度函數解析依據維納-辛欽定理:廣義平穩隨機過程的自相關函數與其功率譜密度函數是一對傅立葉變換。根據上面推導的VANET自相關函數的解析表達式,得出VANET無線信道的多普勒功率譜密度函數解析表達式為:參看附錄II的公式化簡,設V1/V2=α,且定義0<α≤1(那么,fd2=fd1/α=V1f/αc,fd1=V1fc/c分別為接收端和發射端移動導致的最大多普勒頻移),得出最終的多普勒功率譜的解析表達式:分析該公式,當a→0,與傳統無線信道的多普勒功率譜表達式相同。2雙移動節點間的無線衰落信道的多普勒功率譜假設車載天線為半波偶極子,且直于運動的方向,參看附錄I,設合適的歸一化系數K,那么仰角為?i的發射波概率密度函數為:結果如圖3所示,縱軸為歸一化多普勒功率譜SH(υ)/σH2,單位dB;橫軸為VANET中雙移通信節點導致的多普勒頻移υ,單位Hz;fm1=30Hz,fm2=fm1/α。(1)VANET中雙移動節點間無線衰落信道的多普勒功率譜與傳統單節點移動的多普勒功率譜有很大不同。傳統單節點移動的多普勒功率譜為典型的U型譜,如公式(11)的分析,當α→0該公式與傳統單節點移動時的多普勒功率譜的表達式相似。參看圖3,對比幾個不同的α,α=0.1時譜型更相似于典型的U型譜。對于不同移動速度的節點,節點的速度比越小,導致的最大多普勒頻移越大。這些導致了VANET具有更加復雜的物理層統計特性,這些統計特性對VANET其它各層特性的研究有一定的參考價值。(2)根據公式(5),計算不同移動節點導致的最大多普勒頻移fd:結果表明,移動導致的多普勒頻移與節點的相對速度沒有關系,每個移動的節點都會導致多普勒頻移,存在于雙移動通信節點中的多普勒頻移為兩移動節點分別導致的多普勒頻移的和。3事東南角區域的內通信模型VANET目標是減少交通事故、改善交通問題,是未來發展的必然趨勢。最近,越來越多的研究人員從事VANE