车载自组网络中多径散射信道模型研究

车载自组网络中多径散射信道模型研究

0测试网络的无线传输模型该算法创造性地将dap（移动adhoc网络）技术应用于车辆，并根据视野中其他车辆的状态信息（如速度、方向、位置等）以及实时路况信息。这是智能交通系统的核心组成部分，可以显著降低交通事故的发生率，提高驾驶员的驾驶安全，并改善乘客的舒适度。例如，网络信息服务）。统计数据和研究资料表明,我国已进入道路交通事故高发期,道路交通安全形势十分严峻。在2003年ITU-T的汽车通信标准化会议上,各国专家提出的车用自组织网络VANET(VehicleAd-HocNetwork,简称)技术有望在2010年将交通事故带来的损失降低50%。与MANET一样,VANET与传统的无线网络有着巨大不同,主要表现在VANET能够满足的用户应用及安全性能。这是因为VANET是极其特殊的无线自组网,具有自身独特的特点,如:节点的高速移动性、对等性,动态拓扑的不完全随机性等物理层特征,这些会导致网络具有更高的不公平性等特点。文献综合研究MANET物理层因素对其他各层的影响。文献具体研究了MANET物理层特性对MAC(MediumAccessControl)层的重要作用。从另外一个角度表明:VANET物理层特性与传统无线网络有着显著区别,这导致其高层通信性能的差别,因此现有无线网络技术不一定适用于VANET。故研究VANET中双移动通信节点间的无线信道模型是很有必要的。关于移动到移动通信节点间信道特性的研究,目前已经有些有用的结果。Akki和Haber研究二维环境下移动到移动通信的无线衰落信道,考虑一种“双环”接、发射端模型,结果表明,在没有直射分量和窄带平坦衰落条件下,接收信号包络符合瑞利衰落,但信道统计特性与传统无线衰落信道差别很大。本文主要讨论三维开阔区车辆间通信的无线信道,推导信道的自相关函数与多普勒功率谱的解析表达式,考虑了配备定向天线的车辆终端,该模型更适应于实际的传输环境。1worm无线传感器模型1.1无线信道的传输函数假设两个车辆都以恒定速率Vi(i=1,2)移动,一个为发送终端,另一个为接收终端,建立坐标系图1,V与z轴同向,iϑ(i=1,2)是到达波(发射波)与运动方向的夹角,ϕi(i=1,2)是到达波(发射波)在XY平面的投影与X轴的夹角。图2为图1的参考坐标系。依据单节点移动符合开阔区域随机信道模型的传输信道函数的定义,在这里扩展该种方法,得出三维开阔区域车辆间通信信道的传输函数,即双移动节点间通信的无线信道:其中,f0为载波频率;kV(k=1,2,,N)为第k个接收波的幅度;φk(k=1,2,,N)为第k个接收波的随机相位,是天线和散射体交互作用等累积的相位变化;τk(k=1,2,,N)为第k个接收波的路径传播时延;Kik(i=1,2;k=1,2,,N)为发射端(接收端)发送(接收)的第k个波的方向矢量;ri(i=1,2)为移动终端移动方向的单位矢量。在此,定义双移动车辆导致的最大多普勒频移为fd。分析公式(1),计算Kik⋅ri(i=1,2)。其中K1k⋅r1,K2k⋅r2分别为发射端移动和接收端移动导致的相位变化。设双移动节点产生的相位变化为fk,那么可以计算:其中,ϑik(i=1,2;k=1,2,,N)为发射端(接收端)发送(接收)的第k个波与车辆移动方向的夹角。根据自由空间的波形矢量判决准则,设自由空间波数为K0,可以得出:那么:于是:化简公式(1)为:设VANET中双移动节点导致的最大多普勒频移为fd,可用下面的公式计算,为两移动节点分别导致的最大多普勒频fdi(i=1,2)之和:1.2信号自相关函数假设信道为广义平稳不相关散射,具有各态历经性。因此,当l≠k时,E{exp[j(φk-φl)]}=0,信道的时间自相关函数等于其自相关函数。设发射已调信号的幅度为A0,则接收端接收到的第k个波幅度为:其中,ak为接收的第k个波的增益的平方根;iF(Kik)(i=1,2;k=1,2,,N)为天线的辐射函数。将公式(7)带入公式(6),得出:那么简化VANET双移动节点间无线信道时间自相关函数为:1.3密度函数解析依据维纳-辛钦定理:广义平稳随机过程的自相关函数与其功率谱密度函数是一对傅立叶变换。根据上面推导的VANET自相关函数的解析表达式,得出VANET无线信道的多普勒功率谱密度函数解析表达式为:参看附录II的公式化简,设V1/V2=α,且定义0<α≤1(那么,fd2=fd1/α=V1f/αc,fd1=V1fc/c分别为接收端和发射端移动导致的最大多普勒频移),得出最终的多普勒功率谱的解析表达式:分析该公式,当a→0,与传统无线信道的多普勒功率谱表达式相同。2双移动节点间的无线衰落信道的多普勒功率谱假设车载天线为半波偶极子,且直于运动的方向,参看附录I,设合适的归一化系数K,那么仰角为ϑi的发射波概率密度函数为:结果如图3所示,纵轴为归一化多普勒功率谱SH(υ)/σH2,单位dB;横轴为VANET中双移通信节点导致的多普勒频移υ,单位Hz;fm1=30Hz,fm2=fm1/α。(1)VANET中双移动节点间无线衰落信道的多普勒功率谱与传统单节点移动的多普勒功率谱有很大不同。传统单节点移动的多普勒功率谱为典型的U型谱,如公式(11)的分析,当α→0该公式与传统单节点移动时的多普勒功率谱的表达式相似。参看图3,对比几个不同的α,α=0.1时谱型更相似于典型的U型谱。对于不同移动速度的节点,节点的速度比越小,导致的最大多普勒频移越大。这些导致了VANET具有更加复杂的物理层统计特性,这些统计特性对VANET其它各层特性的研究有一定的参考价值。(2)根据公式(5),计算不同移动节点导致的最大多普勒频移fd:结果表明,移动导致的多普勒频移与节点的相对速度没有关系,每个移动的节点都会导致多普勒频移,存在于双移动通信节点中的多普勒频移为两移动节点分别导致的多普勒频移的和。3事东南角区域的内通信模型VANET目标是减少交通事故、改善交通问题,是未来发展的必然趋势。最近,越来越多的研究人员从事VANE