街道环境V2V通信信道建模与容量分析

针对街道3D散射环境下的车载通信信道,考虑到道路两边高楼、树木等散射体,且收发两端处于移动状态,采用多天线技术,建立椭圆柱散射模型。运用几何分析法,推导了时间自相关函数（ACF）、空间互相关函数（CCF）,比较视距（LOS）和非视距（NLOS）情况下ACF和CCF的差异,验证仿真方法的可行性;研究了信道容量在不同天线阵列和散射环境下的区别,突出了3D模型更加精确。测量结果与理论分析的一致性表明该3D模型的可用性,拓宽了车载通信系统的研究。     

一种V2V多天线几何去极化信道建模

随着极化相关技术的发展,极化调制在V2V（vehicle-to-vehicle)通信系统中的应用越来越广泛。但由于V2V通信环境复杂,极化调制在V2V通信中会产生去极化效应,从而影响通信质量。为了能够识别去极化效应的大小,提出一种新的基于几何散射理论的V2V多天线极化信道模型。该模型可通过已知的多天线配置、极化场辐射模式及散射体的空间分布,建立去极化效应模型,从而将信道的去极化效应由交叉极化鉴别度——XPD(cross polarization discrimination)的值表示,以拓展极化调制在V2V系统中的使用范围,提高传输速率。实验结果表明,XPD的值受到车辆间距离影响存在阈值,并强烈依赖于到达方位角的分布常数,且当到达方位角的值不同时,改变到达仰角的最大值的大小,XPD值的变化呈固定趋势。因此,本文所提出的多天线几何信道模型,成功的将极化引入多天线的V2V通信,可以为极化域通信的进一步研究奠定基础。     

5G隧道环境非平稳宽带双散射簇V2V信道建模

针对5G隧道V2V通信环境,提出了一种通用的3D非平稳宽带双散射簇信道模型。在该模型中,接收信号为视距(line-of-sight,LOS)传播的分量和通过双散射簇模型传播即非视距(non-line-of-sight,NLOS)传播的分量之和。为了研究散射簇的非平稳特性,引入生灭过程算法来模拟散射簇在阵列和时间轴上的出现和消失过程。通过推导空间互相关函数、时间空间自相关函数和多普勒功率谱密度等相关统计特性,研究了散射簇的非平稳特性对MIMO信道的影响。数值仿真结果与先验结果较匹配,表明该模型能够较好地描述实际5G隧道环境下的V2V通信。     

基于5G波段的V2V高速无线信道建模

高速移动的车车(Vehicle-to-Vehicle,V2V)信道与传统蜂窝系统的无线信道相比,其不同在于V2V无线信道的快速时变特性,主要体现在多径分量的快速变化、存在较大多普勒频移以及每条多径都具有动态生/灭特性。提出了一种高速无线信道建模方法,采用马尔科夫链模拟信道的动态生/灭特性,基于Nakagami分布仿真莱斯、瑞利等信道单径衰落,用抽头延时线模型完成高速多径信道建模。与传统无线信道建模方式相比,具有快速建模、动态改变和易于产生的特点,为高速移动无线接收机算法的开发奠定了基础。仿真结果表明,城市车内天线(UIC)信道多径数目最多,衰落最严重。     

衰落信道下V2V通信系统性能分析

针对V2V通信的连接性能问题,将衰落引起的信道随机性纳入分析,提出了一种在衰落信道中对V2V连接性能的分析算法,并将物理层和MAC层相结合,分析了不同衰落模型下V2V通信系统性能,包括对包丢失率、吞吐量、平均延时等通信性能指标,并通过仿真验证。仿真结果表明,瑞利信道的连接性能比Nakagami-m信道高,但信号的传输性能Nakagami-m信道全面优于Rayleigh信道。     

基于几何随机的无人机3D信道模型

针对无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)信道,提出了使用二维单环和三维半球体建模的无人机信道模型.在提出信道模型的基础上,推导并分析了参考模型和仿真模型的空—时相关函数(space time correlation function,STCF)、多普勒功率谱密度(Doppler power spectral density,DPSD)和二阶统计特性如包络电平交叉率(level crossing rate,LCR).研究了不同的参数对UAV信道统计特性的影响,并将所提模型分别与单球模型和测量值对比.结果表明,莱斯因子、移动散射体速度等对信道特性有显著影响,所提模型时间相关性比单球模型高约20％,并与测量值拟合良好,验证了模型的准确性.     

基于MIMO的对流层散射通信信道损耗研究

针对多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)场景下的对流层散射通信信道损耗进行了研究。在设计远距离MIMO通信系统时,链路损耗估计是其中的关键技术,而现有技术在损耗估计时都忽略了波束与散射体碰撞时的能量损耗。根据湍流非相干散射理论,首先将对流层建模为多条可微的曲线,从而与发射和接收天线阵列构成曲边梯形,根据此信道几何模型,计算入射角、反射角和散射角的角度关系;其次,建立了电磁波束射入散射体后散射波在散射体表面的能量分布模型;最后,根据波束传输距离,量化散射信道的损耗,推导得到基于MIMO对流层散射信道的衰落系数和信道矩阵。将仿真计算结果与实际数据进行对比,验证了所提模型在链路损耗估计问题上的有效性和准确性,同时根据仿真结果对接收天线的仰角设计提出了建议。     

基于上下文感知分布式信标调度方案的V2VC拥塞控制

针对车辆与车辆通信(V2VC)系统中由于车辆高移动性、动态网络拓扑和有限网络资源导致网络拥塞的问题,提出了一种上下文感知分布式信标调度方案.它基于空间上下文信息以类TDMA传输方式动态调度信标,在可预见的延迟和高可靠性下传输信标,基于信道负荷的局部测量和包括在信标中的上下文信息知识,每个节点以分布式方式在分配的时隙动态调度信标传输.仿真实验使用真实信道模型和IEEE 802.11p PHY/MAC模型内各种通信场景评估提出的信标调度方案,结果表明,方案的性能在数据包传输率和信道访问延迟方面优于周期性调度,并且可以满足安全应用的需求.     

SOC水声信道模型及其计算方法研究

对水下声波通信环境中的无线传播信道直达与非直达环境进行研究,引入几何参考模型,设计出相关模型。假设在三维水下空间的一个二维竖直横截面上均匀分布着数量无限的散射体,文中推导了水声信号到达角的概率密度函数、时间自相关函数以及多普勒功率谱密度的表达式,并分析了其几项主要参数对信道统计特性的影响。文中根据假设的参考模型提出了SOC(Sum of Cisoids) 水声信道模型,以及所需参数的两种有效计算方法,并对二者的性能进行了比较。该研究拓宽了水下无线信道建模的研究方向,并且很大程度地减少了数值计算开支,降低了模型的设计与仿真的复杂度。     

基于移动扩展模型的无人机三维空地非平稳信道建模

无人机空地信道几何统计模型通常采用固定的速度和移动方向,无法描述UAV空地传播环境的非平稳特性。面向基于双圆柱散射体的UAV三维空地信道模型,提出在空地建模中引入具有动态速度和移动方向的高斯马尔可夫模型,模拟无人机在现实环境中的变化;为了使该模型模拟不同的运动,引入扩展因子切换模型的运动轨迹;此外,运用几何分析法,根据时变的速度和运动方向推导了空时相关函数和多普勒功率谱密度,并研究了无人机水平和垂直运动对信道统计特性的影响。仿真结果表明,扩展的模型仅会导致时域的非平稳,对空域没有影响,并验证了扩展模型的通用性。     

3D non-stationary vehicle-to-vehicle MIMO channel model for 5G millimeter-wave communications

Vehicle-to vehicle (V2V) is one of the most challenging scenarios in the fifth-generation (5G) millimeter-wave (mmW) mobile communication networks. Existing models cannot be utilized without development for compatibility with modern measurements, which have proved that the wide-sense stationary (WSS) modeling assumption is valid only for very short intervals. In this paper, a novel three-dimensional (3D) geometry-based stochastic model (GBSM) for non-stationary (non-WSS) narrowband V2V multi-input-multi-output (MIMO) channel with both 3D fixed and moving scatterers around the transmitter (Tx) and the receiver (Rx) is proposed. The azimuth angle of departure (AAoD), elevation angle of departure (EAoD), azimuth angle of arrival (AAoA) and elevation angle of arrival (EAoA) of the 3D moving scatterers have been considered as time varying angles, and this makes the model non-stationary. Based on the proposed model, the statistical properties, including space-time correlation function (STCF), space-Doppler power spectral density (SD-PSD), level crossing rate (LCR), and average fade duration (AFD) are derived and compared with those of measured data and state-of-the-art channel models. Finally, the close agreement between results reveal that the proposed 3D model with 3D moving scatterers reflects the real-world V2V channel characteristics, especially in 5G mmW networks.     

基于几何随机的无人机空地信道模型

针对传统无人机空地信道模型不支持三维飞行轨迹和三维天线的问题，通过引入空间旋转矩阵和轨迹参数，提出了一种基于几何随机的无人机空地三维信道改进模型。该模型结合无人机对地通信场景的特殊性，利用时变布尔变量描述视距路径、地面反射径和散射路径的动态生灭过程。同时，文中还给出了二维角度、时延和功率等模型参数的时间演进算法，用于复现无人机对地信道的时变统计特性。数值仿真结果表明，改进模型输出的空时相关特性和多普勒功率谱均与理论值吻合，并且自相关特性与实际测量结果基本一致，该模型可应用于辅助无人机空地无线通信设备的方案优化、算法验证和性能评估等领域。     

3D non-stationary wideband circular tunnel channel models for high-speed train wireless communication systems

This paper proposes three-dimensional (3D) non-stationary wideband circular geometry-based stochastic models (GBSMs) for high-speed train (HST) tunnel scenarios. Considering single-bounced (SB) and multiple-bounced (MB) components from the tunnel’s internal surfaces, a theoretical channel model is first established. Then, the corresponding simulation model is developed using the method of equal volume (MEV) to calculate discrete angular parameters. Based on the proposed 3D GBSMs, important time-variant statistical properties are investigated, such as the temporal autocorrelation function (ACF), spatial cross-correlation function (CCF), and space-Doppler (SD) power spectrum density (PSD). Results indicate that all statistical properties of the simulation model, verified by simulation results, can match well those of the theoretical model. The statistical properties of the proposed 3D GBSMs are further validated by relevant measurement data, demonstrating the flexibility and utility of our proposed tunnel GBSMs.     

基于车车通信的前向碰撞预警策略

针对车车（V2V）通信下前向碰撞预警（FCW）系统延时时间内,传统模型假定主车匀速和全球定位系统（GPS）无误差从而明显低估碰撞风险的问题,提出了一种修正GPS误差及考虑延时时间内主车运动状态的FCW策略。首先,分析了基于V2V通信的FCW系统的整体工作流程,并对其中的关键延时采用高斯模型进行建模;其次,确立了修正GPS误差并考虑延时时间内主车运动状态的碰撞避免模型,并根据远车匀速、加速、减速分为三种不同场景制定相应的预警策略;最后,针对延时时间内主车加速运动的情形,通过Matlab对提出的FCW策略进行仿真。仿真结果显示该预警策略的平均成功避撞率可达96%,表明了它在不同场景下预警的有效性。     

无人机空中基站对地信道建模及功率覆盖预测

传统统计建模方法难以对特定场景下的无人机信道做出精确预测。针对城市场景下的无人机信道,结合确定性信道建模法,基于射线跟踪原理构建了一种无人机基站-地信道模型,该模型考虑了散射次数对接收功率的影响,将到达地面接收机的射线分为视距路径、一次散射路径和二次散射路径;给出了基于射线跟踪原理的传播损耗和3种路径相应的功率计算方法,该方法沿路径计算场强。在利用数字地图预处理技术对城市建筑物进行简化后,对该场景下无人机信道的传播路径、损耗、功率延迟分布以及功率覆盖情况进行了仿真验证。数值仿真结果表明,本模型能够准确复现城市传播环境及传播状况,覆盖预测结果可用于优化无人机部署。     

面向C-V2X通信的基于深度学习的联合信道估计与均衡算法

为了在不显著提升计算复杂度的情况下,有效提升通信系统的误码率（BER）性能,利用深度学习在数据处理方面的强大能力,提出一种面向基于蜂窝网络的车联网（C-V2X）通信的基于深度学习的联合信道估计与均衡算法——V-EstEqNet。与传统算法分两个阶段分别进行信道估计与均衡不同,V-EstEqNet将通信系统接收机中的信道估计与信道均衡进行联合考虑,并利用深度学习网络直接对接收数据进行校正和恢复,无须进行显式的信道估计环节即可完成信道均衡。具体而言,首先利用大量的接收数据对网络进行离线训练,使网络学习到叠加在接收数据中的信道特性;然后利用该特性恢复原始的发送数据。仿真实验结果表明,在不同的速度场景下,所提算法可以更加有效地追踪信道特性;同时,相较于传统信道估计算法（最小二乘法（LS）和线性最小均方误差法（LMMSE））配合传统信道均衡算法（迫零（ZF）均衡算法和最小均方误差（MMSE）均衡算法）,所提算法在低速环境下有最高有6 dB的BER增益,在高速环境下最高有9 dB的BER增益。     

基于滑窗滤波和多项式拟合的时变信道估计方法

基于长期演进（LTE）的车辆到一切（LTE-V2X）标准沿用LTE标准的帧格式,并采用块状导频辅助的单载波频分多址（SC-FDMA）系统完成信道估计。然而,由于V2X信道的时变特性,接收机信道估计面对巨大的技术挑战。因此,设计了一种基于滑窗滤波和多项式拟合的时变信道估计方法。针对导频符号处的噪声问题,在最小二乘（LS）方法基础上,采用了自适应长度的滑动窗口滤波进行降噪处理,从而保证导频符号处的信道估计精度。另外,根据多普勒频移大小,设计了自适应阶次的多项式拟合方法来跟踪数据符号处的信道变化。仿真结果表明,所提方法在LS方法的基础上有良好的去噪效果,在低速移动情况下的估计精度介于LS方法和线性最小均方误差（LMMSE）方法之间,而该方法在高速移动条件下能更好地拟合信道的时变特性,且性能上超过了LMMSE方法结合线性插值的信道估计方法。以上结果说明,所提方法相对于对比方法具有更好的自适应性,适用于不同的信道噪声和终端移动速度下的LTE-V2X通信场景。     

列车间多频段直接通信系统设计及性能分析

列车间直接通信对减少铁路交通事故的发生具有重大意义,但是目前只设计出了平原环境下列车间直接通信的通信系统。设计了既适用于平原环境也适用于隧道环境下列车间直接通信的多频段通信系统下并在隧道环境下分析了该通信系统的通信性能。确定了适合隧道环境中通信的毫米波工作频段和通信范围;设计了既可适用于平原环境也可适用于隧道环境下的多频段接收机和多频段发射机,并计算了接收机的灵敏度;最后通过分析电磁波在隧道内的传播方式、隧道壁粗糙度以及不同隧道类型对电磁波的损耗模型、帐篷定律以及隧道环境下电磁波传播的多径效应,分别建立了单线和双线铁路隧道中列车间直接通信信道的确定性模型和统计模型。通过仿真分析得出,所提出的隧道中列车间8?mm波直接通信方案是可行的。