本發(fā)明涉及車輛網(wǎng)無線通信，具體涉及一種車聯(lián)網(wǎng)車-車通信非平穩(wěn)寬帶無線信道建模方法。

背景技術(shù)：

1、車-車通信是車聯(lián)網(wǎng)中的重要組成部分，其可提供顯著的安全效益，有望成為自主駕駛車輛的關(guān)鍵部件，還可以提供高吞吐量、低時延安全性和車輛之間的交通效率。高效、準(zhǔn)確的無線信道模型是無線網(wǎng)絡(luò)部署、通信系統(tǒng)優(yōu)化等的重要依據(jù)，因而非常有必要開展車-車通信信道建模的研究。

2、當(dāng)今，現(xiàn)有的車-車無線通信理論信道模型主要分為兩大類：確定性模型和隨機性模型。確定性信道建模方法使用電磁波傳播理論求解麥克斯韋方程組，或者使用幾何近似的數(shù)值方法來分析無線信道傳播特性，具有特定場景下建模精度高的優(yōu)點。射線跟蹤法是一種典型確定性模型，該方法通過構(gòu)建準(zhǔn)確的電波傳播環(huán)境，并模擬電波的直射、反射、散射、衍射等機理來分析信道衰落特性，該方法具有準(zhǔn)確度高的優(yōu)點，但是產(chǎn)生的計算量較大，在動態(tài)場景下往往會產(chǎn)生海量計算的負(fù)擔(dān)。隨機性模型利用信道傳播特性的統(tǒng)計信息進行分析和建模，在信道模型的復(fù)雜性和準(zhǔn)確性之間有一個較好的折衷，也是目前最常用的信道模型，眾多模型中基于幾何的隨機模型最具有代表性。然而針對車聯(lián)網(wǎng)車-車通信應(yīng)用場景，現(xiàn)有的信道建模方法均未將車輛跟馳移動性以及車輛的變道行為考慮在內(nèi)，難以刻畫車輛行駛行為對信道非平穩(wěn)性的影響。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種車聯(lián)網(wǎng)車-車通信非平穩(wěn)寬帶無線信道建模方法，以解決上述背景技術(shù)中存在的至少一項技術(shù)問題。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供一種車聯(lián)網(wǎng)車-車通信非平穩(wěn)寬帶無線信道建模方法，包括：

4、步驟1：收發(fā)端天線位于車輛頂部，根據(jù)收發(fā)端車輛位置，采用泊松過程初始化收發(fā)車輛間車道上的車輛數(shù)目和位置，僅考慮收發(fā)端間范圍內(nèi)的車輛，并將所有車輛抽象化頂點簇；

5、步驟2：針對車輛跟馳運動模型，采用krauss模型更新相同車道中車輛的跟馳速度；每隔固定時長對所有車輛進行變道判斷，基于安全距離的方式來判斷車輛是否進行換道；針對變道車輛，采用4次bezier曲線描述車輛的變道軌跡，曲線的5個控制點中的起始點為變道起始位置和終止位置，其余3個控制點在運動方向上和車輛變道方向上均勻分布；

6、步驟3：根據(jù)構(gòu)建的頂點簇，構(gòu)建視距鏈路和單跳鏈路；根據(jù)視距鏈路的第一菲涅爾橢球區(qū)域與其他車輛的位置關(guān)系判鏈路是否受到遮擋，基于繞射理論計算遮擋視距鏈路的增益；采用傳播圖理論計算單跳鏈路增益，計算所有鏈路的傳輸函數(shù)；更新時間，更新所有車輛的位置和速度，刪除移至收發(fā)端間范圍外的車輛，重復(fù)步驟2和步驟3，直至仿真截止時間。

7、進一步的，發(fā)端車輛和收端車輛的速度和位置是確定的，其他車輛的分布服從泊松過程，基于初始時刻、發(fā)端車輛中心的初始坐標(biāo)、收端車輛中心的初始坐標(biāo)，以車輛前行方向為x軸正方向，計算收發(fā)端間的每個車道內(nèi)的其他車輛數(shù)目；同一車道內(nèi)相鄰兩車的x坐標(biāo)差服從指數(shù)分布；基于車輛的長寬高參數(shù)和車輛的中心位置，將每輛車抽象化為頂點簇，且簇內(nèi)頂點數(shù)目為nm，對于車輛m而言，確定其簇內(nèi)點n均勻分布的范圍。

8、進一步的，采用krauss模型更新相同車道中車輛的跟馳速度，所有車輛速度更新時間間隔為δtc，將同一車道內(nèi)前車和后車分別記為l和f，其在時間t的行駛速度分別為vl(t)和vf(t)，為了保證后車的安全跟馳，后車f的行駛速度需滿足：

9、

10、其中，g(t)為前后車的間隔，tr表示駕駛員反應(yīng)時長，b為車輛剎車最大減速度。

11、進一步的，后車的安全速度為：

12、

13、考慮車輛和道路所允許的最高行駛速度vmax，則后車的期望行駛速度為：

14、vdes(t)＝min{vmax,vsafe(t),v(t)+aδtc}

15、其中，a表示車輛的最大加速度；

16、考慮駕駛員的非理想操作，則在時間t+δtc時后車的實際行駛速度為：

17、vf(t+δtc)＝max{0,vdes(t)-εa}

18、其中，ε為均勻分布在(0,1)間的隨機變量。

19、進一步的，每隔固定時長δt對所有車輛進行變道判斷，并采用基于安全距離的方式來判斷車輛是否進行換道；

20、若車輛在時間t均滿足以下4個條件則執(zhí)行變道操作：

21、c1：g(t)＜min{vdes(t),vmax}δtc

22、c2：go(t)＞g(t)

23、c3：

24、c4：rand＜pw

25、其中，go(t)表示后車與鄰道前方車輛的間隔，go,b(t)表示后車與鄰道后方車輛的間隔，vo,b(t)表示鄰道后方車輛的行駛速度，rand是均勻分布在(0,1)間的隨機變量，pw為預(yù)設(shè)的變道概率閾值。

26、進一步的，針對確定要變道的車輛，采用4次bezier曲線描述車輛的變道軌跡，其中曲線中的5個控制點中的起始點為變道起始位置和終止位置，其余3個控制點在運動方向上和車輛變道方向上均勻分布；基于設(shè)車輛m開始變道的時間為t、車輛沿x軸行駛速度為vm(t)、車輛變道所需的時長為δtw、結(jié)束變道的時間為t+δtw，計算5個控制點的坐標(biāo)；根據(jù)上述5個控制點的坐標(biāo)，計算得到車輛的變道軌跡。

27、進一步的，將發(fā)端車輛和收端車輛天線抽象化為點集合，分別記為和將收發(fā)端車輛范圍內(nèi)的其他車輛抽象化為頂點簇，記為且有1≤m≤m，其中m表示收發(fā)端范圍內(nèi)其他車輛的數(shù)目；根據(jù)收發(fā)端車輛的和其他車輛，構(gòu)建視距鏈路和單跳鏈路，其中視距鏈路可表示為若視距鏈路的第一菲涅爾橢球區(qū)域內(nèi)存在其他車輛等障礙物，則視距鏈路退化為遮擋鏈路，若完全遮擋住第一菲涅爾橢球區(qū)域，則視距鏈路消失；單跳鏈路可表示為且有1≤m≤m。

28、進一步的，第一菲涅爾橢球區(qū)域判別規(guī)則如下：對于車輛m，若其簇內(nèi)點n的位置滿足下列條件則視為該障礙物侵入了視距鏈路的第一菲涅爾橢球范圍；若視距鏈路的第一菲涅爾橢球范圍內(nèi)存在多個障礙物，利用bullington方法將多個障礙物等效為一個單屏，進而計算其菲涅爾參數(shù)。

29、進一步的，采用傳播圖理論對視距/遮擋視距鏈路、單跳鏈路進行信道建模，基于任意兩個不同簇間的頂點間的鏈路的頻域傳輸函數(shù)，確定不同簇頂點間構(gòu)成的邊的增益；在考慮多天線條件下，則最終的多輸入多輸出信道的時變頻域傳輸函數(shù)為視距分量和單跳分量之和，對多輸入多輸出信道的時變頻域傳輸函數(shù)做傅里葉逆變換，即可得到對應(yīng)的時變信道沖激響應(yīng)。

30、進一步的，更新時間，更新所有車輛的位置和速度，刪除移動至收發(fā)端間隔范圍外的車輛；若當(dāng)前時刻為信道演化時間間隔的整數(shù)倍，則生成泊松隨機正整數(shù)作為新時刻的車輛數(shù)目；若當(dāng)前車輛數(shù)目少于該隨機數(shù)，則基于步驟1生成新的車輛。

31、本發(fā)明有益效果：根據(jù)收發(fā)端車輛位置，采用泊松過程初始化收發(fā)車輛間車道上的車輛數(shù)目和位置，僅考慮收發(fā)端間范圍內(nèi)的車輛，并將所有車輛抽象化頂點簇。針對車輛跟馳運動模型，采用krauss模型更新相同車道中車輛的跟馳速度；每隔固定時長對所有車輛進行變道判斷，基于安全距離的方式來判斷車輛是否進行換道。針對變道車輛，采用4次bezier曲線描述車輛的變道軌跡，曲線的5個控制點中的起始點為變道起始位置和終止位置，其余3個控制點在運動方向上和車輛變道方向上均勻分布。根據(jù)構(gòu)建的頂點簇，構(gòu)建視距鏈路和單跳鏈路；根據(jù)視距鏈路的第一菲涅爾橢球區(qū)域與其他車輛的位置關(guān)系判鏈路是否受到遮擋，基于繞射理論計算遮擋視距鏈路的增益；采用傳播圖理論計算單跳鏈路增益，計算所有鏈路的傳輸函數(shù)；更新時間，更新所有車輛的位置和速度，刪除移至收發(fā)端間范圍外的車輛，重復(fù)上述步驟，直至仿真截止時間。該方法彌補了現(xiàn)有車聯(lián)網(wǎng)車車通信信道建模理論中未考慮車輛加速減速的移動模型和變道行為，為車聯(lián)網(wǎng)車-車通信寬帶無線信道建模提供了一種新方法。

32、本發(fā)明附加方面的優(yōu)點，將在下述的描述部分中更加明顯的給出，或通過本發(fā)明的實踐了解到。