基于LTE-V2X多场景无线信道测量与特性分析

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车联网(Vehicle-to-X,V2X)通信技术,作为我国新基建中物联网技术在高速领域的典型应用,近年来得到了国务院、发改委和工信部等各级政府部门的鼎力支持。为推动V2X通信技术在国内的发展,打造一套成熟的V2X行业商业运营体系,国家政府协调多方部门和单位组建了V2X产业发展专项委员会。现阶段国内正在推进基于蜂窝通信系统的V2X通信技术(Long Term Evolution-Vehicle to X,LTE-V2X),由于无线信道模型为通信系统设计与优化、网络部署与规划的基础,在正式部署LTE-V2X通信系统网络之前,针对不同交通场景制定标准化的信道模型具有重大工程意义。本文首先针对目前有关V2X通信系统的信道测量活动与标准化信道模型开展调研与分析,发现当今的信道模型并不适用于LTE-V2X通信系统。然后针对LTEV2X通信系统标准,搭建了信道测量系统。接着针对高速直道、城区直道和隧道三种场景,在车与路侧设备之间(Vehicle-to-Infrastructure,V2I)的LTE-V2I通信系统内开展实地信道测量工作。最后针对测量得到的信道数据,分析三种场景的无线信道传播特性。分析发现,相较于传统的蜂窝通信系统,LTE-V2I通信系统中高速直道场景和城区直道场景的路径损耗指数较大,这是因为LTE-V2I通信系统中发射机的部署位置较低,信号传播时受遮挡物影响更为严重。信号在隧道场景中因为受波导效应的影响,能量聚集,路径损耗小于自由空间。相较于高速直道场景和城区直道场景,隧道场景由于其封闭性,信号传播环境更为复杂,多径现象严重。丰富的多径信息使隧道场景的时延扩展、多普勒扩展现象更为严重,但也降低接收机侧两根天线的相关性,以此增强LTE-V2I通信系统的可靠性。此外,针对高速直道场景和城区直道场景,求解出不同平稳门限下的平稳距离。对比发现城区直道场景由于存在移动散射体,因此在同一平稳门限下的平稳距离要短于高速直道场景。针对隧道场景的信道特性进行分段分析,并探讨路侧设备在隧道场景中的合理部署位置。针对接收侧的天线相关性进行研究,总结出影响相关系数的两个因素。通过上述对三种场景的信道特性分析,可为LTE-V2X信道标准化工作提供参考。
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