面向车联网的多节点通信测试仿真仪研制

发布时间：2020-04-13 10:02

【摘要】：车联网旨在促进车辆之间及基础设施和车辆之间的消息交换,能够实现交通智能管理及车辆智能控制,可有效减少道路拥堵并提高道路安全。车载终端设备作为实现车联网的关键部分,其通信功能的可靠性与稳定性是用户和科研人员关注的重点。目前,为了评估车载终端设备在真实环境中的通信效果,测试人员需要针对不同环境做大量的外场实测,费时费力。考虑到车联网场景通信节点多、运动散射体丰富、存在节点间干扰等特点,建立了基于几何随机(Geometry-based Stochastic,GBS)的车联网多节点网络信道模型,提出了一种车联网多节点网络信道仿真仪的系统实现方案,并研制了面向车联网通信测试的信道仿真仪,其能够在室内复现真实传播信道对车联网系统中各个节点通信质量的影响,大大缩短车载通信设备的研发周期。论文主要工作如下:(1)研究了多节点无线信道中信道衰落、节点间干扰和信道噪声的基础理论,分别对衰落、干扰的确定性模型和统计性模型进行了分析比较;建立了基于GBS的车联网多节点网络信道模型,推导了基于通信场景和车辆运动轨迹的衰落模型参数计算过程,研究了节点间干扰与信道噪声的计算方法,并通过数值仿真验证了本文计算方法的正确性。(2)针对车联网多节点网络信道模型及预期性能指标,基于NI面向仪器系统的外设互联标准扩展(Peripheral Component Interconnect Extensions for Instrumentation,PXIe)硬件平台设计实现了一套车联网多节点网络信道仿真仪的原型化样机,详细分析了应用软件包括用户交互界面及信道参数计算的具体实现方案,以及多径时延模块、信道叠加模块和饱和截位模块等关键模块的LabView FPGA硬件实现方法。(3)针对本文研制的网络信道仿真仪进行了基础指标和校园场景的实测验证,首先利用典型测试信号对路径损耗、信道噪声和信道衰落等性能指标进行了详细测试,测试结果均与预设值及理论值一致;其次,利用视频信息传输通信系统对系统仿真功能进行了测试,同时在校园真实场景下进行外场实测,测试结果表明本文仿真仪能真实地复现出实际传播环境对车载通信设备的失真影响,可用于对被测车联网设备实时双工通信、动态组网等特性进行带有信道影响及不同拓扑结构的半实物仿真,大大缩短车载终端设备的研发周期并降低成本。
【图文】：

多普勒功率谱,自由空间传播,莱斯衰落

( ) p 瑞利衰落分布的概率密度仿真图如图 2.2 所示LOS 条件下，到达接收机的信号多包含一 ( t ) | u其中，(2 )( )j f tm t Ae + 为直射路径分量，，A, 频率和相位。 ( t)一般服从莱斯分布，其 PDF2 0 ( ) rp r e 其中，0 为莱斯衰落的标准偏差；0I ( x)为第为2222π0π1 2e( ) 2π1 erfAAp + + 其中，erf( )表示误差。莱斯衰落分布的概率

L ( t)表示信号传播过程中时变的多径数目；ll路径小尺度衰落的归一化表达式；l 表示第l 条传播路径的时延。进一步，第条路径衰落系数 ( )lh t 可看作无数条散射支路的叠加，将其建模为MT MRMT, , MR, , MRMT, , ,j ( ) j ( )j ( ) j11( ) e e eT Tl m l m l m l mMk r d k r dk v r tlmh t eM (2 M 表示散射支路的数量；l ,m 为初始相位，是满足 [0,2 ]均匀分布的随机变量MR MR MRTx y z d d d 和MT MT MT MTTx y z d d d d 分别表示收发天线的位置矢量；MS, , l mr 别为到达角和离开角的单位极坐标矢量，表达式为, ,ZOA , ,AOAMS, , , ,ZOA , ,AOA, ,ZOAsin( )cos( ) sin( )sin( )cos( )l m l ml m l m l ml m r (2, ,ZOD , ,AODBS, , , ,ZOD , ,AOD, ,ZODsin( )cos( ) sin( )sin( )cos( )l m l ml m l m l ml m r (2 、分别为离开或到达路径的水平角度和俯仰角度。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U495

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