一种基于毫米波的车载自组织网络性能分析法制造技术

本发明专利技术公开了一种基于毫米波的车载自组织网络性能分析方法，包括：建立基于毫米波的车载自组织网络，所述基于毫米波的车载自组织网络中车辆节点分布在单向直道路上，其到达过程服从齐次泊松点过程，通信链路分为视距链路和非视距链路，信道衰落服从指数分布，建立毫米波车联自组织网络的分析模型；根据毫米波车联自组织网络的分析模型，计算网络覆盖概率、传输容量、区域频谱效率、可达速率覆盖概率。与现有技术相比，本发明专利技术充分考虑了无线通信过程中车辆节点空间分布、阴影效应、信道衰落和同频干扰影响因素的作用，并充分利用毫米波波束窄、指向性强的特点来提高有用信号的功率和抑制同频干扰，更能反映车联自组织网络的实际通信场景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于毫米波的车载自组织网络性能分析法
本专利技术属于无线通信领域，更具体地，涉及一种基于毫米波的车载自组织网络性能分析方法。
技术介绍
车联网通过建立人到车、车到车、车到路边单元等形式的网络，可以实现车辆之间道路交通状况的共享、车辆行驶和制动信息的交换，进一步提供多媒体共享和移动网络服务等功能。早期对车联网络的研究主要集中在车辆的相对位置上。通常仅从几何的角度出发，简单地认为当车辆的欧氏距离小于某个阈值时，通信就可以实现，而超过该阈值时车辆之间的通信无法建立或者发生通信中断。更近一步的研究是根据车辆的空间位置，按照一定的策略将车辆分簇，将整个车联网络构建成二层网络。但上述研究都忽略了信道状况。信道可能存在着衰落和阴影效应，同时进行通信的车辆之间可能存在着同频干扰，导致车辆的通信情况不单单只受间距的影响。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术提供了一种基于毫米波的车联自组织网络性能分析方法，通过计算毫米波网络的覆盖概率、传送容量和区域频谱效率、可达速率的覆盖率来对毫米波网络进行定量分析，将信道衰落、阴影效应和同频干扰等通信因素纳入到车联网性能分析的影响因素考虑之中，由此解决现有对车联网络性能分析过程中对通信因素考虑不足的问题。为实现上述目的，本专利技术提供一种基于毫米波的车载自组织网络性能分析方法，该方法包括以下步骤：S1.建立基于毫米波的车载自组织网络，其中，车辆之间的通信使用毫米波；S2.所述基于毫米波的车载自组织网络中车辆节点分布在单向直道路上，其到达过程服从齐次泊松点过程，通信链路分为视距链路和非视距链路，信道衰落服从指数分布，建立毫米波车联自组织网络的分析模型；S3.根据毫米波车联自组织网络的分析模型，计算网络覆盖概率Pc；S4.基于网络覆盖概率Pc，计算基于毫米波的车载自组织网络的传输容量λ*；S5.基于传输容量λ*和网络覆盖概率Pc，计算基于毫米波的车载自组织网络的区域频谱效率ASE；S6.基于网络覆盖概率Pc，计算基于毫米波的车载自组织网络的可达速率覆盖概率Pr。具体地，基于毫米波的车载自组织网络化为主瓣和旁瓣的模型，G为天线毫米波波束的主瓣增益，g为天线毫米波波束的旁瓣增益，天线模型为如下：前半部分的天线增益后半部分的天线增益干扰链路的天线增益任意两个通信车辆之间通信链路的天线增益Gi、任意通信车辆与路边单元通信链路的天线增益Gj和GI同分布。具体地，所述网络覆盖概率Pc的计算公式如下：其中，其中，T为信号与干扰加噪声比阈值，N0为环境噪声，Pt为车辆节点的发射功率，G为天线毫米波波束的主瓣增益，g为天线毫米波波束的旁瓣增益，r0为典型链路的长度，αL为视距链路的路径损耗指数，αN为非视距链路的路径损耗指数，LΦ为其他通信车辆引起的干扰，其中，LΦ＝LΦFLΦB，LΦF为典型节点前方通信车辆引起的干扰，LΦF＝LΦFLLΦFN，其中，LΦFL和LΦFN分别为该部分的视距干扰和非视距干扰，LΦB为典型节点后方通信车辆引起的干扰，LΦB＝LΦBLLΦBN，其中，LΦBL和LΦBN分别为该部分的视距干扰和非视距干扰，LM为通信路边单元引起的干扰，LM＝LMFLMB，LMF为典型节点前方通信路边单元引起的干扰，LMB为典型节点后方通信路边单元引起的干扰，λ为正在通信车辆的密度，ak、bk为归一化的天线增益，pk为典型节点波束方向指向的概率分布，pk∈{0.5，0.5}，其中，Ph为路边单元的发射功率，Pt为车辆节点的发射功率，ρ为通信链路中障碍物密度的参数，L为相邻两个路边单元的间距，y为典型节点到其前方第一个路边单元的距离。具体地，所述传输容量λ*的计算公式如下：其中，LM为通信路边单元引起的干扰，T为信号与干扰加噪声比阈值，N0为环境噪声，Pt为车辆节点的发射功率，G为天线毫米波波束的主瓣增益，r0为典型链路的长度，αL为视距链路的路径损耗指数，αN为非视距链路的路径损耗指数，FL、FN、BL、BN为中间变量，ak、bk为归一化的天线增益，pk为典型节点波束方向指向的概率分布，pk∈{0.5，0.5}，ρ为通信链路中障碍物密度的参数，Pc为网络覆盖概率。具体地，区域频谱效率ASE的计算公式如下：ASE＝λ*log2(1+T)Pc其中，λ*为传输容量，Pc为网络覆盖概率，T为信号与干扰加噪声比阈值。具体地，可达速率的覆盖概率Pr的计算公式如下：Pr＝P[Blog2(1+SINR)＞RT]其中，B为通信带宽，SINR为信干噪比，RT为信干噪比等于阈值T时的可达速率。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：(1)本专利技术通过将毫米波技术与传统的车联网相结合，拥有丰富的可利用的频谱资源，且由于毫米波波束窄、指向性好的特点，可摈除干扰获得较好的传输效果。(2)本专利技术充分考虑了诸如信道衰落、阴影效应和同频干扰等因素，使得研究模型更接近真实的通信场景。附图说明图1为本专利技术实施例提供基于毫米波的车载自组织网络性能分析方法流程图。图2为本专利技术实施例提供的基于毫米波的车载自组织网络结构示意图。图3为本专利技术实施例提供的基于毫米波的车载自组织网络与蒙特卡洛仿真不同典型链路长度的覆盖概率分布曲线图。图4为本专利技术实施例提供的基于毫米波的车载自组织网络的不同道路长度下的覆盖概率分布曲线图。图5为本专利技术实施例提供的基于毫米波的车载自组织网络不同典型链路长度的传送容量分布图。图6为本专利技术实施例提供的基于毫米波的车载自组织网络不同典型链路长度的区域频谱效率分布图。图7为本专利技术实施例提供的基于毫米波的车载自组织网络不同典型链路长度的可达速率的覆盖概率分布曲线图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。图1为本专利技术实施例提供基于毫米波的车载自组织网络性能分析方法流程图。如图1所示，该方法包括以下步骤：S1.建立基于毫米波的车载自组织网络，其中，车辆之间的通信使用毫米波；图2为本专利技术实施例提供的基于毫米波的车载自组织网络结构示意图。如图2所示，车载自组织网络环境中，路边单元间距固定在路边分布；车辆节点在单向直道路上行驶，并且其到达过程服从泊松点过程。作为发射机的车辆节点和作为接收机的车辆节点之间通信时，其他正在通信的车辆为干扰车辆。考虑到毫米波波束窄、指向性强的特点，所有车辆的通信模块都部署定向天线，天线波束的主瓣方向在一维空间内呈二项分布，即波束方向对准前方或后方且概率相等并且主瓣波束和旁瓣波束在一条直线上。我们把毫米波天线模型化为主瓣和旁瓣的模型，主瓣增益为G，旁瓣增益为g。与传统的蜂窝网一个显著的区别是，在传统的蜂窝网中，毫米波天线波束的主瓣为了和与其通信的节点对准，可能指向二维平面中的任意方向，而在本专利技术的毫米波车联自组织网络中，由于车辆节点分布在单向直道路上，所以毫米波天线波束的主瓣也只会沿着道路的方向。我们考察接收机作为典型节点，其对应的发射机作为通信节点，显然典型节点的天线波束的主瓣方向指向车辆行驶的方向。我们以典型节点所在的位置为原点，把道路分为前半部分和后半部分。那么我们得出天线模型如下：前半部分的天线增益同理，后半部分的天线增益最本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于毫米波的车载自组织网络性能分析方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1.建立基于毫米波的车载自组织网络，其中，车辆之间的通信使用毫米波；S2.所述基于毫米波的车载自组织网络中车辆节点分布在单向直道路上，其到达过程服从齐次泊松点过程，通信链路分为视距链路和非视距链路，信道衰落服从指数分布，建立毫米波车联自组织网络的分析模型；S3.根据毫米波车联自组织网络的分析模型，计算网络覆盖概率Pc；S4.基于网络覆盖概率Pc，计算基于毫米波的车载自组织网络的传输容量λ*；S5.基于传输容量λ*和网络覆盖概率Pc，计算基于毫米波的车载自组织网络的区域频谱效率ASE；S6.基于网络覆盖概率Pc，计算基于毫米波的车载自组织网络的可达速率覆盖概率Pr。

【技术特征摘要】
1.一种基于毫米波的车载自组织网络性能分析方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1.建立基于毫米波的车载自组织网络，其中，车辆之间的通信使用毫米波；S2.所述基于毫米波的车载自组织网络中车辆节点分布在单向直道路上，其到达过程服从齐次泊松点过程，通信链路分为视距链路和非视距链路，信道衰落服从指数分布，建立毫米波车联自组织网络的分析模型；S3.根据毫米波车联自组织网络的分析模型，计算网络覆盖概率Pc；S4.基于网络覆盖概率Pc，计算基于毫米波的车载自组织网络的传输容量λ*；S5.基于传输容量λ*和网络覆盖概率Pc，计算基于毫米波的车载自组织网络的区域频谱效率ASE；S6.基于网络覆盖概率Pc，计算基于毫米波的车载自组织网络的可达速率覆盖概率Pr。2.如权利要求1所述的性能分析方法，其特征在于，基于毫米波的车载自组织网络化为主瓣和旁瓣的模型，G为天线毫米波波束的主瓣增益，g为天线毫米波波束的旁瓣增益，天线模型为如下：前半部分的天线增益后半部分的天线增益干扰链路的天线增益任意两个通信车辆之间通信链路的天线增益Gi、任意通信车辆与路边单元通信链路的天线增益Gj和GI同分布。3.如权利要求1所述的性能分析方法，其特征在于，所述网络覆盖概率Pc的计算公式如下：其中，其中，T为信号与干扰加噪声比阈值，N0为环境噪声，Pt为车辆节点的发射功率，G为天线毫米波波束的主瓣增益，g为天线毫米波波束的旁瓣增益，r0为典型链路的长度，αL为视距链路的路径损耗指数，αN为非视距链路的路径损耗指数，LΦ为其他通信车辆引起的干扰，其中，LΦ＝LΦFLΦB，LΦF为典型节点前方通信车辆引起的干扰，LΦF＝LΦFLLΦFN，其中，LΦFL和LΦFN分别为该...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩涛，张志生，葛晓虎，李强，张靖，钟祎，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42