基于V2V通信的切換波束天線系統(tǒng)波束跟蹤研究

圖1　波束寬度確定

在常規(guī)的車與車（V2V）通信中，傳輸信號(hào)在一些重要方向上有功率損失，最終導(dǎo)致接收端信號(hào)質(zhì)量不夠好。在切換波束天線系統(tǒng)中，通過(guò)確定最優(yōu)半功率波束寬度和波束跟蹤算法進(jìn)行基于車輛位置的波束跟蹤，從而確保信號(hào)傳輸質(zhì)量和信號(hào)沒(méi)有損耗。

最優(yōu)半功率波束寬度問(wèn)題采用SQP（序列二次規(guī)劃法）優(yōu)化過(guò)程來(lái)解決?；谠摲椒?，建立了4向切換波束系統(tǒng)，且計(jì)算了各個(gè)方向的波束寬度，如圖1所示，波束1和3角度為67°，波束2和4角度為113°。針對(duì)波束跟蹤算法，建立了基于接受信號(hào)強(qiáng)度指示決策算法的波束跟蹤機(jī)制，以保證V2V通信鏈路始終連接且無(wú)連接損耗。波束跟蹤是基于車輛位置的，通過(guò)仿真找到波束切換的具體位置，如圖2所示。信號(hào)發(fā)送車輛在P1～P4位置時(shí)，前信號(hào)接收車輛采用B1波束；信號(hào)發(fā)送車輛在P5～P8位置時(shí)，信號(hào)接收車輛采用B2波束；當(dāng)信號(hào)發(fā)送車輛在P8～P11位置時(shí)，信號(hào)接收車輛采用B3波束。

常規(guī)的V2V通信系統(tǒng)與具有最優(yōu)半功率波束寬度和波束跟蹤機(jī)制的V2V通信系統(tǒng)的對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果表明：①針對(duì)距離為600m的車輛，后者提供的接收信號(hào)強(qiáng)度比常規(guī)系統(tǒng)提高5dB；②后者提供的有效通信距離比常規(guī)系統(tǒng)提高35.5%；③后者提供的距離碰撞的時(shí)間更長(zhǎng)；④后者的數(shù)據(jù)包出錯(cuò)率降低25%，位出錯(cuò)率也降低；⑤后者提供的傳輸速率更快。

圖2　波束跟蹤切換示意圖

在V2V專用短程通信中，應(yīng)用帶有最優(yōu)半功率點(diǎn)波束寬度的波束切換天線和波束跟蹤裝置，可以提高接收車輛的信號(hào)質(zhì)量，增加通信覆蓋范圍，增加駕駛員為應(yīng)對(duì)糟糕情況做準(zhǔn)備的時(shí)間，同時(shí)提高信息傳遞的可靠性，從而提高交通安全，減少交通傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。而且，該系統(tǒng)可以在現(xiàn)有V2V技術(shù)上進(jìn)行更廣實(shí)際應(yīng)用。

刊名：International Journal of Antennas and Propagation（英）

刊期：2016年第2016期

作者：Settawit Poochaya and Peerapong Uthansakul

編譯：劉偉