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，傳輸信號在一些重要方向上有功率損失，最終導(dǎo)致接收端信號質(zhì)量不夠好。在切換波束天線系統(tǒng)中，通過確定最優(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，從而確保信號傳輸質(zhì)量和信號沒有損耗。

最優(yōu)半功率波束寬度問題采用SQP（序列二次規(guī)劃法）優(yōu)化過程來解決。基于該方法，建立了4向切換波束系統(tǒng)，且計算了各個方向的波束寬度，如圖1所示，波束1和3角度為67°，波束2和4角度為113°。針對波束跟蹤算法，建立了基于接受信號強度指示決策算法的波束跟蹤機制，以保證V2V通信鏈路始終連接且無連接損耗。波束跟蹤是基于車輛位置的，通過仿真找到波束切換的具體位置，如圖2所示。信號發(fā)送車輛在P1～P4位置時，前信號接收車輛采用B1波束；信號發(fā)送車輛在P5～P8位置時，信號接收車輛采用B2波束；當(dāng)信號發(fā)送車輛在P8～P11位置時，信號接收車輛采用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制的V2V通信系統(tǒng)的對比試驗結(jié)果表明：①針對距離為600m的車輛，后者提供的接收信號強度比常規(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間更長；④后者的數(shù)據(jù)包出錯率降低25%，位出錯率也降低；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質(zhì)量，增加通信覆蓋范圍，增加駕駛員為應(yīng)對糟糕情況做準(zhǔn)備的時間，同時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