基于V2V通信的切换波束天线系统波束跟踪研究

基于V2V通信的切换波束天线系统波束跟踪研究

图1　波束宽度确定

在常规的车与车（V2V）通信中，传输信号在一些重要方向上有功率损失，最终导致接收端信号质量不够好。在切换波束天线系统中，通过确定最优半功率波束宽度和波束跟踪算法进行基于车辆位置的波束跟踪，从而确保信号传输质量和信号没有损耗。

最优半功率波束宽度问题采用SQP（序列二次规划法）优化过程来解决。基于该方法，建立了4向切换波束系统，且计算了各个方向的波束宽度，如图1所示，波束1和3角度为67°，波束2和4角度为113°。针对波束跟踪算法，建立了基于接受信号强度指示决策算法的波束跟踪机制，以保证V2V通信链路始终连接且无连接损耗。波束跟踪是基于车辆位置的，通过仿真找到波束切换的具体位置，如图2所示。信号发送车辆在P1～P4位置时，前信号接收车辆采用B1波束；信号发送车辆在P5～P8位置时，信号接收车辆采用B2波束；当信号发送车辆在P8～P11位置时，信号接收车辆采用B3波束。

常规的V2V通信系统与具有最优半功率波束宽度和波束跟踪机制的V2V通信系统的对比试验结果表明：①针对距离为600m的车辆，后者提供的接收信号强度比常规系统提高5dB；②后者提供的有效通信距离比常规系统提高35.5%；③后者提供的距离碰撞的时间更长；④后者的数据包出错率降低25%，位出错率也降低；⑤后者提供的传输速率更快。

图2　波束跟踪切换示意图

在V2V专用短程通信中，应用带有最优半功率点波束宽度的波束切换天线和波束跟踪装置，可以提高接收车辆的信号质量，增加通信覆盖范围，增加驾驶员为应对糟糕情况做准备的时间，同时提高信息传递的可靠性，从而提高交通安全，减少交通伤亡和财产损失。而且，该系统可以在现有V2V技术上进行更广实际应用。

刊名：International Journal of Antennas and Propagation（英）

刊期：2016年第2016期

作者：Settawit Poochaya and Peerapong Uthansakul

编译：刘伟