[发明专利]一种基于低复杂度建模的车联网多维信道感知系统

说明书

技术领域

本发明属于车联网通信领域，涉及一种基于低复杂度建模的车联网多维信道感知系统和方法，尤其针对物联网通信与感知系统的设计与优化需求，可广泛应用于车联网移动信道的探测、特征提取、模型构建与环境感知等。

背景技术

车联网利用当前正在快速发展的传感技术、网络技术、计算技术、控制技术、智能技术等，对道路和交通进行全面感知，实现多个系统间大范围、大容量数据的交互，对每一辆汽车进行交通全程控制，对每一条道路进行交通全时空控制，以提供交通效率和交通安全为主的网络与应用。同时，随着社会的发展，人们对车联网的需求，除了关注交通效率与交通安全之外，还希望利用网络，满足自身对信息、娱乐、车辆远程诊断与控制等多方面的需求。由“物联网”衍生的“车联网”，将成为未来智慧城市的重要标志，中国的“十二五”规划中明确提出要大力推动基于车载信息化的物联网战略向纵深发展。

车联网最核心的问题之一是车辆环境的智能感知，并将感知的环境信息体现到车辆的控制与协同上，让整个车辆网络处于最佳运行状态，从而提高交通运行效率，避免交通事故的发生。

传统的环境感知手段主要采用各类传感器进行数据获取，如视频传感器、雷达传感器、红外传感器等。这些感知手段局限性较大，无法实现车辆环境的全方位感知，而且易受光照、温度、气候变化等环境因素的影响，造成感知能力受限。由于车联网的通信技术是车辆协同的保障，通信的媒介是无线传播信道，分析移动信道的变化特征是车联网无线通信系统优化设计的前提，而移动信道的探测技术同时又能为车联网环境感知提供重要的信息源。为了保证车联网无线通信系统设计的可靠性和稳定性，需要精确地获取车联网移动信道传播特性，并构建移动信道模型，目前尚缺乏分布式移动传播信道的通用模型，而模型的建立又为车联网环境感知以及车联网系统的评估提供了重要依据。通过分布式移动信道的时空多维参数的提取与建模，实时掌握车辆周边环境的变化情况，构建时域、频域、空域多维映射关系，通过多维参数功率谱的解析，提取车联网环境的有效感知信息。

发明内容

本发明针对现有车辆环境感知手段局限性较大，易受环境影响，无法实现车辆环境的全方位感知等问题，而提供一种基于低复杂度建模的车联网多维信道感知系统。该系统能够实现车辆环境的实时全方位感知，且精度高，不易受环境影响。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种基于低复杂度建模的车联网多维信道感知系统，所述感知系统包括：

1）分布式天线阵列，所述分布式天线阵列布置在车身周围，进行时空域的多维扫描探测；

2）移动信道探测模块，所述移动信道探测模块控制分布式天线阵列的多维扫描，并实时获取信道扫描数据，实现高带宽、高分辨率的信道特征采集；

3）多维信道分析与感知模块，所述多维信道分析与感知模块通过分析车辆移动过程中的信道传播特性，实时获取移动信道的多维时变参数，精确估计移动车辆的信道变化轨迹，感知车辆周围环境的变化情况。

在本发明的优选实例中，所述移动信道探测模块通过信号发射机和信号接收机发射和采集分布式天线阵列扫描信号，并通过高速微波切换开关，控制分布式天线阵列的多维扫描，通过高速数据采集系统，实时获取信道扫描数据，实现高带宽、高分辨率的信道特征采集，数据采用高速磁盘阵列进行存取。

进一步的，所述移动信道探测模块控制分布式天线阵列进行多维扫描探测的过程如下：

1）参数初始化：预置待测试的信道数为M×N，其对应的信道索引参数分别为i=1，j=1。根据天线方向图校准，为发射机和接收机分别选取两组合适的波束控制电压，即[V₁,K,V_M]和[V₁′,K,V_N′]，其对应的天线辐射方向图分别为和

2）发射激励信号：固定发射机天线的其中一个馈电电压值V_i，从而产生对应的发射天线方向图其中i=1,K,M；利用宽带PN伪随机序列连续波作为激励信号，并进行QPSK调制；

3）空域扫描测试：切换接收机天线对应的馈电电压V_j′，从而改变对应的接收天线的辐射方向图其中j=1,K,N；进行扫描测试，并完成对应子信道的测试与数据存储。

4）MIMO数据存储：重复步骤2和步骤3，直到所有预设信道数的扫描都完成为止，即i>M且j>N；在相干时间内完成高速数据采样与存储；