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原文传递面向5G C--V2X的通信性能优化研究与应用系统设计

论文题名：	面向5G C--V2X的通信性能优化研究与应用系统设计
关键词：	车联网;通信性能优化;随机几何;非正交多址接入
摘要：	随着第五代移动通信技术的快速发展，以人工智能、区块链、大数据等为核心的计算机与通信技术衍生出一系列新理念、新业态以及新发展模式，车联网作为一新型产业形态，与汽车制造、电子信息、道路交通运输等行业进行深度融合，综合运用各行业先进技术。在经历车载信息服务发展阶段后，在5G时代将开启全面迈入汽车网联化发展的新征程，并逐渐向智慧出行方向进阶，车对一切通信技术将在超低时延和高可靠性等通信性能需求上面临新的挑战，车联网技术有待进一步研究以满足新的应用场景和应用需求。　　针对现有蜂窝车联网模式4性能分析模型存在的不足，对模式4中信标传输错误原因方面的相关分析研究仍然较少，综合考虑实际应用场景、道路密度和车辆速度等因素对广播性能和安全性能的影响，本文提出多信道传播模型下蜂窝车联网模式4性能分析模型，进一步挖掘半永久性调度协议的不足，为其改进工作提供研究意见;其次针对车联网场景中，大量车辆用户接入网络导致的无线资源紧缺以及由于资源复用导致的用户之间的干扰，结合5GNR空口的核心关键技术一非正交多址接入，借助随机几何的网络建模与性能分析方法，提出基于泊松线过程和基于PoissonLineCoxPoint过程的两类NOMA-V2X异构网络模型，探究不同模型下异构网络系统干扰、网络覆盖率等性能参数的解析解;最后针对未来车联万物的发展前景，多场景的联动汽车智能网联化发展趋势，提出“人-车-家”双向互联应用解决方案，进一步探索“服务定义汽车”这个重要的车联网应用层课题。本文的主要研究内容与创新点如下: 　　1.在第三代合作组织发布的R14标准中，引入不依赖于任何蜂窝基础设施的直连通信模式4，在模式4中车辆自主选择和管理其无线电资源。目前对蜂窝车联网模式4通信性能的研究，都是基于特定的几个参数，没有结合实际的交通场景对通信性能进行评估，基于以上不足，本文提出了一种多信道传播模型下蜂窝车联网模式4通信性能分析模型，研究不同传输参数以及不同信号传播信道对通信性能的影响，设计更为完备的分析模型，研究参数对通信性能影响，探索通过参数设置来进一步提升蜂窝车联网模式4通信性能的可行性和可靠性。　　2.结合随机几何理论研究了基于非正交多址接入技术的车联网下行链路通信性能，构建一种多层异构NOMA-V2X网络模型。首先给出了NOMA-V2X网络系统模型和信干噪比的理论数学表达式，使用泊松线过程建模车辆节点和路侧单元的空间位置，蜂窝宏基站的位置分布由泊松点过程建模确定，以模拟实际的道路应用场景;然后假设典型用户与能与提供最大平均偏置接收功率的服务节点相连，推导了典型用户选择连接到距离其最近的路侧单元或基站作为其服务节点的概率;随后基于次序统计量理论确定了两种服务距离的分布函数，分别求得两种选择策略下，同线干扰和邻线干扰的拉普拉斯变换;最后，基于全概率公式，推导得到NOMA-V2X网络的平均覆盖率。仿真结果证实了分析模型的正确性，数值分析结果表明，NOMA-V2X网络的平均覆盖率优于基于正交多址接入的车对一切通信网络，此外，适当地调整选择偏差而不是通过部署额外的蜂窝宏基站，可以等效地实现网络平均覆盖率的提升。　　3.在以往的研究工作中，车辆节点只是简单地假设位于网络覆盖区域内的任何位置，考虑车辆在道路系统上的实际应用场景，提出一种基于PoissonLineCoxPoint过程的异构NOMA-V2X蜂窝网络，使用泊松线过程对道路系统建模，道路系统上的车辆节点和路侧单元的位置分布由泊松点过程表示。根据车辆到路侧单元的距离，然后选择是否使用功率域非正交多址接入服务，采用随机几何工具，分析了异构NOMA-V2X蜂窝网络的网络覆盖率和空间频谱效率，仿真结果证实了理论推导的正确性，进一步地为基于非正交多址接入技术的蜂窝车联网性能优化提供理论依据。　　4.针对目前汽车与家中智能家居设备的双向互联功能存在的安全性以及数据互信问题，结合车对网络通信，云边协同，云云互联，大数据等技术，提出一种车家互联方案，旨在打破汽车和家庭之间的“沟通”技术壁垒，做到“人-车-家”的无缝连接，实现车与家之间的双向控制，数据双端同步。将智能网联汽车与智能家居结合，进一步凸显以人为核心的智能网联汽车服务价值，提升生活效率的同时，为家电安全护航。
作者：	高绅
专业：	电子与通信工程
导师：	陈万培;嵇春凡
授予学位：	硕士
授予学位单位：	扬州大学
学位年度：	2022