交通专用短程通信系统信道特性仿真测试

【摘 要】专用短程通信协议（DSRC）为实现对车辆的实时、动态和智能化管理提供了技术规范，是智能交通系统（ITS）的核心技术之一。本文基于基带信号产生和信道仿真仪器N5106A、矢量信号发生器E4438C和信号分析仪N9020A等Angilent测试仪模拟真实环境因素，讨论了面向DSRC通信的信道模拟和测试平台，结果表明在类似的信道作用下，信号接收质量存在一定的随机性，在帧结构的保护时隙范围之内，可以通过均衡消除延时的影响。为ITS系统的设计提供了参考。

【关键词】智能交通;交通专用短程通信;信道仿真

Channel Simulation for DSRC System

YIN Xiao-min1 JIN Jie1 SUN Ling1，2

（1Jiangsu Key Lab of ASIC Design， Nantong University， Nantong Jiangsu 226019;2.State Key Laboratory of Computer Architecture， Institute of Computing Technology， Chinese Academy of Sciences， Beijing 100190， China）

【Abstract】As one of the core technology of the intelligent transportation system， the dedicated short range communication （DSRC） provides technical specifications for the realization of the vehicle’s real-time， dynamic and intelligent management. Based on the angilent’s instrument N5106A， which can generate baseband signals and provide the channel emulation， ESG vector signal generator E4438C， and MXA signal analyzer N9020A. The building of testing platform and the method of the channel simulation for DSRC are discussed in this paper. The result shows that under the effect of similar channel， there was some random condition in the quality of signal receiving. In the range of protecting time interval of frame， it can remove the affecting on delay by equilibrium. To provide a reference for the ITS design.

【Key words】Intelligent Transportation;Dedicated Short Range Communication;Channel Simulation

0 引言

近年来，智能运输系统（ITS：Intelligent Transportation System）已成为世界交通运输领域发展的重要方向和前沿研究课题[1-2]。ITS系统的核心技术之一就是适用于交通领域车路信息交换的短程通信（DSRC：Dedicated Short Range Communications）系统[3-4]。自2007年以来，国际标准化组织陆续发布了面向ITS应用的车用电子无线通信标准体系[5-7]，在IEEE802.11a的基础上形成针对车载通信特殊环境的IEEE802.11p标准[8]。

由于在高速移动的车载环境下，车车（VTV：Vehicle-to-Vehicle）通信信道是非静止信道，因此，DSRC通信信道不仅具有传统蜂窝系统的特点，更具有其特殊性。针对交通专用短程通信系统特点，建立准确的信道模型对于系统仿真来说是十分重要的。本文基于Agilent N5106A基带信号发生器与信道仿真器，搭建了面向DSRC通信信道的测试平台。

1 DSRC系统概述

DSRC是ITS系统一种高效的无线通信机制，目前主要应用于ITS中的不停车收费（ETC）和道路口的车辆信息采集。相比于Wi-Fi、WiMAX等无线通信技术，DSRC在数据传输速率、延迟时间、通信距离和移动性等特性方面有比较折衷的考虑，并且具有支持双向传输、点对点、点对多点通信等特点，表1给出了DSRC技术与它们的特性比较[9-10]。

表1 DSRC技术和Wi-Fi、WiMAX的比较

用于DSRC技术的频率资源共有75 MHz，划分成7个10 MHz的信道，如图1所示。其中，中间的信道用于控制信道，发送广播消息或者控制信令;第一个信道分别用于碰撞避免、车间通信等;最后一个信道用于长距离、大功率的通信;频率最低的5MHz作安全空白，剩下的4个信道为服务信道。由图可见，802.11p的物理层的工作在5.8～5.9GHz附近，还保留了用于服务的信道;相邻的两个信道通过协商后可以当作一个20 MHz的信道使用，但其通信的优先级别要低些。使用10 MHz较小的带宽，一方面是为了增加在车载环境下对多径传播的抗衰弱能力，减少了多普勒的散射效应，另一方面增加的警戒间隔也减少了多路径传输所造成的码间干扰。

图1 DSRC频率划分

2 信道特性仿真

通信系统的信号传输质量与信道的性能密切相关，与光纤等有线信道相比，无线信道处于开放的电磁环境中，更容易受到衰落、干扰、噪声等多种因素的影响。而DSRC通信信道除了具有一般无线信道的特征外，还存在快速移动等特有情况。典型的DSRC通信有路车通信（R2V）和车车通信（V2V） 两种方式。R2V是指车辆和路边设备进行通信，属于移动设备和固定设备的通信过程。V2V是指车辆和车辆之间进行通信，属于移动设备之间的通信。充分掌握DSRC系统无线信道的特征，可以为提出改善系统通信质量的技术方案提供参考，从而保证R2V和V2V通信的可靠性。

2.1 仿真测试平台结构

基于Agilent N5106A基带信号发生器与信道仿真器搭建的面向DSRC通信信道的仿真测试系统如图2所示。N5106A具有120MHz的调制带宽，能够模拟各种通信信道。本仪器配备了8路实时衰落仿真器，支持的信道衰落类型包括Rayleigh、Pure Doppler、Rician、Suzuki等，多普勒功率谱频谱形状有classical 3db，classical 6db，flat，rounded，jake classical和jake rounded。由图2可见，该系统还包括了一台矢量信号发生器E4438C和一台信号分析仪N9020A，E4438C和N5106A之间的控制信号通过LAN口连接，数据信号通过数据总线（Digital Bus）传输。

表2  DSRC系统信道模型

图2 DSRC信道仿真测试系统

测试系统如图2所示。首先使用Agilent的N7617B Signal Studio软件生成符合IEEE 802.11p协议的理想基带信号数据文件，该数据文件经过N5106A产生基带信号，并通过信道模拟器得到包含信道特性的基带信号。N5106A产生的信号通过Digital Bus输入信号发生器E4438C，由该仪器将基带信号调制到5.9GHz的载波上，经过射频输出端输出到信号分析仪N9020A进行分析。

2.2 仿真测试实例

DSRC系统信道模型如表2所示。图3至图6给出了不同信道条件下信号的测试结果。其中，图3为信号通过白噪声信道后产生的星座图，其中EVM（误差向量幅度）为-27.62dB，CPE（同相位误差）为0.903%rms。由于车车通信，可能存在直射路径，因此图4给出了信号经过信道3模型，即在单径莱斯分布的作用下，多普勒频移为1345Hz，路径损耗为-14.2dB，K因子为5.7时的测试结果，结果表明，此时EVM上升为-3.047dB，CPE上升为6.938%rms，说明在该种信道作用下，信号的接收质量显著下降。图5给出了信号经过信道7模型，即在单径瑞利衰落，多普勒频移为1522Hz，路径损耗为-27.9dB时的测试结果，此时，EVM为-16.791dB，CPE为5.542%rms。图6给出了信号经过信道11模型，即信号在单径瑞利衰落，多普勒频移为1562Hz，路径损耗为-27.9dB时的测试结果，图中EVM为-16.065dB，CPE为1.455%rms。比较图5和图6，说明了在类似的信道作用下，信号接收质量存在一定的随机性。另外，这两条路径的延时分别为400ns和700ns，在帧结构的保护时隙范围之内，因此可以通过均衡消除延时的影响。

图3 白噪声信道测试结果

图4 信道3测试结果

图5 信道7测试结果

图6 信道11测试结果

3 小结

本文搭建了面向DSRC应用的无线信道仿真和测试系统，介绍了系统的工作流程和测试方法，根据DSRC信道模型，给出4种典型信道的测试结果。本文工作为ITS系统设计提供了参考。

【参考文献】

[1]王笑京，沈鸿飞，马林，等，编.中国智能交通系统发展战略[M]. 人民交通出版社， 2006

[2]H. D.Lee， M.G.Kim， C.H.Kim， S.Hong. A Temperature-Independent Transmitter IC for 5.8-GHz DSRC Applications[J].IEEE Transactions on Regular Papers： Circuits and Systems I， 2008 6（55）：1733-1741.

[3]Roberto A.U.，Gulielmo A.M..Wave：a tutorial[J].IEEE Communications Magazine， 2009， 47：126-133.

[4]陈联连，孙玲.基于开关电容阵列的5.8GHz全集成LC压控振荡器设计[J].微电子学与计算机，2012，29（5）：152-155.

[5]Intelligent Transportation Systems Committee. IEEE Trial-Use Standard for Wireless Access in Vehicular Environments （WAVE）， 2007[S].

[6]IEEE P802.11p/D5.0， Nov. 2008，Part 11： Wireless LAN Medium Access Control （MAC） and Physical Layer （PHY） Specifications， Amendment 7： Wireless Access in Vehicular Environments （WAVE）[S].

[7]IEEE Std.802.11-2007，Part 11： Wireless LAN Medium Access Control （MAC） and Physical Layer（PHY） Specifications， IEEE Std. 802.11， 2007[S].（下转第27页）

（上接第26页）[8]金纯， 柳兴， 万宝红， 周晓军. IEEE 802.11p： 车载环境下的无线局域网[J]. 通信技术， 2009， 42（01）： 323-325.

[9]范庆彬， 孙健淞， 牟红光.DSRC技术及其通信机制的研究[J].电信科学， 2010， 8：99-101.

[10]王昕， 徐展琦. DSRC协议及其在智能交通中的应用[J].通信技术，2006：189-190，193.

[责任编辑：曹明明]

※基金项目：南通大学自然科学项目（13Z021）。

作者简介：殷晓敏（1984—），女，汉族，南通大学，助理研究员，主要研究方向射频微波测试。

金婕（1978—），女，汉族，南通大学，助理研究员，主要研究方向为通信算法与数字集成电路设计。

孙玲（1976—），女，汉族，南通大学，副教授，主要研究方向为射频集成电路设计与测试技术。

推荐访问： 信道 仿真 通信系统 特性 专用