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摘要：毫米波通信能够满足目前车辆与基础设施之间通信中低延迟、高可靠性和高数据传输速率的要求，是V2I中的关键技术和重要研究方向。为探究中继车及车流量的不同对 V2I 通信的干扰，对毫米波（22.1~23.1 GHz）波段的高速场景中V2I通信进行了射线追踪仿真。考虑到频率规划策略、中继车数量和车流量的不同，分析比较了不同部署方式下的信干噪比分布，为V2I通信系统的设计和部署提供支持。
关键词：车联网；毫米波；射线追踪技术；V2I；SINR
doi：10.12045/j.issn.1007-3043.2023.02.008
概述
随着无线通信技术的发展，汽车驾驶逐渐趋于智能化，V2X（Vehicle-to-Everything）技术应运而生。V2X技术即车与外界的信息交换，能够在车辆之间（Vehicle-to-Vehicle，V2V）、车辆与基础设施之间（Vehicle-to-Infrastructure，V2I）、车辆与行人之间（Vehicle-to-Pedestrian，V2P）实现更精准的数据交换，提高汽车对周围环境的感知能力，减少交通事故的发生。同时，该技术还可以为行人和驾驶员提供实时的路况信息，在一定程度上提高通行效率。
V2X 的应用起源于美国的2起特大交通事故，当时人们觉得如果有一种车辆之间可以互相通信的系统，就可以避免一些事故。随后美国的一些相关国际标准机构制定了一系列 V2X 车联网通信标准。日本的车辆信息与通信系统（Vehicle Information and Communication System，VICS）中心也较早展开了对车联网技术研究并取得了一定成果。相比欧美、日本，我国 V2X技术起步较晚，但由于我国在 5G方面具有引领地位，且在基于蜂窝网络的车用无线通信技术（Cellular Vehicle-to-Everything，C-V2X）方面具有创新优势，我国V2X技术有望实现更进一步的发展。
V2X 技术要求车辆在高速变化的环境中能以较高的速度实现安全驾驶，这就要求超可靠、低延时、高数据速率的通信。低频波段的频谱效率有限，而大带宽的毫米波通信可以实现以上需求。毫米波技术正在成为支持高数据速率 V2I通信的关键技术。为了进一步优化技术性能，需要探究中继车及不同车流量对 V2I 通信的干扰。对于毫米波通信，本文采用射线追踪（Ray-Tracing，RT）仿真，建立准确的信道模型。
射线追踪是一种被广泛应用到移动通信环境中的电磁仿真技术，最早于 20 世纪 90 年代开始应用于无线通信领域。该方法根据电磁波传播理论和几何光学理论，考虑电磁波的直射、散射、反射及绕射等多种传播机制，计算出所追踪射线的准确的功率、时延、角度、极化等信息。与随机统计模型相比，射线追踪可以在不同的场景模型以及不同的电磁传播环境中，准确地预测和分析电磁波的传播状态。然而，射线追踪技术的计算具有一定的复杂度且效率较低，为了保证效率和精准性，采用北京交通大学研发的高性能平台CloudRT进行射线追踪的仿真与计算。
本文对高速场景下毫米波频段（22.1~23.1 GHz）V2V和V2I进行干扰研究，在不同的频率规划策略、中继车数量和车流量场景下，对接收功率、信干噪比（Signal to Interference plus Noise Ratio，SINR）等进行了分析和比较。本文提供的分析和数据有助于研究人员了解毫米波频段的 V2V 和 V2I的干扰情况，并有助于未来毫米波车地通信系统的研究。
本文将首先对高速场景仿真模型和仿真配置进行简单介绍，随后在第3章对仿真所得数据进行分析，研究 3 种频率规划策略以及中继车的存在对 SINR 的影响，并对比不同车流量情况下通信质量的变化，最后进一步分析并得出结论。
