2.1　引言

V2X通信技术应用于交通系统中，因能够在一定程度上提高交通安全和交通管理效率而备受关注。为更好地设计和评估V2X通信系统的性能，准确理解其无线信道的传播特性是极其必要的。车载信道建模是实现车载通信的基础，也是车载通信系统中资源优化及性能评估的重要依据。然而，在实际的车载通信场景中，一方面V2X车载无线信道不仅时刻遭受噪声和干扰的影响，而且不可避免地遭受着物体的反射、散射和衍射等多径衰落影响；另一方面V2X车载无线信道还受到环境中散射体及其收发端高速运动的影响。这使得采用合理的V2X通信信道建模方法准确刻画无线信道变得尤为重要。

近年来，针对MIMO V2V通信系统的信道建模，提出了许多基于几何的信道模型，MIMO技术应用无线通信系统中能够有效利用多径传播来增强链路的可靠性并提高频谱效率。在文献[1]中作者首次在二维平面内提出了一种基于几何的自适应随机信道模型用于MIMO V2V通信系统的信道建模，并推导了非各向同性散射环境下的空时频相关函数。文献[2]在文献[1]的基础上进一步扩展，提出了三维的自适应随机信道模型。随后文献[3]针对MIMO移动对移动（Mobile to Mobile，M2M）各向同性信道，提出了基于几何的随机两环散射衰落模型。然而，该两环模型不能充分表征道路散射环境特征。最近，文献[4]提出了一种基于三维空间的半椭圆体散射信道模型，用于描述路边的固定场景。然而，该模型只考虑了道路环境中的固定散射体，而未考虑实际道路场景中具有随机速度和方向的动态散射体对信道统计特性的影响。实际上，在车辆通信场景中存在着各种移动散射体（例如，经过的车辆和行人）[5]，这些移动散射体将会导致更大的多普勒频移，从而加剧多径衰落效应[6]。此外，当收发器MIMO天线阵列的间距不够大或在散射传播环境散射不足的情况下，将导致天线信号之间时空相关[7,8]，如此很难描述MIMO V2V信道的统计特性。值得说明的是，协作中继分集技术已被视为对抗无线信道衰落和提高系统性能的有效方法[9～12]。例如，文献[10]研究了具有机会中继选择的Underlay认知网络中次级用户的性能。在文献[11]中作者提出了一种中继窄带信道的MIMO移动对移动的三维两圆柱模型。文献[12]提出了基于几何的MIMO V2V中继协作信道散射模型。不幸的是，该文献未充分考虑时变速度对信道统计特性的影响，这将会降低MIMO V2V通信系统性能评估的准确性。

在V2V通信信道建模中，除了要考虑动态移动散射体对信道统计性能的影响，实际的V2V衰落信道还具有非平稳特性，尤其是在高移动通信场景中[13]。然而，在目前大多数现有工作中，一个普遍的假设是所提信道满足广义的平稳状态，忽略了信道的非平稳性[14,15]。V2V通信信道的非平稳统计特性可能是由车载通信收发端的时变速度引起的。到目前为止，只有很少的研究考虑了速度变化对信道统计特性的影响[16,17]。

针对MIMO V2V通信系统，我们提出一种基于几何的协作散射车载时变信道模型[18～20]。该模型将动态车载通信环境下的散射移动簇等效为中继协作节点，通过车载收发端的相对运动速度与动态散射体的生灭过程刻画车载通信信道的非平稳特性。在此基础上，在非均匀散射环境下根据Von Mises角度分布特性进一步推导V2V信道的空时相关函数、Wigner-Ville谱、遍历信道容量等描述二阶统计特性的函数表达式，分析天线空间间距、角度扩展、有效散射体数目、车辆交通流密度、车辆速度等对二阶统计特性的影响，进一步揭示V2V信道的非平稳特性，并验证所提模型的有效性。