高速公路车载通信的毫米波网络建模与设计

联网和自动驾驶汽车将在未来的智能交通系统（ITS）乃至智慧城市中发挥关键作用。高速、低延迟的无线通信链路将使市政当局能够向车辆发出安全危险警告，并支持云驾驶解决方案以大幅减少交通拥堵和空气污染。为实现这些目标，车辆需要配备各种传感器，生成并交换高速率数据流。近来，毫米波（mmWave）技术被引入作为满足此类高数据速率需求的手段。本文中，我们对高速公路通信网络进行建模，并表征其基本链路预算指标。具体而言，我们特别考虑了一个由部署在路边的毫米波基站（BSs）为车辆提供服务的网络。为评估我们的高速公路网络，我们开发了一个新的理论模型，该模型考虑了典型场景：慢车道上的重型车辆（如公交车和卡车）阻挡了快车道上车辆的视距（LOS）路径，从而充当阻塞物。利用随机几何工具，我们推导了信干噪比（SINR）中断概率以及用户达到目标通信速率的概率（速率覆盖概率）的近似表达式。我们的分析为毫米波高速公路通信网络提供了新的设计见解。在所考虑的高速公路场景中，我们表明，将水平波束宽度从$90^\circ$减小到$30^\circ$仅导致SINR中断概率的最小降低（即最大$4 \cdot 10^{-2}$）。此外，与二维毫米波蜂窝网络不同，对于较小的基站密度（即每$500$米一个基站），仍有可能实现小于$0.2$的SINR中断概率。