Evaluación y modelado de las comunicaciones entre vehículos (V2V)

Abstract

El objetivo fundamental del proyecto es caracterizar el canal de propagación en un enlace punto a punto, a partir de medidas realizadas en una red compuesta por dos vehículos conectados de manera inalámbrica: dos coches o dos trenes. El modelado del canal se va a realizar basándonos en la interpretación de los resultados obtenidos en varias campañas de medidas de propagación efectuadas en diferentes entornos, empleando distintas configuraciones. A lo largo del documento, se introducen los fundamentos teóricos y el estado del arte de las comunicaciones entre vehículos, se especifican los requisitos que se deben cumplir, se describen los modelos de propagación en entorno vehicular, se detallan los cálculos, las pruebas y las medidas realizadas, y se contrastan los resultados obtenidos con el comportamiento esperado. Para la elaboración del sistema, se emplean dos dispositivos conectados de manera inalámbrica, cada uno de ellos instalado en un vehículo. De esta manera, se efectúa una transmisión de datos mientras se conducen los vehículos en distintos escenarios y entornos, pudiendo observar los efectos del canal de propagación sobre la señal. Se ha optado por la transmisión en ondas milimétricas con el propósito de comprobar su potencial como tecnología para las comunicaciones entre vehículos. Los resultados de las medidas se integran en una aplicación desarrollada en Matlab para la emulación del canal de propagación en entorno vehicular. Esta aplicación permite reproducir el entorno de medida en el laboratorio, facilitando, de esta manera, la realización de pruebas y medidas. Actualmente, tanto los proyectos de investigación en el ámbito de las telecomunicaciones como la industria de automoción muestran una fuerte inclinación hacia el despliegue de los ITS (Intelligent Transport Systems o Sistemas de Transporte Inteligente). Dado que dicho despliegue supone un potencial riesgo para la seguridad vial, el análisis exhaustivo del comportamiento del canal es imprescindible. Sin embargo, las conclusiones obtenidas en estudios previamente publicados no son unánimes con respecto a la tecnología idónea para la implementación de estos sistemas. Por este motivo, el proyecto propone el estudio, la descripción y el modelado del canal de propagación, aplicando la tecnología basada en ondas milimétricas, como parte fundamental de los sistemas de comunicaciones vehiculares. A partir de las medidas efectuadas, se obtienen resultados relevantes, aprovechables en la estimación del canal de propagación. Los resultados del proyecto se han avalado con la publicación en una prestigiosa revista del IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers o Instituto de Ingeniería Eléctrica y Electrónica) de un artículo enfocado en la caracterización de las pérdidas por propagación en entorno ferroviario. Por lo tanto, podemos concluir que se han cumplido todos los objetivos iniciales del proyecto, realizando un trabajo de ingeniería que incluye la realización de medidas y el modelado matemático de la propagación en comunicaciones entre vehículos. Abstract: The main purpose of the project is to characterize the propagation channel in a pointto-point link, from measurements performed in a network consisting of two wirelessly connected vehicles: two cars or two trains. Channel modelling will be performed based on the interpretation of the results obtained by processing various measurement campaigns performed in different environments, using various configurations. Throughout the document, the theoretical principles and the state-of-the-art of the communications between vehicles are introduced, the requirements that have to be fulfilled are indicated, the propagation model in the vehicular environment is described, the calculations, the tests and the measurements are detailed and contrasted with the expected behaviour. For the system development, two wirelessly connected devices are used, each one of them installed in a vehicle. In this way, data transmission is performed while the vehicles are driven in different scenarios and environments, being able to observe the effects of the propagation channel on the signal. The transmission in millimeter waves was chosen with the purpose of verifying its potential as a communication technology between vehicles. The measurement results are integrated into an application developed in Matlab for the emulation of the propagation channel in the vehicular environment. This software allows the measurement environment to be emulated in the laboratory, making it easier to carry out tests and measurements. Currently, both the investigation projects in the field of telecommunications and the automotive industry show a strong interest in the deployment of ITS (Intelligent Transport Systems). Since the deployment implies a potential risk to road safety, a thorough analysis of the channel behaviour is necessary. Nevertheless, the conclusions obtained in previously published studies are not unanimous regarding the ideal technology for the implementation of these systems. For this reason, the thesis proposes the study, description and modelling of the propagation channel as a fundamental part of the vehicular communication systems. From the conducted measurements, relevant and valid results for the channel estimate are obtained. The project results were substantiated by a published article on path loss characterization in the railway environment in a prestigious IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) magazine. In conclusion, all the initial aims of the project are fulfilled, completing an engineering project, which includes signal propagation measurements and mathematical modelling in vehicular communications.