理解的影响PC5资源网格设计LTE-V2X车载网络的容量和效率

文摘

车辆通信将促进流动服务,使大规模采用未来自主车辆,车辆传感器的交换大量的数据获得。3 gpp释放14礼物支持LTE V2X第一标准。介绍了几种增强,包括新的安排物理资源的网格,在子信道的最小资源单位而不是资源块。资源网格定义为一些设计参数,其中一些与3 gpp规范限制,影响系统的最大消息传输速率和效率。此外,这些参数的最优选择消息长度密切相关,这是另一个变量参数。本文提供了一个分析这些设计参数之间的关系(每个子通道资源块,传输块大小指数和编码率),消息大小,系统的最大容量和效率。这样做,我们不考虑信道复用或无线电传播特性,因为本文的重点是试图找到资源网格的设计参数,优化系统容量,这是一个非常重要的方面考虑V2X运营商。

1。介绍

车载网络的生态系统打开一个辽阔的天际新的机会在不同行业企业和应用程序开发,包括人工智能算法、通信协议的集成,和新的无线技术与车辆、行人、道路基础设施和管理中心。如今,有无数的概念,不同的协议体系结构和操作功能,需要协调和整合。文献[1详细解释了所有这些概念。

标准化组织和行业开始几年前搬到定义的第一个移动服务,也称为智能运输系统(ITS),这是基于定期交换数据包传递到邻近车辆状态信息。的基本情况下,欧洲,合作意识的消息(CAM)定义由欧洲电信标准协会(ETSI),为美利坚合众国(美国),基本的安全消息(BSM)定义的汽车工程师协会(SAE),他们两人传播的周期性1 - 10 Hz,报告位置,车辆的速度和方向。组织标准化的更多的信息,和一些人现在正在开发,,例如,所谓集体感知信息(CPM),车辆将交换信息获得与他们的机载传感器,如对象在路上,他们的维度,行人的存在,对象之间的距离和传输工具。正是因为这一原因,通信系统将不得不应对高可变性的消息具有不同载荷长度。然而,他们中的一些人会比其他人更经常传播。

到目前为止,IEEE 802.11便士Vehicle-to-Everything已经是事实上的无线技术标准(V2X)通信。这是一个相对成熟的技术,已经超过十年的田间试验进行验证。尽管如此,IEEE 802.11便士,它使用载波监听多路访问与避碰(CSMA / CA),患有高水平的碰撞在拥挤的交通条件下,主要是由于隐藏终端的情况。此外,也缺乏明确的计划未来的增强和缺乏商业模式支持部署额外的基础设施如公路边单元(限制)2]。

基于长期演进(LTE) V2X从第三代合作伙伴计划(3 gpp)是一种相对较新的替代IEEE 802.11 p-based V2X通信。LTE-V2X发表的第一个版本在2017年6月14日发布,是许多增强现有的通信设备间(D2D)为了适应车载通信。提出的改进包括一个新的安排资源网格的物理层和两种D2D信道访问机制:(i)协调机制的进化NodeB (eNB),命名模式3,和(2)一个分布式机制,在用户设备(UE)访问渠道自行命名模式4。此外,LTE-V2X雇佣不同的无线电接口:(i)车辆和eNB之间的一个接口,名叫LTE-Uu,和(2)车辆之间的一个接口,PC5命名。

当前3 gpp规范状态PC5通信发生在一个通道内的未经授权的频段5855 MHz - 5925 MHz ITS-G5命名,而LTE-Uu使用授权频谱的一部分分配给拥有eNB操作员。因此,作为资源网格是完全致力于PC5通信(即。,any communication between vehicles and eNBs takes place over the operator-licensed spectrum), our analysis applies to both Modes 3 and 4 and uncovers a high sensitivity between the application message size and the aforementioned design parameters.

操作的一个主要问题PC5资源网格的组织负责管理,监管机构或电信运营商必须选择等设计参数的值的资源块每个子通道传输块大小的索引和编码率。在本文中,我们研究如何选择这些值,这是本质上与传播消息的大小和有几个3 gpp规范所施加的约束,影响了系统的效率和每秒的消息数量,系统能够传输在一个特定的地理区域。我们的主要贡献的分析是本文的理论最大消息传输容量和效率PC5资源网格和变异时,他们遭受其服务改变消息的有效负载。在我们的分析,我们不考虑通道重用或干扰的影响,我们的目标是研究操作上界的影响下这些设计参数。本研究直接申请的技术人员负责PC5网络设置的分析提供了一个参考起点预期系统的最大性能。

到目前为止,PC5通道的性能已经强烈的分析从不同的观点,主要是考虑到通道重用和干扰的影响。无需提供延长审查这些作品,我们可以发现这些研究的一些例子,例如[3,4],它提供一个总体概述LTE-V2X和提供现实的交通条件下仿真结果的行为sensing-based Semi-Persistent调度(SPS)介质访问控制(MAC)通道重用包交货率的算法(PDR)。(5]分析PHY和MAC设计参数的影响,如传感,功率阈值,时间窗口,或时间评估,系统性能的数据包接收率(PRR)和更新延迟。(6]提出了一种车载网络的拥塞控制机制,提出了一个新的。(7)是一个技术报告,介绍了3 gpp提出评价方法研究LTE-V2X和提供了许多PRR在多个场景的仿真结果与通道重用。(8)显示了一个创新的方法提出了一种新的衡量标准称为空间能力,提供部分的总量,可以成功地交付1公里,1 s。

然而,我们的工作避开这些概念,以专注于系统容量的上界资源网格设计参数的影响。我们所知,这是第一篇论文研究的能力和效率如何PC5资源网格的影响(i)每个子通道资源块的数量,(ii)传输块大小指数和编码率,(3)V2X消息的类型和相关的交通模型(来源于一个真实的ETSI其通信协议栈),和(iv)和消息的传输时间间隔大小。文献[9)提供了一个有趣的工作,作者与调制和编码方案(MCS),可以映射到传输块大小指数,与两个参数,第一,意识和重用范围,然后推导出最大数量的邻居汽车系统可以维持。我们的工作与他们的不同之处在于两种方法。作为文献[9认为通道重用,他们系统的最大容量计算的影响不仅通过资源网格设计参数,而且通过这个通道产生的干扰重用。此外,他们专注于MCS但不处理子通道设计(每个子通道的资源块数量),影响系统性能时的传输大小不一的按摩,这发生在大多数实际用例,或者3 gpp规范限制的影响当消息大小各不相同。

本文组织如下。部分2LTE-V2X资源网格结构的概述。部分3提出了一个数学程序来解决这个问题,选择资源网格设计参数使用最常见的消息长度。部分4介绍了交通模型和消息类型,常用的由V2X应用程序。部分5和6分别推导出最大容量和效率通过PC5资源网格当消息没有最常见的消息长度。最后,部分7总结并得出结论。

2。LTE-V2X资源网格结构

释放12 D2D不是设计的严格的延迟和车辆密度要求V2X牢记于心。为了提高支持V2X,释放14资源网格上引入了一个新的安排。图1说明消息如何在新的结构,随着时间的推移不断重复。作为车辆需要周期性地发送消息(通常每100毫秒),传播模式也不断重复相同的周期性,如图2。

在时域中,资源网格划分为子帧,每1毫秒。在频域中,网格划分,在每个子帧,在物理资源块(苏格兰皇家银行),跨度180 kHz每12副载波的15 kHz。每副载波传送共14每个子帧符号,9符号是用于数据传输,4符号用于解调参考信号(dmr),剩下的符号是用于Tx-Rx转变。

除了这些固定参数外,还有一些其他依赖设计实现,及其选择将定义最大的系统容量和效率,如下所述。

苏格兰皇家银行每个子帧的数量( )取决于可用的信道带宽。LTE-V2X支持通道和20 MHz 10赫兹的带宽,这将有50每每个子帧子帧和100年苏格兰皇家银行,苏格兰皇家银行(分别10]。LTE-V2X支持正交相移编码和16 qam调制方案。正交相移编码,2比特/符号传播,而4位/符号用于16 qam。自从9符号/ RB用于数据传输,这相当于216位/总RB正交相移编码和432位16 qam。这包括有效载荷的比特总数+冗余处理传输错误。根据需要传输的鲁棒性,不同的编码率(比例载荷位+循环冗余校验(CRC)和总传输比特)可以设置。

苏格兰皇家银行在同一子帧分成子信道。LTE-V2X的一个关键特征是资源分配的子通道的粒度(而不是在RB粒度)。每个子通道由控制信息和用户数据。相对应的控制部分占2苏格兰皇家银行,Sidelink控制信息(SCI)中传输PSCCH(物理Sidelink控制信道)。SCI信息包括MCS(调制和编码方案)和所需的资源预订信息sensing-based semipersistent调度(11]。苏格兰皇家银行集团承载用户数据指定子通道中传输块(TB)。结核病的传播需要相应的科学的传播,因为后者是必要的正确的接收和解调的结核病。PSSCH结核病传播的(物理Sidelink共享通道)和占用数量可变的苏格兰皇家银行根据消息大小。PSCCH和PSSCH彼此相邻或不相邻的子帧相同。根据这个配置,允许子通道大小或数量的苏格兰皇家银行(RBs)中指定的每个子通道不同(12]。相邻PSCCH-PSSCH, 5、6、10、15、20、25、50、75年或100年苏格兰皇家银行可能每个子通道配置,4,5,6,8,9,10,12,15、16、18、20、30日,48岁的72年,或者96年苏格兰皇家银行每子通道不相邻的情况。在本文中,只考虑相邻的情况。如果数据量很大,可能占领成功子信道(包括2苏格兰皇家银行未来SCI)。自从PSCCH PSSCH总是在相同的子帧,它可以解码PSSCH PSCCH后立即恢复。因此,拟议的垂直排列的数据在网格资源减少解码延迟,这是V2X的关键目标之一。

每个RB可以使用正交相移编码调制(调制订单2)或16 qam(4)调制顺序和不同MCS索引( )。这两个参数是合并成一个名为传输块大小指数( )如表8.6.1-1表示的13]。定义的健壮性无线电调制和编码速率,进而影响无线电通信的覆盖范围,可以传输的比特数在一个固定大小的结核病。越低 ,沟通的更健壮,因此正确接收的消息越远,但是更少的有效载荷位/固定大小结核病传播。文献[9)提供了典型的距离值范围,可以达到不同的MCS值。

其他相关参数的编码率计算(10] 结核病有效载荷大小的位( )必须是一个有效的结核病从表7.1.7.2.1-1大小13),指定相应的结核病在比特的大小和物理的数量每结核病(苏格兰皇家银行 )。 是由代码块的数量 ,被 如果 或 如果 ,并计算根据5.1.2节(11指定的)应该是0如果消息是小于6144位,因为它通常是在V2X通信(参见吗4)。子通道的数量( )考虑到216位计算每RB(对于QPSK)或432位RB (16 qam),然后乘以每结核病(苏格兰皇家银行的数量 )。

3所示。程序PC5资源网格的设计

政府的任何通信系统有两个明显的阶段,设计阶段和运行阶段。在系统设计阶段,系统操作员的问题是选择正确的配置参数,最大化系统的能力。在运营阶段,这个问题成为一个调度问题需要不同大小的数据包传输,需要选择一个空的资源块,还应对cochannel发射机的干扰。

在本节中,我们处理的第一个问题,并提供一个简单的数学方法选择网格配置参数,在这种情况下,每个子通道的资源块( ),传输块大小指数( ),和编码速度,最大化系统的能力取决于最常见的消息大小。

第一个参数是需要成立是传输的鲁棒性,根据3 gpp,评价方法(7),建议基线正交相移编码传输的鲁棒性配置目标编码率为0.5,可选配置模式正交相移编码编码率为0.7和16 qam的编码率0.5,第一个是最健壮的最后,最强劲的。然而,3 gpp规范没有提供值的编码速率传输的鲁棒性;他们使用传输块大小指数( )。的编码速率可以来源于表7.1.7.2.1-1 [13)有关,正如我们之前说的,结核病在比特大小( ),结核病的大小在RB ( ),和使用传输块大小的传输鲁棒性指数( )。

正如我们将看到的部分4V2X消息可能有不同的长度,对于所谓的第一天V2X服务,适应范围150字节到350字节或1200位和2800位。表1提供了在RB结核病大小之间的关系( )在比特( ), ,和编码率,为结核病的大小,可用于V2X消息之间的1200位和2800位,当使用QPSK调制。

从表中我们可以看出1,选择值从6到9提供了3 gpp在建议的编码率7)这对QPSK调制范围从0.5到0.7。

为了最大化系统容量时,我们必须考虑消息传输分布。正如我们将看到的部分4V2X消息代相当均匀。车辆试图传递信息通知他们的存在在一个持续的产生率,每当他们认为一些意想不到的事件,他们传递另一种信息而存在。因此,比例最高的传播消息是发送到通知车辆的存在,和一个很好的选择,优化系统设计资源网格能够传输的最大数量的这些类型的消息。

因此,一旦我们知道所需的编码速率和最常见的消息大小,我们查找表1知道每个结核病的适当数量的苏格兰皇家银行( )。

下一个问题就是我们如何选择每个子通道的苏格兰皇家银行数量( ),3 gpp所施加的约束(只有5、6、10、15、20、25、50、75年或100年苏格兰皇家银行/子通道是可能的),最大化系统的能力。首先,我们定义系统的容量随着车辆数量的可以同时传输所需的V2X在同一地区的消息,都在报道(所有车辆都能够接收消息的),没有重叠的信息不同的车辆在相同的苏格兰皇家银行,也就是说,没有冲突。此外,由于没有普遍性的损失,我们可以减少这一概念,试图最大化的消息的数量可以发送在单个子帧( ),所获得的四舍五入整数吗 每个子帧的子信道数( )四舍五入整数计算使用吗 与每个子帧被苏格兰皇家银行的总数(50苏格兰皇家银行/子帧使用10 MHz时通道20 MHz带宽和100年苏格兰皇家银行的通道带宽)。

此外,每个消息的子信道数( )围捕整数计算通过吗 在苏格兰皇家银行的数量每结核病( )一个来自表吗1和2额外的苏格兰皇家银行SCI信息出现在第一子通道的分配空间。

因此,了解和 ,我们必须找出每个子通道的苏格兰皇家银行( )最大化以下表达式:

因为这个表达式有一些圆形部分,允许的值不是直系(5、6、10、15、20、25、50、75年或100年苏格兰皇家银行),没有封闭的解决方案。为了获得最好的值, 应该测试和提供最高的呢应该选择。

一旦配置参数成立由网络运营商经理,他们保持不变,eNB通知V2X资源网格结构的问题(包括子帧的子信道数)通过系统信息块(SIB) 21消息传播使用物理下行共享信道(PDSCH)。的车辆操作模式3或4接收这些消息的LTE网络,占领资源网格的一个百分比。然而,在本文中,我们假设一个单独的载体用于V2X通信,例如,10 MHz无照ITS-G5A载体在5.9 GHz,而通过传统的许可LTE通信与eNB发生。因此,由SIB信号引入的开销不占我们的能力和计算效率。

4所示。ETSI其协议栈交通特点的分析

的无线接入技术,主要有两个协议栈V2X通信,即ETSI它是使用在欧洲,和波(车辆环境中无线接入),使用在美国(14]。同时提供类似的功能,所使用的两个堆栈不同在实际消息。在本文中,我们关注ETSI它,虽然我们认为我们的结论也适用于波。

ETSI它定义了两个主要信息安全V2X服务,即合作意识消息(凸轮)15)和分散环境通知消息(连接)16]。在不久的将来,我们将不得不考虑集体感知信息(CPM),当ETSI完成规范。摄像头可以用短信定期播放每辆车。凸轮从车辆告知周围的车辆其状态(如速度、位置、方向、加速度、曲率和偏航率)。生成凸轮的间隔至少100 ms和最多1000 ms。连接和cpm是事件驱动的消息告知或提醒其他车辆情况危险路况等交通异常情况下,或机载传感器探测到的对象。因此,连接和cpm传输不定期地与凸轮。当使用ETSI其协议栈,这些消息都封装在GeoNetworking (GN)协议和基本传输协议(BTP),之前发送到LTE子通道。

协议头大小是可变的;他们有义务字段和可选的字段。GeoNetworking头大小,虽然这取决于目标地址区域,通常是40到60个字节。BTP头有4个字节的长度。典型的凸轮尺寸属于30 - 300字节的范围。连接的大小也是变量,通常60到800字节。,全球凸轮和连接消息的大小,这是最常见的在V2X通信,瀑布150字节到900字节。当谈到学习他们的统计分布,他们不遵循互联网流量的统计模式,这可以使用数学模型基于特征指数,对数正态分布,帕累托、威布尔分布(17]。原因在于,虽然有几个可选字段V2X消息,他们都有一个标准化的长度,所以直方图的形状表明,有几个尺寸有一些概率和其他使用大小为零的概率。相反,互联网流量可以将任何消息大小;它有一个连续域的最小大小,当载荷领域是零,定义的最大大小最大传输单位(MTU)。

发表的很少有研究对实际交通模式由于其服务还没有运行,和所有数据来自由一些组织或研究小组进行实地测试。例如,在[18],Car2Car交流财团提出的统计分析ITS-G5实际试驾信息跟踪收集在2018年在欧洲,集中在凸轮消息发送的车辆不同的汽车制造商(大众、雷诺),在不同的位置,不同的ITS-G5来自不同供应商的硬件设备。他们的结论是,凸轮尺寸通常可以分为两组:(i)一组有非常小的变化,在200字节,代表大约30%的消息。这些信息没有证书,没有pathHistory字段。(2)一组非常多样,从300年到800字节,代表大约70%的消息。这些消息都有证书和pathHistory可变性。

另一个凸轮消息大小分布通过现场试验可以发现在19]。这种情况下是不像前一个广泛但显示了一个柱状图,其中约70%的摄像头在190字节大小,大小接近320个字节,约20%,其余10%的大小350字节到660字节。它也是有趣的,没有摄像头大小220字节到300字节。

另一方面,大多数的工作要求消息大小研究的不同方面的行为V2X通信不进行现场测试,利用3 gpp的方法来评估LTE-V2X发表附件的7]。在本文档中,建议使用“空头”摄像头大小为190字节传输4乘以每5个摄像头,“长”摄像头和一个大小为300字节传送每隔5个摄像头,和连接一个大小为800字节,所有人包括GN和BTP头。这可以看到,例如,在20.,21]。

在本文中,我们提出一个真实的消息大小,分布的痕迹已经使用了V2X试验台,开发了在2017年和2018年由CELLNEX, V2XArch i2CAT, UPC项目。在这个试验台,开发四个不同的用例:紧急车辆预警(EVW)合作向前碰撞警告(CFCW),绿灯最佳速度咨询(GLOSA)和多媒体下载使用IPv6 V2X通信。这些应用程序实现在MK5奥Cohda公司无线的限制,尽管他们使用传输IEEE 802.11便士,上层协议消息的大小是独立的无线技术和经验可以用来确定现实V2X载荷大小。

图3显示摄像头的大小的分布和连接(包括GN和BTP协议报头)获得的台用例EVW CFCW。测试和试验,该数据在两个不同的场景中进行收购。第一个是在一个地方CELLNEX拥有不同类型的设备,我们部署的限制。在这个场景中,沟通可以直接V2V,或者从其他车辆不见了一个,V-I-V沟通。在这种情况下,限制转发消息从一个地区到另一个使用一个后端服务器。另一个场景是在山区公路和高速公路附近的巴塞罗那。

在所有情况下,车辆总是发送每秒10凸轮。此外,在EVW试验台,连接被救护车的时候正不断生成或停止。CFCW情况下,连接暂时由任何车辆时发现这是极度接近另一辆车,碰撞的轨迹。这种情况下使用凸轮检测信息。

我们观察到,80%以上的摄像头传输175字节或160字节约15%在291字节大小。与此同时,约有80%的连接有一个317字节的数据包大小。

多个选项中消息的大小来评估容量限制在以下章节,不失一般性,本文采用短凸轮消息大小为190字节和长凸轮消息大小为300字节,类似于实证结果和3 gpp的提议,和连接的300字节,接近我们的实证结果。

5。结果和讨论的容量限制相邻PSCCH-PSSCH PC5资源网格

摄像头的数量和连接,可以传播在给定时间限制的设计LTE-V2X sidelink资源网格;因此,车辆的数量可以传输V2X消息也是有限的。这种分析主要关注资源的影响,不同的设计参数网格在最后的系统容量。出于这个原因,我们不考虑通道重用,已经研究了在不同的论文。我们的目标是最大化V2X消息的数量可以在网格资源传送不考虑通道重用。

为了设计网格的资源,因为它一直在解释部分3,我们将使用最常见的消息大小的方法。根据我们的测量,这是175字节的凸轮,每的建议评价方法7),它是190字节的凸轮。两个值非常相似,我们的设计将基于190字节(1520位)消息。

作为设计因素,不同的可能性的子帧划分成子信道,可以传输1520位的使用不同的载荷 ,总结在表2从表中获得的数据1。的情况下,每个子帧的苏格兰皇家银行数量(50苏格兰皇家银行在网格10 MHz)不是每个子帧的子信道数整除,最后子通道将会比之前的子帧。如果消息不完全占领所有的子通道的苏格兰皇家银行,苏格兰皇家银行未使用的空。

根据3 gpp评价方法(7),建议正交相移编码传输的鲁棒性配置基线目标编码率为0.5;正交相移编码编码率为0.7,16 qam编码率为0.5是可选的,第一个是最健壮的最后,最强劲的。

根据我们的评估,我们选择中间表2资源网格的设计有6个苏格兰皇家银行每个子通道和健壮性定义的等于9。在这个配置中,可以定义8每个子帧,每个子信道消息占据2子信道或10苏格兰皇家银行/肺结核,导致编码率为0.73。这个配置还提供了一个结核病大小最接近名义数据包大小。注意,最后的子帧的子通道8苏格兰皇家银行;因此,加入了最后2子信道的结核病大小是12苏格兰皇家银行。这个额外的空间可以用来发送相同数量的比特更健壮或者只是让它闲置。

现在,分配“长”摄像头连接,大小为300字节,可以增加有效载荷的大小减少传输的鲁棒性或保持鲁棒性水平,同时增加的数量每结核病(苏格兰皇家银行 )通过加入两个以上的子信道变大。当我们考虑到覆盖范围传播消息必须维护,方法是加入两个或两个以上的子信道变大。正如我们之前定义的基本资源网格结构6苏格兰皇家银行/子通道,我们必须继续使用这种结构。然而,表3显示了两个其他可能的配置,这些表匹配2。

我们因此认为长300字节的摄像头,连接占据四个基本子信道在中间的情况下,我们使用我们的评估。显示在表3,300字节(2400位)凸轮或连接适合2664位结核病有效载荷大小,定义为结核形成有22个苏格兰皇家银行在正交相移编码编码 ,它指定的编码率0.57。这个比这个概要文件稍微健壮的正交相移编码编码率为0.73中使用短的摄像头,这是一个很好的配置,信息传播在连接通常比一个更关键的传播在凸轮。

总之,我们现在有10 MHz资源定义网格用于分析。资源网格共有50苏格兰皇家银行/子帧,其中每个子帧分为6苏格兰皇家银行/子通道。一个190字节的短凸轮在QPSK调制编码速率为0.73占据了两个子信道和使用 ,而长300字节的凸轮和连接在QPSK调制编码速率为0.57占据四子信道和使用 。

如我们所见,LTE-V2X法规支持一个高水平的灵活性定义资源网格结构将取决于每个操作符的选择。这是一个很有趣的特点,但我们也必须理解的影响,这种选择与生成的交通模型汽车。评估这方面,我们认为(i)交通混合不同部分的短,大消息,(2)不同包世代间隔,和(3)不同大小的消息。

这个评估的目标是计算资源网格的最大车辆数能在理想的资源调度情况下根据设计参数。因此,本文假设通道重用,分区,碰撞,隐藏终端情况下,噪音,干扰,忽略和冗余传输尽可能多,资源网格完全被消息。

5.1。不同交通混合能力

在以下两种情况,当车辆生成凸轮和连接分析。我们认为80%的摄像头传输短凸轮(190字节),而另外20%长凸轮(300字节),如用于3 gpp技术报告(7]。

我们开始分析两个场景:(i)情况下车辆生成凸轮或连接消息每100毫秒,(2)情况下,车辆总是生成凸轮每100毫秒,可能另外生成一个连接。

在图中所示的场景4,车辆生成一个消息每100毫秒,的概率作为一个连接是暗示的 - - - - - -轴( ),而是一个简短的概率等于凸轮吗 或与概率等于长凸轮 。

在接下来的场景如图5,车辆产生要么只有一个消息 ,这是一个凸轮,或留言吗连同另一个消息 ,这是一个连接,每100毫秒。的概率生成连接+凸轮是暗示的 - - - - - -轴( )。此外,是一个简短的凸轮概率为0.8和长凸轮概率为0.2。

计算最大容量,我们考虑传输周期从车辆每产生的消息女士可以分配在任何子帧内女士区间。

从数据我们可以观察到4和5在最好的情况下,当100%的车辆发送只有短期和长期的摄像头(没有连接),LTE-V2X框架可以维持334条消息从334辆每100毫秒。

另一方面,当100%的车辆只发送连接,LTE-V2X资源网格可以维持200连接每100毫秒,来自200辆。

此外,当100%的车辆发送凸轮连接在一起,LTE-V2X框架只能维持125摄像头(100短25长)和125连接每100毫秒,来自125辆。

观察到的差异的结果被认为是消息大小,在第二种情况下,每秒的增量信息。

5.2。能力在不同的传输时间间隔

前面的场景假设消息传输时间间隔都是100 ms。我们现在研究增加传输时间间隔的影响。图6显示了相同的容量10 MHz资源网格6苏格兰皇家银行/子通道和健壮性定义的 简称凸轮(190字节) 长时间凸轮和连接(300字节),当有车辆的混合传输消息传输的每100毫秒和车辆每1000毫秒。车辆发送的概率每100毫秒的指示 - - - - - -轴( )在图6,而车辆发送的概率每1000毫秒= 。在这个场景中,总是被认为是一个简短的凸轮。

当所有车辆传输每100毫秒,仅有1个短凸轮LTE-V2X资源网格可以维持400辆(而不是334辆最大容量之前所讨论的,当车辆发送一个80 - 20百分比的短期和长期凸轮)。然而,当车辆传输每1000毫秒引入混合,LTE网格资源的容量成倍增加,最高的4000条消息独特来源当所有的车辆发送每1000毫秒。

可以观察到,传输时间间隔的增加呈指数增加的容量资源网格的理想条件。同时,不同的传输时间间隔可以有一个最大的影响能力,但它是非线性的。这个传输时间间隔和能力之间的关系是利用IEEE 802.11便士,在拥塞控制是通过增加传输时间间隔执行当有很多车辆。LTE-V2X将受益于类似的拥塞控制机制。

5.3。能力不同消息大小

在上述场景中,假设是固定长度的消息。在下列情况下,更改消息大小本身对能力的影响进行了分析。不同参数组合的影响,如调制和编码方案(由值)和信道带宽(10 MHz与20 MHz),使用6苏格兰皇家银行/子通道,被认为是。目标对所有传输编码率是0.5;因此,我们比较 (QPSK) vs。 (16 qam)。假设在一段时间的消息传播100 ms。理想的资源调度条件假设。图7展示了这一场景。

如图7持续的消息数量的LTE帧staircase-like的方式减少随着消息大小的增加。这背后的原因可以更好地可视化图8,其重点是10 MHz资源网格的情况与6每子通道和QPSK(苏格兰皇家银行的一个部门 )(蓝线在图7)。因此,在图8(a), 8日消息472位,占据一个每个子通道,有TBs部分被消息的有用数据,2苏格兰皇家银行被SCI,其余未使用的空间。这对应于网格资源信息容量的800条消息的传输时间间隔100毫秒。消息大小增加时,未使用的空间逐渐填满,直到所有未使用的空间占用的消息正好有472位有效载荷。然而,在图8(b),当消息大小进一步增加,1224位的有效载荷,子通道不再足以容纳的信息。因此,必须额外的子通道分配每条消息,自从LTE-V2X资源分配的最小单位是在子信道而不是在苏格兰皇家银行。额外的子通道每消息意味着子帧现在可以只由4相同大小的消息,而不是8,导致产能从800下降到400辆。网格资源能力LTE-V2X因此极其敏感的消息大小。

进一步消息大小的增加,新可用闲置空间从额外的子通道逐渐填满,直到所有空间数据是完全的。这个流程将继续,直到只有一个消息完全占据了整个子帧中所有的子帧资源网格(图8(d))。在这种情况下,资源网格信息容量是100条消息。回到图7,它可以观察到,增加从10 MHz至20 MHz带宽增加了信息容量的2倍,而增加调制变化的鲁棒性从7到12意味着每个子通道可以携带大约两倍的信息;因此,步骤是两倍宽。然而,他们并不完全双由于非线性编码速率步骤。

6。结果和讨论的效率极限LTE-V2X资源网格

网格资源的效率,减少了三个因素的影响:节中描述的编码速率5,两个苏格兰皇家银行自动专用控制在每个消息传输,而且,根据子信道的规模和大小的信息,未使用的空间在结核病。在本节中,LTE-V2X资源网格研究的效率。

效率比率的大小在这里简单地定义为被上层信息比特的总和的总大小占领(对于QPSK和10 MHz带宽,216位/ RB 50苏格兰皇家银行)。在下列情况下,又一个通道用于10赫兹的带宽;因此,会有50苏格兰皇家银行/子帧。假定传输块大小指数 (正交相移编码),寻找一个目标对所有传输编码率接近0.5。所有消息被认为是相同的大小和传输在一段100 ms。同时,理想的资源调度条件再次认为,分区和冗余传输将被忽略。

效率的消息大小是增加使用资源网格5,6,10,每个子通道如图25苏格兰皇家银行9。结果sawtooth-like形状是由于每个子帧的消息数量激增。这是同样的原因staircase-like能力在场景图的形状5.3。

在图9效率,峰值是由于当地的最大值;即。,the message perfectly fills all the allocated space inside a TB (as in subframe 3 of Figure8)。然而,在这种情况下,消息大小增加时由单一,甚至当前结核病尺寸是不够的和额外的子通道需要分配给结核病。新的结核病只会部分(如子帧4的图8)。这个额外的结核病的闲置空间,当消息大小天桥出现一定规模的阈值,导致效率突然下降。

可以观察到较大的局部峰值效率普遍提高消息的大小。这是因为大消息大小意味着有更少的信息资源网格;因此,由损伤者减少开销了。例如,在图8相比,只有4子帧中的消息8子帧3 8日消息,但是这两个子帧都忙得不可开交。然而,子帧8更为高效,苏格兰皇家银行被损伤者越来越少和更有用的数据相比,子帧8子帧3。这意味着有一个效率之间的权衡和消息的数量,可以适应:拥有更大的消息通常效率增加,因为更多的空间是用于传输有用的数据而不是控制信息;然而,这意味着减少的消息的数量资源网格可以容纳。目标编码率为0.5,最大效率可以达到50%左右。然而,即使在最大可能的消息大小,比例下的效率将会由编码率,因为的存在者。仔细看看图9可以看到,它并非总是如此,当地的峰值效率与消息大小单调递增。这可能是解释在图子帧98。子帧9有2个消息每个占据3子信道,但它也有两个剩下的子信道,不能被一个消息的大小相同。这导致显著的效率低下。

20 MHz网格资源使用效率 (16 qam),也针对编码率为0.5,显示在图10。总的趋势是类似于前面的场景中,除了每个子通道容量由于增加调制的两倍和两倍的消息可以适应由于从10增加到20 MHz;因此,容量增加了四倍。

7所示。结论

在本文中,我们调查的影响资源网格设计参数LTE-V2X的能力和效率,因为它将用于不同类型的数据传输在车载网络中,从车辆的位置和速度的传感器数据。

我们的主要贡献是使LTE-V2X性能参数的敏感性三个基本资源网格设计参数(资源块每个子通道传输块大小指数和编码率)和车辆所产生的交通模式。

为了展示这些结果,我们不考虑信道复用和无线电传播的条件已经被其他作者的研究。然而,随着信道复用提高LTE-V2X全球产能在一个地理区域,本文中给出的值必须被视为正确收到消息的上限可能会接收到一个特定的车辆。

我们的主要发现是,容量和效率LTE-V2X非常敏感消息大小之间的关系和子通道配置。例如,由LTE-V2X资源网格的消息数量持续减少staircase-like方式随着消息大小的增加;因此,一个增加一个字节的消息大小可以生产减少接近50%的消息的数量可以在这个资源网格。

这种高灵敏度的含义是,移动网络运营商必须深入研究车辆的交通模式的区域服务为了定义LTE-V2X操作参数。

数据可用性

唯一的数据从实际获得的测试床是图3它可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作一直在支持部分ERDF和西班牙政府通过项目tec2016 - 79988 p和tec2016 - 76795 c6 - 2 r;由西班牙Ministerio德工业能源y的高级跑车,并通过项目CELLNEX tsi - 100102 - 2015 - 13 V2XArch;ERDF Secretaria d 'Universitats我Recerca de la Generalitat de加泰罗尼亚通过有限元物联网项目2017 - sgr - 00376和001 - p - 001662。此外,这部分工作已经产生的硕士论文莱安德罗米格尔·洛佩兹(22),他在大学为加泰罗尼亚。

引用

1. 曹o . Kaiwartya a·h·阿卜杜拉,y, a . Altameem m·普拉萨德,“互联网的车辆:动机、分层架构、网络模型中,挑战,和未来方面,“IEEE访问4卷,第5373 - 5356页,2016年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
2. 答:宝宝,b . m . Masini a . Zanella和蒂博,“IEEE 802.11便士的性能和LTE-V2V连接汽车的合作意识,“IEEE车辆技术,卷66,不。11日,第10432 - 10419页,2017年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
3. r . Molina-Masegosa和j . Gozalvez”系统级评价LTE-V2V 4通信和分布式调度模式,”2017年IEEE 85车辆技术会议(职业训练局春天),悉尼,澳大利亚,2017年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. r . Molina-Masegosa和j . Gozalvez LTE-V sidelink 5 g V2X车载通信:一个新的5 g技术短程Vehicle-to-Everything通信、”IEEE车辆技术杂志,12卷,不。4 - 39,2017页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. 答:宝宝,g .切b . m . Masini和a . Zanella”PHY和MAC的影响参数的研究在3 gpp C-V2V模式4,“IEEE访问》第六卷,第71698 - 71685页,2018年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. k·n·库雷希,A·h·阿卜杜拉,o . Kaiwartya伊克巴尔,r . A .对接和f·巴希尔,”一个动态的拥塞控制方案在车载ad hoc网络安全应用,”计算机与电气工程卷,72年,第788 - 774页,2018年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. 第三代合作伙伴计划(3 gpp),技术规范集团无线接入网络。研究其基于lte网络V2X服务(14)发布,2016岁的3 gpp V14.0.0.0 TR 36.885。
8. y公园,s . Weon黄,h·李,j . Kim和d .香港“空间其基于lte网络的V2V沟通的能力,”2018年国际会议上电子、信息和通信(ICEIC)2018年美国檀香山。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. 答:宝宝,b . m . Masini和a . Zanella”有多少车辆LTE-V2V意识和半或全双工无线电范围吗?“在2017年国际会议15日在其电信(ITST)华沙,波兰,2017年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. 第三代合作伙伴计划(3 gpp),进化的通用陆地电台访问(进阶);用户设备(UE)无线电发射和接受(释放15),2019岁的3 gpp TS 36.101 V15.8.0。
11. 第三代合作伙伴计划(3 gpp),进化的通用陆地电台访问(进阶);多路复用和信道编码(15)发布,2019岁的3 gpp TS 36.212 V15.7.0。
12. 第三代合作伙伴计划(3 gpp),进化的通用陆地电台访问(进阶);无线资源控制(RRC);协议规范(释放15),2019岁的3 gpp TS 36.331 V15.7.0。
13. 第三代合作伙伴计划(3 gpp),进化的通用陆地电台访问(进阶);物理层过程(释放15),2019岁的3 gpp V15.7.0 TR 36.213。
14. IEEE,IEEE标准的无线接入车载环境(波)——网络服务-2016年,2016岁的IEEE Std 1609.3。
15. 欧洲电信标准协会(ETSI),智能交通系统(ITS);车辆通信;基本的应用程序;第2部分:基本服务规范的合作意识,2019岁的ETSI TS 102 637 - 2 V1.4.1。
16. 欧洲电信标准协会(ETSI),智能交通系统(ITS);车辆通信;基本的应用程序;第3部分:规范分散环境基本服务通知,2019岁的ETSI TS 102 637 - 3 V1.3.1。
17. e·r·s·卡斯特罗m . s .阿伦卡尔,即Fonseca)“包长度的概率密度函数与双向交通、计算机网络”国际计算机网络与通信》杂志上,5卷,不。3,17-31,2013页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
18. 诉马丁内斯和焦点,调查ITS-G5凸轮统计数据。C2CC_TR_2052,版本1.0.1,2018年Car2Car交流财团。
19. 诉Mannoni诉伯格、美国Sesia和e . Perraud”V2X通信系统的比较:ITS-G5 C-V2X,”2019年IEEE 89车辆技术会议(VTC2019-Spring)、吉隆坡、马来西亚,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
20. 答:宝宝,g .切m . Menarini b . m . Masini和a . Zanella”调查和观点的车辆wi - fi和sidelink cellular-V2X在5 g时代,“未来的互联网,11卷,不。6,122年,页2019。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
21. m . Gonzalez-Martin m . Sepulcre r . Molina-Masegosa, j . Gozlavez”分析模型C-V2X模式4车载通信的性能,”IEEE车辆技术,卷68,不。2、1155 - 1166年,2019页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
22. l·m·w·洛佩兹性能sensing-based semi-persistent调度(SPS) LTE-V2X释放14分布式模式中,[硕士论文)2019年,大学为加泰罗尼亚。

版权

版权©2020年莱安德罗米格尔·洛佩兹等。这是一个开放的分布式下文章知识共享归属许可,它允许无限制的使用、分配和复制在任何媒介,提供最初的工作是正确引用。