5G蜂窝车联网组网性能研究

doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2020009

电信科学 ›› 2020, Vol. 36 ›› Issue (1): 49-57.doi: 10.11959/j.issn.1000-0801.2020009

• 专题：5G组网与6G展望 • 上一篇下一篇

5G蜂窝车联网组网性能研究

王君,纪晓东,张欣然,温晓然,佟佳俊

北京邮电大学，北京 100876

修回日期:2020-01-06 出版日期:2020-01-20 发布日期:2020-02-13
作者简介:王君（1993? ），女，北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室硕士生，主要研究方向为无线通信|纪晓东（1964? ），男，北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室副教授，主要研究方向为无线网络技术、移动IP技术|张欣然（1992? ），男，北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室博士生，主要研究方向为车联网和5G系统级仿真|温晓然（1995? ），女，北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室硕士生，主要研究方向为无线通信|佟佳俊（1996? ），男，北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室硕士生，主要研究方向为无线通信

Performance evaluation of 5G cellular vehicle networks

Jun WANG,Xiaodong JI,Xinran ZHANG,Xiaoran WEN,Jiajun TONG

Beijing University of Posts and Telecommunications,Beijing 100876,China

Revised:2020-01-06 Online:2020-01-20 Published:2020-02-13

摘要/Abstract

摘要：

蜂窝车联网（cellular vehicle to everything,C-V2X）是智能交通系统的关键技术之一，车辆通过与周围的信息实体实时交换信息以实现保障城市交通安全、提高城市交通效率等目的，实现V2X通信的基本需求。在NR-V2X定义的场景中，它还将支持自动驾驶、远程驾驶、车辆编队、扩展传感四大类先进V2X服务。通过OPNET搭建5G-V2X系统级仿真平台，针对基于PC5接口和Uu接口的车联网通信两大通信模式对5G蜂窝车联网的系统性能进行分析研究，给出相应的性能分析和评估结果，并提出改进建议，对5G 蜂窝车联网的研究方向和实际系统部署都具有重要的指导作用。

关键词: 蜂窝车联网, 5G-V2X, V2N, 性能估计

Abstract:

Cellular vehicle networks (C-V2X) is one of the key technologies of intelligent transportation systems.Ve-hicles exchange information with surrounding information entities in real time to ensure traffic safety and improve traffic efficiency,which meets the basic demands of V2X communication.Besides,it will be applied to automatic driving,assisting driving and other advanced scenarios in the NR-V2X scene.5G-V2X system-level simulation plat-form was developed through opnet.For different application scenarios,coverage performance of 5G C-V2X was analyzed based on simulation results,and suggestions for improvement were given,which has important directive to production practices for the research and system deployment of 5G-V2X.

Key words: cellular vehicle network, 5G-V2X, V2N, performance evaluation

中图分类号:

TN929

王君,纪晓东,张欣然,温晓然,佟佳俊. 5G蜂窝车联网组网性能研究[J]. 电信科学, 2020, 36(1): 49-57.

Jun WANG,Xiaodong JI,Xinran ZHANG,Xiaoran WEN,Jiajun TONG. Performance evaluation of 5G cellular vehicle networks[J]. Telecommunications Science, 2020, 36(1): 49-57.

图/表 17

表1

图1

图2

图3

图4

表2

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表4

图5

表5

图6

图7

图8

表6

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参考文献 15

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[15]	Evaluation of Uu for advanced V2X use cases:R1-1812621[R]. 2018.

频率范围	支持子载波间隔	CP长度
6GHz及以下	15kHz、30kHz、60kHz	normal CP
	60 kHz	extend CP
6 GHz以上	60 kHz、120 kHz	normal CP
	60 kHz	extend CP

周期业务	业务周期/ms	业务分组大小
低业务负载	100	每5个业务周期中第1个业务周期产生300 byte大小的分组，剩下的4个业务周期内产生190 byte
		大小的数据分组
中业务负载	10	以0.2的概率产生1 200 byte大小的数据分组，以0.8的概率产生800 byte大小的数据分组
高业务负载	30	数据分组大小在｛30 000byte,40 000byte,50 000byte,60 000byte｝范围内服从均匀分布

非周期业务	分组到达时间	业务分组大小
中业务负载	50 ms+一个均值为50 ms的指数随机变量	以200为步长在200~2 000 byte均匀分布
高业务负载	10 ms+一个均值为10 ms的指数随机变量	以4 000为步长在10 000~30 000 byte均匀分布

仿真参数	参考取值
载波频率	5.915 GHz
系统带宽	20 MHz
车辆发射功率	23 dBm
车辆天线增益	3 dBi
天线配置	4×4或8×8
路损模型和	TR37.885^[9]
阴影衰落
PRB	16
调制方式	业务模型一使用 QPSK；业务模型二使用64QAM；非周期业务模型根据业务分组大小自适应更改调制编码方式
资源调度方式	周期性业务采用基于感知的半持续调度；非周期性业务采用随机资源选择

场景	目标有效通信距离	移动速度	天线配置	PRR
高速	320 m	140 km/h	4×4	97%
		70 km/h	8×8	95%
城区	150 m	60 km/h	4×4	91%
			8×8	94%
		15 km/h	4×4	74%
			8×8	81%

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Performance evaluation of 5G cellular vehicle networks

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场景	移动速度	边缘用户吞吐量	基站吞吐率
高速场景	140 km/h	1.08 Mbit/s	175.4 Mbit/s
	70 km/h	0.55 Mbit/s	176.1 Mbit/s
城区场景	60 km/h	0.88 Mbit/s	150.3 Mbit/s
	15 km/h	0.48 Mbit/s	152.8 Mbit/s

[1]	王鲲, 董振江, 杨凡, 周谷越. 基于C-V2X的车路协同自动驾驶关键技术与应用[J]. 电信科学, 2023, 39(3): 45-60.
[2]	吴冬升,王传奇,金伟,李凤娜. 高速公路5G智能网联技术、方案和应用[J]. 电信科学, 2020, 36(4): 46-52.

场景	目标有效通信距离	移动速度	天线配置	业务模型	PRR
高速	320 m	140 km/h	4×4	业务模型二	22%
				混合业务模型	91%
			8×8	业务模型二	42%
				混合业务模型	93%
		70 km/h	4×4	业务模型二	6%
				混合业务模型	73%
			8×8	业务模型二	19%
				混合业务模型	84%
城区	150 m	60 km/h	4×4	业务模型二	18%
				混合业务模型	67%
			8×8	业务模型二	28%
				混合业务模型	71%

仿真参数	参考取值
天线配置	4×4
载波频率	4 GHz
系统带宽	20 MHz
蜂窝小区半径	城区场景：288 m；高速场景：1 000 m
平均用户数/基站	城区场景：50个（60 km/h），133个（15 km/h）；高速场景：65个（140 km/h），119个（70 km/h）
基站发射功率	49 dBm
基站天线增益	参见TR37.885^[9]
路损模型和阴影衰落	参见TR38.901^[12]
业务模型	Full Buffer
调制方式	AMC
HARQ	YES
资源调度方式	RR