[論文レビュー] System-Level Simulator of LTE Sidelink C-V2X Communication for 5G

Donglin Wang, Raja Sattiraju+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 10, 2019

Vehicular Ad Hoc Networks (VANETs)Engineering参考文献 4被引用数 17

ひとこと要約

本論文は、5GにおけるLTE側帯C-V2X通信の3GPP準拠のシステムレベルシミュレータを提示する。高速道路環境下での直接的車両間通信（V2X）の性能評価を可能にする。シミュレータはパスロス、干渉、SINR、BLERをモデル化し、パケット受信率（PRR）を算出する。その結果、PRRは交通負荷が低くなるほど、および車両間距離（IVD）が長くなるほど向上し、5m IVDでは80.36%、100m IVDでは96.40%に達する。

ABSTRACT

In recent years, Cellular-Vehicle-to-Everything (CV2X) has been an emerging area of interest attracting both the industry and academy societies to develop, which is also a prominent emerging service for the next generation of the cellular network (5G). In the time of the development, standardization, and further improvement of 5G, so simulations are essential to test and optimize algorithms and procedures prior to their implementation process of the equipment manufactures. And CV2X communication is used for information exchange among the traffic participants with network-assisted which can reduce traffic accidents and improve traffic efficiency. Moreover, it is also the primary enabler for cooperative driving. But CV2X communication has to meet different Quality of Service (QoS) requirements (e.g., ultra-high reliability (99.999%) and ultra-low latency). Guaranteeing high-level reliability is a big challenge. In order to assess system performance, accurate simulations of simple setups, as well as simulations of more complex systems via abstracted models are necessary for the CV2X communication. For checking the performance of the C-V2X communication on a highway scenario, a system-level simulator has been implemented. And, this simulation has been carried out on the network (system-level) context. Finally, the analysis and the simulation results for the C-V2X communication are presented, which shows that different objectives can be met via system-level simulation.

研究の動機と目的

• 3GPPリリース14準拠のLTE側帯C-V2X通信用のシステムレベルシミュレータの開発を目的とする。
• ネットワーク支援リソース割り当てを伴う現実的な高速道路シナリオ下での直接V2X通信の性能を評価することを目的とする。
• 車両間距離（IVD）と交通負荷が、PRRやスペクトル効率などのシステムレベル性能指標に与える影響を分析することを目的とする。
• 超信頼性および低遅延といったQoS要件を正確にシミュレートすることにより、5G C-V2Xシステムの設計および最適化を支援することを目的とする。

提案手法

• 3GPPリリース14の側帯（PC5インターフェース）を用い、ネットワーク支援リソース割り当て（モード3）による直接C-V2X通信用のシステムレベルシミュレータを実装した。
• 3GPP TR 36.843に従い、パラメータを抽出した自由空間パスロスおよび対数距離パスロスモデルを用いてパスロスをモデル化した。
• SINR式：$SINR = \frac{P_{Rx}}{P_{inter} + P_{noise}}$ を用いて受信電力、干渉、ノイズ電力を計算した。熱雑音 PSD は -174 dBm/Hz とした。
• 標準曲線を用いてSINRをBLERにマッピングし、正常受信を判定するため1%のBLERしきい値を設定した。
• PRRを、送信範囲内に存在するすべての受信機（Rxs）のうちBLER < 1% の割合として定義した。
• 異なるIVDおよび交通負荷（データレートは96 Mbps から 1920 Mbps まで）を持つ複数のUEをシミュレートし、さまざまなシステム負荷下での性能を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高速道路環境下における直接C-V2X通信において、車両間距離（IVD）はパケット受信率（PRR）にどのように影響するか？
• RQ2 1UEあたりのデータレート（交通負荷）が、側帯C-V2XシステムのPRRおよびスペクトル効率に与える影響は何か？
• RQ3 システムレベルシミュレーションは、C-V2Xにおける超信頼性（99.999%）および低遅延といったQoS要件の評価をどの程度支援できるか？
• RQ4 複数同時送信が発生する密集したV2X環境において、干渉およびパスロスはSINRおよびBLERにどのように影響するか？

主な発見

• 5m IVDでは80.36%、100m IVDでは96.40%に達するなど、PRRは車両間距離が長くなるほど向上し、車両密度が低いほど受信信頼性が向上することが示された。
• 5m IVDを固定した場合、交通負荷が低下するにつれてPRRは80%から91%に上昇し、負荷が軽い状態で性能が向上することが確認された。
• 40m IVD、240 Mbps データレートの条件下で、PRRは90.83%に達し、MCS 4.9152 b/s/Hz で安定した性能を示した。
• シミュレータは、5G C-V2Xアプリケーションに不可欠な信頼性および遅延といったQoS指標の評価を効果的にサポートした。
• 低レートではよりロバストなMCSレベルが利用可能となり、高干渉環境下でもPRRおよびBLER性能が向上した。
• シミュレーション結果は、パスロス、干渉、雑音のシステムレベルモデリングが、C-V2X性能予測の正確性を確保するために不可欠であることを確認した。