[논문 리뷰] System-Level Simulator of LTE Sidelink C-V2X Communication for 5G

Donglin Wang, Raja Sattiraju외 2명|arXiv (Cornell University)|2019. 04. 10.

Vehicular Ad Hoc Networks (VANETs)참고 문헌 4인용 수 17

한 줄 요약

이 논문은 5G에서 LTE 사이드링 C-V2X 통신을 위한 3GPP 기준 준수 시스템 수준 시뮬레이터를 제시하며, 고속도로 환경에서 직접 차량 간(V2X) 전송의 성능 평가를 가능하게 한다. 시뮬레이터는 경로 손실, 간섭, 신호대간섭비(SINR), 블러어 빈도율(BLER)을 모델링하여 패킷 수신 비율(PRR)을 계산하며, 이는 교통량이 낮을수록 차량 간 거리(IVD)가 증가할수록 PRR가 향상됨을 보여주며, IVD 5m에서 80.36%에서 100m에서 96.40%로 증가함을 확인한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 3GPP 리lease 14 표준에 준하는 LTE 사이드링 C-V2X 통신을 위한 시스템 수준 시뮬레이터를 개발하기 위해.
• 네트워크 보조 자원 할당을 통한 실제 고속도로 환경에서의 직접 V2X 통신 성능을 평가하기 위해.
• 차량 간 거리(IVD)와 교통량이 시스템 수준 성능 지표인 PRR 및 스펙트럼 효율성에 미치는 영향을 분석하기 위해.
• 초고신뢰성 및 저지연성과 같은 QoS 요구사항을 정확하게 시뮬레이션하여 5G C-V2X 시스템의 설계 및 최적화를 지원하기 위해.

제안 방법

• 3GPP 리lease 14 사이드링(PC5 인터페이스)를 사용한 직접 C-V2X 통신을 위한 시스템 수준 시뮬레이터를 구현하였으며, 네트워크 보조 자원 할당(모드 3)을 적용하였다.
• 3GPP TR 36.843에서 유도된 매개변수를 사용하여 자유공간 경로 손실 및 로그거리 경로 손실 모델을 사용해 경로 손실을 모델링하였다.
• SINR 식을 사용해 수신 전력, 간섭 및 노이즈 전력을 계산하였다: $SINR = \frac{P_{Rx}}{P_{inter} + P_{noise}}$, 열노이즈 스펙트럼 밀도는 -174 dBm/Hz로 설정하였다.
• 표준 곡선을 사용해 SINR를 BLER로 매핑하였으며, 성공적 수신을 판단하기 위해 1% BLER 임계값을 설정하였다.
• 모든 수신기(Rx)의 BLER가 1% 미만인 경우의 비율로 PRR를 정의하였으며, 전송 범위 내 모든 Rx에 대해 계산하였다.
• 다양한 IVD와 교통량(데이터 전송률 96 Mbps에서 1920 Mbps)을 가진 다수의 UE를 시뮬레이션하여 다양한 시스템 부하 조건에서의 성능을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고속도로 조건에서 직접 C-V2X 통신에서 차량 간 거리(IVD)는 패킷 수신 비율(PRR)에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 UE당 데이터 전송률(교통량)은 사이드링 C-V2X 시스템의 PRR 및 스펙트럼 효율성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 시스템 수준 시뮬레이션은 C-V2X에서 초고신뢰성(99.999%) 및 저지연성과 같은 QoS 요구사항 평가에 얼마나 기여할 수 있는가?
• RQ4 다수의 동시 전송이 발생하는 고밀도 V2X 환경에서 간섭과 경로 손실은 SINR과 BLER에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• IVD가 5m에서 100m로 증가함에 따라 PRR는 80.36%에서 96.40%로 증가하여, 차량 밀도가 낮을수록 수신 신뢰성이 향상됨을 시사한다.
• IVD를 5m로 고정한 상태에서 교통량이 감소함에 따라 PRR는 80%에서 91%로 상승하여 경량 부하 조건에서 성능 향상이 확인되었다.
• IVD 40m, 데이터 전송률 240 Mbps 조건에서 PRR는 90.83%에 도달하였으며, MCS는 4.9152 b/s/Hz로 중간 부하 조건에서도 안정적인 성능을 보였다.
• 시뮬레이터는 5G C-V2X 응용에 필수적인 초고신뢰성 및 저지연성과 같은 QoS 지표 평가를 성공적으로 지원한다.
• 낮은 데이터 전송률은 더 강력한 MCS 수준 사용을 가능하게 하여 고간섭 환경에서 PRR 및 BLER 성능을 향상시켰다.
• 시뮬레이션 결과는 경로 손실, 간섭 및 노이즈의 시스템 수준 모델링이 정확한 C-V2X 성능 예측을 위해 필수적임을 확인한다.