LTE-V2X高速場景性能測試方法研究

林 磊，許瑞琛，房 驥

（國家無線電監測中心檢測中心，北京 100041）

1 引言

網聯化是自動駕駛至關重要的組成部分，關系到車輛內部和外部信息交換的質量和速度，是保障人民生命財產安全的有效手段。自動駕駛網聯化基于車聯網完成。車聯網分為“管”、“云”和“端” 三層。其中，“端”分別指車輛端、行人端和路邊基礎設施端；云指服務器端；管指連接“云”和“端”的通信接口，即V2X[1]。V2X包括V2V、V2I、V2P和V2N分別表示車輛和車輛通信、車輛和路邊基礎設施通信、車輛和行人通信以及車輛和云端通信。

V2X的典型技術體制——LTE-V2X經過2年的發展已于2017年3月完成物理層和協議層標準制定[2][3][4]。目前LTEV2X的測試方法標準仍未完成。高速公路是自動駕駛安全性最迫切的場景。因此，如何實現高速場景LTE-V2X系統性能測試成為目前亟待解決的問題之一。針對該問題，分別研究LTE-V2X高速場景性能技術指標、高速測試場地設計方案，并通過靜態和動態角度設計兩種LTE-V2X性能測試方法。

2 LTE-V2X系統高速場景性能技術指標

國內典型的高速場景包括高速直道和高速彎道。文獻[5]僅給出高速直道場景的技術指標，無法覆蓋高速彎道場景。因此，需要設計LTE-V2X在高速彎道場景測試的技術指標和相關測試。結合文獻[6]和國內交通法律法規，給出LTE-V2X高速直道場景和彎道場景下的速度需求、覆蓋范圍需求、時延需求、包到達率需求如表1所示。

技術指標取值說明如下：

（1）速度。國內高速公路限速120km/h，高速直道場景內車輛行駛速度為120km/h。由于高速彎道減速需求，設高速彎道場景內車輛行駛速度為80km/h。

表1 LTE-V2X高速場景測試性能技術指標

（2）覆蓋范圍。覆蓋范圍計算公式如下：

式中，D表示表示覆蓋范圍，單位m；V表示速度，單位m/s；6.5代表大貨車剎停時間，單位s；2.5表示司機聽到報警到踩剎車所需時間，單位s。因此，LTE-V2X在高速直道場景的覆蓋范圍需求為33.3*9=299.7≈300m，在高速彎道場景的覆蓋范圍22.2*9=199.8≈200m。

包到達率和時延。包到達率和時延技術指標引自文獻[6]。

3 LTE-V2X高速測試場景方案

本節分別給出LTE-V2X高速直道測試場景設計方案和高速彎道場景設計方案。

3.1 高速直道測試場景

高速直道場景需要支持車輛速度為120km/h，結合300m的通信距離和車輛加速距離，根據實際測試經驗，測試場地長度不應小于2km。由于需要測試V2I通信鏈路性能，因此高速直道旁需要有信號塔或者設備掛桿，保證路邊單元（road side unit，RSU）高度能達到5m～6m[4]。此外，由于高速測試場景的安全需要，不能由汽車在信號塔/掛桿下位RSU提供電源，所述掛桿/信號塔應有220V電源供給。綜上，高速直道測試場景要求如表2所示。

表2 高速直道測試場景要求

3.2 高速彎道測試場景

高速彎道場景是一種NLOS環境測試場景。汽車在高速彎道的速度較高速直道偏低。考慮到V2V/V2I的覆蓋范圍要求為200m，且車速較低，應為此項測試設置的測試道路長度不應小于800m；彎道處有明顯遮擋物并在障礙物旁設置信號塔或掛桿，高度為5m～6m。考慮高速測試場地安全問題，不能在彎道處停放車輛為RSU供電。因此，信號塔和掛桿應為RSU提供220V電源。V2V/V2I為NLOS信道。綜上，高速彎道測試場景要求如表3所示。

表3 高速彎道測試場景要求

4 LTE-V2X性能高速場景測試方法

LTE-V2X高速公路測試中，車輛和車載單元（on board unit，OBU）是可以靜止或者移動的。當OBU和RSU靜止時，V2V鏈路和V2I鏈路在固定的通信距離上，可以獲得穩定和足夠的數據量，以便后續分析得到性能定量結果。當車輛和OBU高速移動時，V2V鏈路和V2I鏈路在固定的通信距離上無法獲得穩定和足夠的數據量，需要用其他方式完成移動狀態下的測試。

本節首先給出LTE-V2X高速場景測試設備配置方法，隨后給出LTE-V2X性能高速場景的通用測試方法，最后給出靜態測試方法和動態測試方法。

4.1 LTE-V2X高速場景測試設備配置方案

LTE-V2X終端設備系統性能高速測試配置圖如圖1和圖2所示。

圖1 LTE-V2X終端設備系統性能高速場景測試OBU配置圖

圖2 LTE-V2X終端設備系統性能高速場景測試RSU配置圖

4.2 LTE-V2X高速場景通用測試方法

LTE-V2X終端設備系統性能高速測試環境由1到2輛汽車、2臺LTE-V2X終端被測設備OBU/RSU、2臺測試設備組成。

LTE-V2X終端設備系統性能高速通用測試步驟如下：

a）將LTE-V2X終端被測設備OBU固定安裝于汽車內，將LTE-V2X終端被測設備RSU固定安裝于室外支架上。

b）基于引入的GPS信號，對LTE-V2X終端設備OBU或RSU進行同步。

c）按照圖1和圖2所示結構連接測試設備和被測設備，搭建測試環境。

d）將汽車移動至特定測試場景。

e）汽車按照預設路線和預設方案行駛，分別按照靜止測試和動態測試的方式開展外場測試工作。

f）由發送端測試設備產生發送數據，初始發包時間為隨機值，所述隨機時間在[0ms，100ms）范圍內。

g）發送端測試設備同時記錄發送日志。

h）發送端測試設備控制發送端OBU或RSU發送數據。

i）所述發送數據到達接收端OBU或RSU。

j）接收端OBU或RSU將收到的測試數據傳遞至接收端測試設備。

k）接收端測試設備添加接收數據至所述發送數據。

l）接收端測試設備同時記錄接收日志。

m）接收端測試設備存儲所述信息。

n）根據采集信息分析數據。

4.3 LTE-V2X高速靜態測試方法

LTE-V2X終端設備系統性能高速場景測試靜態測試步驟如下：

a）執行4.2節通用測試方法中的步驟a）～步驟d）。

b）汽車按照預設路線行駛。

c）以任意大于測試場景所規定覆蓋范圍的位置為測試點，汽車停在測試點。

d）在測試點執行4.2節通用測試方法中的步驟f）～步驟m）。

e）執行4.2節通用測試方法中的步驟n）。

4.4 LTE-V2X高速動態測試方法

動態測試中，車輛是移動的，無法穩定連續地獲得單個距離下的樣本數據。因此，數據統計以距離區間為單位，以距離區間統計數據代替定點統計數據。根據統計精確度確定距離區間，以距離區間內取數據樣本的方式統計數據。例如，統計精確度為0.5%/50m，需要在50m的距離區間內獲得200個以上的數據包樣本，車速120km/h=33m/s，每秒接收/發送10個數據包，車輛按照規定路線行駛一次可以在50m距離區間內獲取15個數據包，整個測試過程需要車輛按照規定路線行駛14次可得到所需的樣本數量。可根據數據統計精確度和車輛速度確定車輛按照規定路線行駛的次數。

設備的遠距離通信性能低于近距離通信性能。因此在以距離區間統計數據代替定點統計數據過程中，以最遠距離為準。例如，覆蓋范圍性能要求為300m，統計精確度要求為0.5%/50m，[300，350]距離范圍內得到的性能測試結果代表350m單點的測試結果。LTE-V2X終端設備系統性能高速場景測試動態測試步驟如下：

a）執行4.2節通用測試方法中的步驟a）～步驟d）。

b）按照所述動態數據處理方法確定汽車行駛次數和統計距離區間。

c）汽車按照預設路線和預設速度行駛。

d）執行4.2節通用測試方法中的步驟f）～步驟m）。

e）轉至步驟c），直至完成步驟b）中確定次數的多輪測試。

f）執行4.2節通用測試方法中的步驟n）。

5 結束語

本文首先介紹車聯網技術背景，根據目前LTE-V2X標準欠缺部分，給出LTE-V2X性能高速場景測試技術指標、高速直道測試場景和高速彎道測試場景設計方案，隨后分別給出LTE-V2X高速場景測試設備配置方案、高速場景通用測試方法、高速場景靜態測試方法和動態測試方法。■

[1] 3GPP TS 36.101，online available：http：//www.3gpp.org/DynaReport/36-series.htm.

[2] 3GPP TR 22.885，online available：http：//www.3gpp.org/DynaReport/22-series.htm.

[3] 3GPPTR 23.785，online available：http：//www.3gpp.org/DynaReport/23-series.htm.

[4] 3GPP TR 22.838，online available：http：//www.3gpp.org/DynaReport/22-series.htm.

[5] 3GPP TS 36.521，online available：http：//www.3gpp.org/DynaReport/36-series.htm.

[6] 3GPP TR 36.885，online available：http：//www.3gpp.org/DynaReport/36-series.htm.