LTE-V2X高速场景性能测试方法研究

林 磊，许瑞琛，房 骥

（国家无线电监测中心检测中心，北京 100041）

1 引言

网联化是自动驾驶至关重要的组成部分，关系到车辆内部和外部信息交换的质量和速度，是保障人民生命财产安全的有效手段。自动驾驶网联化基于车联网完成。车联网分为“管”、“云”和“端” 三层。其中，“端”分别指车辆端、行人端和路边基础设施端；云指服务器端；管指连接“云”和“端”的通信接口，即V2X[1]。V2X包括V2V、V2I、V2P和V2N分别表示车辆和车辆通信、车辆和路边基础设施通信、车辆和行人通信以及车辆和云端通信。

V2X的典型技术体制——LTE-V2X经过2年的发展已于2017年3月完成物理层和协议层标准制定[2][3][4]。目前LTEV2X的测试方法标准仍未完成。高速公路是自动驾驶安全性最迫切的场景。因此，如何实现高速场景LTE-V2X系统性能测试成为目前亟待解决的问题之一。针对该问题，分别研究LTE-V2X高速场景性能技术指标、高速测试场地设计方案，并通过静态和动态角度设计两种LTE-V2X性能测试方法。

2 LTE-V2X系统高速场景性能技术指标

国内典型的高速场景包括高速直道和高速弯道。文献[5]仅给出高速直道场景的技术指标，无法覆盖高速弯道场景。因此，需要设计LTE-V2X在高速弯道场景测试的技术指标和相关测试。结合文献[6]和国内交通法律法规，给出LTE-V2X高速直道场景和弯道场景下的速度需求、覆盖范围需求、时延需求、包到达率需求如表1所示。

技术指标取值说明如下：

（1）速度。国内高速公路限速120km/h，高速直道场景内车辆行驶速度为120km/h。由于高速弯道减速需求，设高速弯道场景内车辆行驶速度为80km/h。

表1 LTE-V2X高速场景测试性能技术指标

（2）覆盖范围。覆盖范围计算公式如下：

式中，D表示表示覆盖范围，单位m；V表示速度，单位m/s；6.5代表大货车刹停时间，单位s；2.5表示司机听到报警到踩刹车所需时间，单位s。因此，LTE-V2X在高速直道场景的覆盖范围需求为33.3*9=299.7≈300m，在高速弯道场景的覆盖范围22.2*9=199.8≈200m。

包到达率和时延。包到达率和时延技术指标引自文献[6]。

3 LTE-V2X高速测试场景方案

本节分别给出LTE-V2X高速直道测试场景设计方案和高速弯道场景设计方案。

3.1 高速直道测试场景

高速直道场景需要支持车辆速度为120km/h，结合300m的通信距离和车辆加速距离，根据实际测试经验，测试场地长度不应小于2km。由于需要测试V2I通信链路性能，因此高速直道旁需要有信号塔或者设备挂杆，保证路边单元（road side unit，RSU）高度能达到5m～6m[4]。此外，由于高速测试场景的安全需要，不能由汽车在信号塔/挂杆下位RSU提供电源，所述挂杆/信号塔应有220V电源供给。综上，高速直道测试场景要求如表2所示。

表2 高速直道测试场景要求

3.2 高速弯道测试场景

高速弯道场景是一种NLOS环境测试场景。汽车在高速弯道的速度较高速直道偏低。考虑到V2V/V2I的覆盖范围要求为200m，且车速较低，应为此项测试设置的测试道路长度不应小于800m；弯道处有明显遮挡物并在障碍物旁设置信号塔或挂杆，高度为5m～6m。考虑高速测试场地安全问题，不能在弯道处停放车辆为RSU供电。因此，信号塔和挂杆应为RSU提供220V电源。V2V/V2I为NLOS信道。综上，高速弯道测试场景要求如表3所示。

表3 高速弯道测试场景要求

4 LTE-V2X性能高速场景测试方法

LTE-V2X高速公路测试中，车辆和车载单元（on board unit，OBU）是可以静止或者移动的。当OBU和RSU静止时，V2V链路和V2I链路在固定的通信距离上，可以获得稳定和足够的数据量，以便后续分析得到性能定量结果。当车辆和OBU高速移动时，V2V链路和V2I链路在固定的通信距离上无法获得稳定和足够的数据量，需要用其他方式完成移动状态下的测试。

本节首先给出LTE-V2X高速场景测试设备配置方法，随后给出LTE-V2X性能高速场景的通用测试方法，最后给出静态测试方法和动态测试方法。

4.1 LTE-V2X高速场景测试设备配置方案

LTE-V2X终端设备系统性能高速测试配置图如图1和图2所示。

图1 LTE-V2X终端设备系统性能高速场景测试OBU配置图

图2 LTE-V2X终端设备系统性能高速场景测试RSU配置图

4.2 LTE-V2X高速场景通用测试方法

LTE-V2X终端设备系统性能高速测试环境由1到2辆汽车、2台LTE-V2X终端被测设备OBU/RSU、2台测试设备组成。

LTE-V2X终端设备系统性能高速通用测试步骤如下：

a）将LTE-V2X终端被测设备OBU固定安装于汽车内，将LTE-V2X终端被测设备RSU固定安装于室外支架上。

b）基于引入的GPS信号，对LTE-V2X终端设备OBU或RSU进行同步。

c）按照图1和图2所示结构连接测试设备和被测设备，搭建测试环境。

d）将汽车移动至特定测试场景。

e）汽车按照预设路线和预设方案行驶，分别按照静止测试和动态测试的方式开展外场测试工作。

f）由发送端测试设备产生发送数据，初始发包时间为随机值，所述随机时间在[0ms，100ms）范围内。

g）发送端测试设备同时记录发送日志。

h）发送端测试设备控制发送端OBU或RSU发送数据。

i）所述发送数据到达接收端OBU或RSU。

j）接收端OBU或RSU将收到的测试数据传递至接收端测试设备。

k）接收端测试设备添加接收数据至所述发送数据。

l）接收端测试设备同时记录接收日志。

m）接收端测试设备存储所述信息。

n）根据采集信息分析数据。

4.3 LTE-V2X高速静态测试方法

LTE-V2X终端设备系统性能高速场景测试静态测试步骤如下：

a）执行4.2节通用测试方法中的步骤a）～步骤d）。

b）汽车按照预设路线行驶。

c）以任意大于测试场景所规定覆盖范围的位置为测试点，汽车停在测试点。

d）在测试点执行4.2节通用测试方法中的步骤f）～步骤m）。

e）执行4.2节通用测试方法中的步骤n）。

4.4 LTE-V2X高速动态测试方法

动态测试中，车辆是移动的，无法稳定连续地获得单个距离下的样本数据。因此，数据统计以距离区间为单位，以距离区间统计数据代替定点统计数据。根据统计精确度确定距离区间，以距离区间内取数据样本的方式统计数据。例如，统计精确度为0.5%/50m，需要在50m的距离区间内获得200个以上的数据包样本，车速120km/h=33m/s，每秒接收/发送10个数据包，车辆按照规定路线行驶一次可以在50m距离区间内获取15个数据包，整个测试过程需要车辆按照规定路线行驶14次可得到所需的样本数量。可根据数据统计精确度和车辆速度确定车辆按照规定路线行驶的次数。

设备的远距离通信性能低于近距离通信性能。因此在以距离区间统计数据代替定点统计数据过程中，以最远距离为准。例如，覆盖范围性能要求为300m，统计精确度要求为0.5%/50m，[300，350]距离范围内得到的性能测试结果代表350m单点的测试结果。LTE-V2X终端设备系统性能高速场景测试动态测试步骤如下：

a）执行4.2节通用测试方法中的步骤a）～步骤d）。

b）按照所述动态数据处理方法确定汽车行驶次数和统计距离区间。

c）汽车按照预设路线和预设速度行驶。

d）执行4.2节通用测试方法中的步骤f）～步骤m）。

e）转至步骤c），直至完成步骤b）中确定次数的多轮测试。

f）执行4.2节通用测试方法中的步骤n）。

5 结束语

本文首先介绍车联网技术背景，根据目前LTE-V2X标准欠缺部分，给出LTE-V2X性能高速场景测试技术指标、高速直道测试场景和高速弯道测试场景设计方案，随后分别给出LTE-V2X高速场景测试设备配置方案、高速场景通用测试方法、高速场景静态测试方法和动态测试方法。■

[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.