林 磊，許瑞琛，房 驥

（國家無線電監(jiān)測中心檢測中心，北京 100041）

1 引言

網(wǎng)聯(lián)化是自動駕駛至關(guān)重要的組成部分，關(guān)系到車輛內(nèi)部和外部信息交換的質(zhì)量和速度，是保障人民生命財產(chǎn)安全的有效手段。自動駕駛網(wǎng)聯(lián)化基于車聯(lián)網(wǎng)完成。車聯(lián)網(wǎng)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(chǔ)設(shè)施端；云指服務(wù)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(chǔ)設(shè)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(shù)體制——LTE-V2X經(jīng)過2年的發(fā)展已于2017年3月完成物理層和協(xié)議層標(biāo)準制定[2][3][4]。目前LTEV2X的測試方法標(biāo)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(xiàn)高速場景LTE-V2X系統(tǒng)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(shù)指標(biāo)、高速測試場地設(shè)計方案，并通過靜態(tài)和動態(tài)角度設(shè)計兩種LTE-V2X性能測試方法。

2 LTE-V2X系統(tǒng)高速場景性能技術(shù)指標(biāo)

國內(nèi)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(shù)指標(biāo)，無法覆蓋高速彎道場景。因此，需要設(shè)計LTE-V2X在高速彎道場景測試的技術(shù)指標(biāo)和相關(guān)測試。結(jié)合文獻[6]和國內(nèi)交通法律法規(guī)，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(shù)指標(biāo)取值說明如下：

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

表1 LTE-V2X高速場景測試性能技術(shù)指標(biāo)

（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(shù)指標(biāo)引自文獻[6]。

3 LTE-V2X高速測試場景方案

本節(jié)分別給出LTE-V2X高速直道測試場景設(shè)計方案和高速彎道場景設(shè)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(jié)合300m的通信距離和車輛加速距離，根據(jù)實際測試經(jīng)驗，測試場地長度不應(yīng)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(shè)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(yīng)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(huán)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(yīng)為此項測試設(shè)置的測試道路長度不應(yīng)小于800m；彎道處有明顯遮擋物并在障礙物旁設(shè)置信號塔或掛桿，高度為5m～6m?？紤]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(yīng)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(dāng)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(wěn)定和足夠的數(shù)據(jù)量，以便后續(xù)分析得到性能定量結(jié)果。當(dāng)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(wěn)定和足夠的數(shù)據(jù)量，需要用其他方式完成移動狀態(tài)下的測試。

本節(jié)首先給出LTE-V2X高速場景測試設(shè)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(tài)測試方法和動態(tài)測試方法。

4.1 LTE-V2X高速場景測試設(shè)備配置方案

LTE-V2X終端設(shè)備系統(tǒng)性能高速測試配置圖如圖1和圖2所示。

圖1 LTE-V2X終端設(shè)備系統(tǒng)性能高速場景測試OBU配置圖

圖2 LTE-V2X終端設(shè)備系統(tǒng)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(shè)備系統(tǒng)性能高速測試環(huán)境由1到2輛汽車、2臺LTE-V2X終端被測設(shè)備OBU/RSU、2臺測試設(shè)備組成。

LTE-V2X終端設(shè)備系統(tǒng)性能高速通用測試步驟如下：

a）將LTE-V2X終端被測設(shè)備OBU固定安裝于汽車內(nèi)，將LTE-V2X終端被測設(shè)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(shè)備OBU或RSU進行同步。

c）按照圖1和圖2所示結(jié)構(gòu)連接測試設(shè)備和被測設(shè)備，搭建測試環(huán)境。

d）將汽車移動至特定測試場景。

e）汽車按照預(yù)設(shè)路線和預(yù)設(shè)方案行駛，分別按照靜止測試和動態(tài)測試的方式開展外場測試工作。

f）由發(fā)送端測試設(shè)備產(chǎn)生發(fā)送數(shù)據(jù)，初始發(fā)包時間為隨機值，所述隨機時間在[0ms，100ms）范圍內(nèi)。

g）發(fā)送端測試設(shè)備同時記錄發(fā)送日志。

h）發(fā)送端測試設(shè)備控制發(fā)送端OBU或RSU發(fā)送數(shù)據(jù)。

i）所述發(fā)送數(shù)據(jù)到達接收端OBU或RSU。

j）接收端OBU或RSU將收到的測試數(shù)據(jù)傳遞至接收端測試設(shè)備。

k）接收端測試設(shè)備添加接收數(shù)據(jù)至所述發(fā)送數(shù)據(jù)。

l）接收端測試設(shè)備同時記錄接收日志。

m）接收端測試設(shè)備存儲所述信息。

n）根據(jù)采集信息分析數(shù)據(jù)。

4.3 LTE-V2X高速靜態(tài)測試方法

LTE-V2X終端設(shè)備系統(tǒng)性能高速場景測試靜態(tài)測試步驟如下：

a）執(zhí)行4.2節(jié)通用測試方法中的步驟a）～步驟d）。

b）汽車按照預(yù)設(shè)路線行駛。

c）以任意大于測試場景所規(guī)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(zhí)行4.2節(jié)通用測試方法中的步驟f）～步驟m）。

e）執(zhí)行4.2節(jié)通用測試方法中的步驟n）。

4.4 LTE-V2X高速動態(tài)測試方法

動態(tài)測試中，車輛是移動的，無法穩(wěn)定連續(xù)地獲得單個距離下的樣本數(shù)據(jù)。因此，數(shù)據(jù)統(tǒng)計以距離區(qū)間為單位，以距離區(qū)間統(tǒng)計數(shù)據(jù)代替定點統(tǒng)計數(shù)據(jù)。根據(jù)統(tǒng)計精確度確定距離區(qū)間，以距離區(qū)間內(nèi)取數(shù)據(jù)樣本的方式統(tǒng)計數(shù)據(jù)。例如，統(tǒng)計精確度為0.5%/50m，需要在50m的距離區(qū)間內(nèi)獲得200個以上的數(shù)據(jù)包樣本，車速120km/h=33m/s，每秒接收/發(fā)送10個數(shù)據(jù)包，車輛按照規(guī)定路線行駛一次可以在50m距離區(qū)間內(nèi)獲取15個數(shù)據(jù)包，整個測試過程需要車輛按照規(guī)定路線行駛14次可得到所需的樣本數(shù)量?？筛鶕?jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計精確度和車輛速度確定車輛按照規(guī)定路線行駛的次數(shù)。

設(shè)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(qū)間統(tǒng)計數(shù)據(jù)代替定點統(tǒng)計數(shù)據(jù)過程中，以最遠距離為準。例如，覆蓋范圍性能要求為300m，統(tǒng)計精確度要求為0.5%/50m，[300，350]距離范圍內(nèi)得到的性能測試結(jié)果代表350m單點的測試結(jié)果。LTE-V2X終端設(shè)備系統(tǒng)性能高速場景測試動態(tài)測試步驟如下：

a）執(zhí)行4.2節(jié)通用測試方法中的步驟a）～步驟d）。

b）按照所述動態(tài)數(shù)據(jù)處理方法確定汽車行駛次數(shù)和統(tǒng)計距離區(qū)間。

c）汽車按照預(yù)設(shè)路線和預(yù)設(shè)速度行駛。

d）執(zhí)行4.2節(jié)通用測試方法中的步驟f）～步驟m）。

e）轉(zhuǎn)至步驟c），直至完成步驟b）中確定次數(shù)的多輪測試。

f）執(zhí)行4.2節(jié)通用測試方法中的步驟n）。

5 結(jié)束語

本文首先介紹車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)背景，根據(jù)目前LTE-V2X標(biāo)準欠缺部分，給出LTE-V2X性能高速場景測試技術(shù)指標(biāo)、高速直道測試場景和高速彎道測試場景設(shè)計方案，隨后分別給出LTE-V2X高速場景測試設(shè)備配置方案、高速場景通用測試方法、高速場景靜態(tài)測試方法和動態(tài)測試方法?！?/p>

[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.