智能交通车车／车路主动安全应用的频率需求和相关干扰共存研究_62页_4mb

智能交通车车/车路主动安全应用的频率需求和相关干扰共存研究总结

核心内容

本报告主要研究了智能交通中车车（V2V）和车路（V2I）主动安全应用的频率需求，并对相关干扰共存进行了分析。研究结果旨在为中国ITS频谱规划和分配提供技术支持。

主要观点

1. 智能交通主动安全技术的重要性
   智能交通主动安全技术是提升道路交通安全的重要手段，可以有效降低交通事故风险，保障驾驶员和行人安全。

2. 国际频谱分配现状

   • 美国：将 $5.850\mathrm{GHz} \sim 5.925\mathrm{GHz}$ 作为ITS专有频段，分配给基于DSRC的智能交通业务，其中172号信道用于主动安全应用。
   • 欧洲：将 $5875\mathrm{MHz} \sim 5905\mathrm{MHz}$ 用于道路安全应用， $5855\mathrm{MHz} \sim 5875\mathrm{MHz}$ 用于非道路安全应用。
   • 日本：将 $755.5\mathrm{MHz} \sim 764.5\mathrm{MHz}$ 规划给ITS道路安全应用，但该频段与全球其他区域不同，不建议中国采用。

3. 中国现状与挑战
   中国尚未为V2V/V2I/V2P等主动安全应用分配专用频谱，而 $5725\mathrm{MHz} \sim 5850\mathrm{MHz}$ 频段被用于多种无线通信业务，缺乏专属性。

关键信息

3.1 基于调度方式的频谱需求分析

• 典型场景：采用城区场景作为典型分析对象，车辆密度和通信距离是主要考虑因素。
• V2V业务模型：数据包大小和发送周期为 $300\mathrm{Bytes}$ 和 $100\mathrm{ms}$，部分车辆发送事件触发消息（$800\mathrm{Bytes}$）。
• 频谱需求计算：
  • 城区无立交桥：$12.6\mathrm{MHz}$（LTE-V2X）
  • 城区有立交桥：$18.8\mathrm{MHz}$（LTE-V2X）
  • 高速公路场景：$15.4\mathrm{MHz}$（LTE-V2X）
• V2I业务模型：数据包大小为 $1250\mathrm{Bytes}$，发送频率为 $2\mathrm{Hz}$。
• 频谱需求计算：
  • 城区无立交桥：$0.0063\mathrm{MHz}$（LTE-V2X）
  • 城区有立交桥：$0.006\mathrm{MHz}$（LTE-V2X）
• V2P业务模型：数据包大小为 $300\mathrm{Bytes}$，发送频率为 $1\mathrm{Hz}$。
• 频谱需求计算：
  • 城区低密度：$2.7\mathrm{MHz}$（LTE-V2X）
  • 城区高密度：$7.02\mathrm{MHz}$（LTE-V2X）

3.2 业务负荷与频谱需求的映射估计法

• 频谱需求计算公式：
  $$
  \text{系统频谱需求} = \frac{\text{平均包长} \times \text{发送频率} \times \text{通信范围内用户数}}{\text{频率效率} \times \text{信道利用率}}
  $$
• 计算结果：
  • 城区场景：LTE-V2X需要 $25.8\mathrm{MHz}$，802.11p需要 $41.2\mathrm{MHz}$
  • 高速公路场景：LTE-V2X需要 $15.4\mathrm{MHz}$，802.11p需要 $24.7\mathrm{MHz}$

3.3 排队论M/G/1模型

• 模型假设：系统为M/G/1先进先出排队系统，每个业务类别设定优先级。
• 系统容量计算：通过业务到达率、服务时间等参数，计算系统所需容量，进而确定频谱需求。
• 公式：
  $$
  \lambda_{n} = \frac{T_{n}}{s_{n}}, \quad \lambda_{\leq N_{ps}} = \sum_{n=1}^{N_{ps}} \lambda_{n}
  $$
  $$
  D_{n} (C) = \frac{\sum_{i=1}^{N_{ps}} \lambda_{i} s_{i}^{(2)}}{2 \left(C - \sum_{i=1}^{n} \lambda_{i} s_{i}\right) \left(C - \sum_{i=1}^{n-1} \lambda_{i} s_{i}\right)} + \frac{s_{n}}{C}
  $$
• 结论：该模型更精确，但计算复杂，适用于详细系统容量分析。

建议

1. 支持Cellular-V2X技术发展
   中国ITS频谱规划应支持基于Cellular-V2X（包括LTE-V2X及其演进技术）的应用和产业发展。

2. 尽快划分商用频谱
   为促进全球或区域协调的ITS频谱工作，中国应尽快划分商用频谱，以推动相关技术的普及和应用。

3. 规划专用频谱
   在 $5850\mathrm{MHz} \sim 5925\mathrm{MHz}$ 频段中，至少规划 $50\mathrm{MHz}$ 专用频谱：

   • 第一阶段：分配 $30\mathrm{MHz}$ 用于V2V/V2I/V2P场景的Cellular-V2X应用。
   • 第二阶段：分配 $20\mathrm{MHz}$ 用于自动驾驶等更高级别应用。

结论

本研究通过多种方法评估了智能交通主动安全应用的频谱需求，并提出了相应的频谱规划建议。研究结果为国家主管单位进行频谱规划和分配提供了重要参考，有助于推动中国智能交通技术的发展和应用。