コネクテッドカーサービス実現に向けた LTE V2X 技術

招待論文

コネクテッドカーサービス実現に向けた _{LTE V2X} 技術

工藤 理一

^†a)

安川 真平

^†

丸小 倫己

^†

Huan WANG

^††

永田 聡

^†

中村 武宏

^†

LTE V2X for Realization of Connected Car Services

Riichi KUDO

^†a)

, Shinpei YASUKAWA

^†

, Tomoki MARUKO

^†

, Huan WANG

^††

, Satoshi NAGATA

^†

, and Takehiro NAKAMURA

^†

あらまし 高度道路交通システム（ITS: Intelligent Transport Systems）の更なる発展のため，車とあらゆる ものを接続するV2X（Vehicle to Everything）通信を利用したコネクテッドカーのサービスに期待が高まって いる．日本は官民ITS構想・ロードマップにおいて，世界一のITSを構築・維持することを目標に掲げており，

これまで自動料金収集（ETC: Electronic Toll Collection System）のARIB STD-T75や，ITSコネクトでは

IEEE802.11技術が実用化されるなど無線通信の利用は着実に拡大しつつある．このような中，3GPP（Third

Generation Partnership Project）において，LTE（Long Term Evolution）のセルラー通信・端末間の直接通 信を用いたLTE V2X通信の検討が進み，2017年3月にコア技術の仕様化が完了した．LTE V2Xは，携帯基

地局とのUplink/Downlink通信と，車両同士の狭域での直接通信の両方をサポートしており，安全にかかわる

ユースケースの利用について検討が進んでいる．本論文では，3GPP Release 14におけるLTE-V2X標準化概 要について，これまでのITSにおける通信技術と比較しつつ解説し，LTE V2X技術の各要素技術等について計 算機シミュレーションにより評価した結果を示し，その特徴を明らかにする．

キーワード LTE V2X，コネクテッドカー，ITS，DSRC，3GPP

1.

ま え が き

車両と人と道路の間で情報をやり取りし，一体のシ ステムとして構築する高度道路交通システム（

ITS:

Intelligent Transport Systems

）の検討が自動車の普 及とともに長く検討されてきた

[1]

〜

[3]

．

ITS

とは，道 路交通の安全性，輸送効率，快適性の向上等を目的に，

最先端の情報通信技術等の活用したシステムであり，

先進の通信技術を用いて更なる発展が期待されている．

更に，世界的に自動走行の実用化が検討されつつあり，

日本も官民

ITS

構想・ロードマップ

[4]

において，自 動走行も含めた世界一の

ITS

を構築・維持することが 目標に掲げられている．このような中，

2017

年

3

月

†（株）NTTドコモ，横須賀市

5G Laboratory, NTT DOCOMO, INC., 2–3 Hikarinooka, Yokosuka-shi, 239–8536 Japan

††ドコモ北京研究所，中国

DOCOMO Beijing Communications Laboratories Co., Ltd., 7/F, Raycom Infotech Park Tower A, No. 2 Kexueyuan South Road, Haidian District, Beijing, 100190 China a) E-mail: [email protected]

DOI:10.14923/transcomj.2017JBI0002

に

3GPP

において

LTE V2X

のコア技術の標準仕様 化が完了した．

V2X

とは車両とあらゆるものの間の 通信（

Vehicle to Everything

）の略であり，車両と車 両（

V2V: Vehicle to Vehicle

），車両と路側機（

RSU:

Road Side Unit

）（

V2I: Vehicle to Infrastructure

），

車両とネットワーク（

V2N: Vehicle to Network

），車 両と歩行者（

V2P: Vehicle to Pedestrian

），に整理さ れる．

V2X

は，従来の

ITS

技術整理では，

V2I

と

V2V

をそれぞれ

RVC

（

Road-Vehicle Communication

）と

IVC

（

Inter-Vehicle Communication

）

[5]

として定義 することもある．基本的には

V2X

は

ITS

のうち安全 に関わる遅延や信頼性の要求がある通信に用いられる．

日本では，道路交通情報通信システム（

VICS: Ve- hicle Information and Communication System

）

[6]

と電子料金収受システム（

ETC: Electronic Toll Col-

lection System

）

[7]

〜

[9]

が

ITS

として広く知られて いる．これらは

V2I

通信に対応する．

VICS

は

1996

年から情報提供サービスを提供しており，

FM

多重放 送による広域配信及び電波ビーコン及び光ビーコンを 用いたスポット通信により，車両に渋滞情報，規制情

図1 ITSのための無線通信技術の概略図 Fig. 1 Wireless communication technologies for ITS.

報，駐車場情報などの道路交通情報を配信してきた．

一方，

ETC

は

2001

年から運用開始されており，有料 道路のゲートにおいて通行車両の料金の収受を可能に し，高速道路の出入りにおける交通渋滞の緩和を実現 するとともに，柔軟な料金設定を可能とした．更に，

V2I

及び

V2V

に対応する

ITS

コネクト

[10]

が

2015

年からサービス開始した．

図

1

に

LTE V2X

を含めた

ITS

用の無線通信技術の 概略図を示す．大きく広域通信，狭域通信の二つに分 類している．広域通信としては，

VICS

に用いられる

FM

多重通信

[11]

と

3G

や

LTE

に対応するセルラー 基地局通信を分類した．これらは基地局がサポートす る通信エリアが広域であり，基本的には共通の情報を 多くの車両に伝達するのに効果的となる．

FM

多重通 信のピークスループットとしては，

16 kbps

，

5

分で

100 KB

程度のデータの配信に用いられる．

LTE

では，

下り回線として空間的に単一の信号経路を用いる仮 定で，

75.4 Mbps

ものピークスループットが

20 MHz

帯域で到達でき

[12]

，空間的に複数の信号を多重す る

MIMO (Multiple-Input Multiple-Output)

技術や

CA (Carrier Aggregation)

技術により更にピークス ループットを向上させることも可能である．狭域通 信としては，高速道路の出入り口のゲートなど

RSU

と通過する車両との間の

V2I

通信として，光ビーコ ン

[13], [14]

と電波ビーコン

[9]

，

V2V

も含め数十〜数 百

m

程度をサポートする通信として，

IEEE802.11

及 び

LTE V2X

を挙げている．

本論文では，特に

ITS

無線技術として電波ビーコ ン

STD-T75 [9]

と

IEEE802.11

のうち車両環境に特 化して策定された

IEEE802.11p [15]

を従来技術とし て紹介する．

STD-T75

は，狭域通信（

DSRC: Ded- icated Short-Range Communication

）システムとし て仕様が策定された．

ETC

のピークスループットは

1 Mbps

となっており，ゲートと通過する車両の間を 高品質に接続することが可能である．

IEEE802.11

と しては，図

1

に示すように

ITS

コネクト，

RC-005

，

DSRC/WAVE (Wireless Access in Vehicular Envi- ronments)

を挙げている．

ITS

コネクトは前述のとお り商用化されており，

IEEE802.11-2007 [16]

を参照し て

760 MHz

帯で

10 MHz

の帯域幅での通信を実現し ている．規格として

IEEE802.11p

を参照していない ものの，

10 MHz

帯域幅を用いた

ITS

用の通信であ り，通信特性としては

IEEE802.11p

と同等と考えら れる．

RC-005 [17]

は日本における

5.8 GHz

の

V2X

実験用ガイドラインであり，

IEEE802.11p

を用いて いる．

DSRC/WAVE

（海外では単に

DSRC

と呼称す ることが多い）は

IEEE802.11p

及び，上位レイヤの セキュリティ，ネットワークサービス，マルチチャネ ルオペレーション等を規定した

IEEE1609 [18]

と合 わせた規格を指す

[19]

．

DSRC

は前述のように日本で は一般に

STD-T75

を指すため，混同を避けるため本 論文では，

STD-T75

，

IEEE802.11p

とそれぞれ呼称 する．

本論文で取り扱う

LTE V2X

技術は，広域通信と

表1 2.以降で使用する略語一覧 Table 1 Acronyms list used after Section 2.

近距離通信の二つに対応する．

LTE V2X

の広域通 信では，基地局との上り回線（

UL: Uplink

）と下り 回線（

DL: Downlink

）が用いられ，端末（

UE: User Equipment

）間での直接通信は

UL/DL

と対比する形 でサイドリンク（

SL: Sidelink

）と呼称する．

UL/DL

の通信については，

2009

年

LTE

の初期リリースで ある

Release 8

（

Rel-8

）において基本となる仕様が策 定された．

SL

については，

2012

年

Rel-12

において 端末間の直接通信として初めて仕様化され

[20]

〜

[22]

，

Rel-14

において，

LTE V2X

として仕様が策定され た．

LTE V2X

は安全に関わるユースケースをサポー トするため，

DL/UL/SL

のいずれのシナリオでも，

車両のモビリティに対応しながら低遅延・高信頼の性 能が実現できるよう機能が定められている．国際標 準としては

ITS

が交通の管理と安全を発展させるた め，

ISO

（

International Organization for Standard- ization

）

TC204 WG16

が

1992

年に設立され，各国 の

ITS

システムに関する標準化要請に対して対応を 行っている

[23]

．

V2X

で用いられるメッセージにつ いても取り扱われており，欧州の

ETSI

（

European Telecommunications Standards Institute

）

[24]

で定 められた

V2X

メッセージの利用を基本とし作業が行 われている．

以 下 ，本 論 文 の 構 成 を 述 べ る ．

2.

で は ，従 来 の

ITS

用 無 線 通 信 技 術 と し て ，

ARIB STD-T75

と

IEEE802.11p

を概説する．

3.

では，

Rel-14

におい て仕様化された

LTE V2X

技術を中心に

ITS

に利用可 能な

LTE

技術について説明，

4.

^で，

Rel-14

の評価シ ナリオについてそれぞれ説明する．

5.

では

LTE V2X

の性能について計算機シミュレーションによる評価結 果を示し，

6.

において本論文の結論をまとめるととも に，

LTE V2X

の今後の発展について述べる．

2.

^以降 で用いる略語のリストを表

1

に記載する．

2.

従来の

ITS

無線通信技術

ITS

に用いられてきた従来の無線通信について概説 する．

5.8 GHz

の電波ビーコンとして

ETC

や

VICS

として用いられてきた

STD-T75

，及び，車両通信用 に標準化規格として仕様化された

IEEE802.11p

につ いて述べる．

2. 1 ARIB STD T-75

2001

年

9

月に

ARIB

にて策定された．

ETC

によ る有料道路の自動料金収集及び

VICS

として用いら れており，車両通信端末（本論文では，

UE

として定 義する）と路上機との間の通信（

V2I

）を実現してい る．表

2

に

STD-T75

の通信の概要を示す．同期はフ レームに対して行われ，変調方式は

ASK

または

π/ 4

シフト

QPSK

が用いられる．データレートは

ASK

で

1.024 Mbps

，

π/ 4

シフト

QPSK

で

4.096 Mbps

，

0.78125ms

を単位とするスロットを構成する．誤り訂 正は

BCH

符号，スロット割り当ては

RSU

が実行す る．図

2

に

STD-T75

による通信を表す模式図を表す．

STD-T75

では，

5 MHz

幅の

14

個のチャネルを定め

表2 STD-T75とIEEE802.11p概要 Table 2 Overview of STD-T75 and IEEE802.11p.

図2 STD-T75による通信を表す模式図 Fig. 2 Resource usage image in STD-T75.

ており，高い周波数（

U1

から

U7

）が車両通信端末

UE

から路上機

RSU

への上り回線，低い周波数（

D1

から

D7

）が

RSU

から

UE

への下り回線となる．それ ぞれペアとなるチャネルは固定であり，図

2

に記載の ように，

U1

と

D1

のように同じ数字のチャネルがペ アとなり，

RSU

と

UE

との間で，アダプティブスロッ テドアロハ方式

[9]

による通信を行う．アダプティブ スロッテドアロハ方式では，上りと下りの回線を用い，

RSU

はエリアを通過する車両に対し，フレームコン トロールメッセージスロット（

FCMS

）を基本フレー ム構成の先頭に送信し，

UE

に対しメッセージデータ スロット（

MDS

）を割り当てることで，複数の車両と の高信頼通信を実現している．図

2

では

UE-A

から

UE-C

に対し，上り回線と下り回線でデータをやり取 りする例を示している．下り回線の

FCMS

を起点と

図3 IEEE802.11pによる通信を表す模式図 Fig. 3 Resource usage image of IEEE802.11p.

して割り当てられたリソースで

UE

が上り下りで同じ 時間を使うことなく通信している．

2. 2 IEEE802.11p

IEEE802.11p

は，無線

LAN

の標準化規格をもとに 策定された標準化規格であり，車両通信用に

ITS

ア プリケーションに利用されることを想定して仕様化 された．無線

LAN

との大きな違いは基本チャネルが

10MHz

で運用されること，及び基地局（

BSS

）との 接続確立を行わずに周辺車両へ送信可能となる点があ げられる．ただし，同時に通常の無線

LAN

の認証プ ロセスがないため，

MAC

サブレイヤより上位のアプ リケーションで対応する必要がある．

表

2

に

IEEE802.11p

の通信の概要を示す．同期は フレームごとに行われ，フレーム検出，周波数及び時 間同期，チャネル推定を行い，続くデータフレームの 復号が行われる．

OFDM

を用いており，周波数軸に 複数のサブキャリアが生成され，変調方式は

BPSK

から

64QAM

までの

IEEE802.11-2007

において規定 される規格を用いることができる．誤り訂正は畳み 込み符号または

LDPC

符号が利用できる．図

3

に

IEEE802.11p

による通信の模式図を表す．フレーム の先頭にある信号部はプリアンブルと言われる制御

信号であり，フレームごとに同期確立し，プリアンブ ルのチャネル情報を元に，続くデータチャネルが復号 される．図

3

では，

CSMA/CA

に基づき，

UE-A

〜

UE-E

の車両が周辺の車両にマルチキャスト送信を 行っている例を示している．無線

LAN

とは異なり，宛 先局の指定がないことからパケットの正常受信を示す

ACK

信号の送信がなく，

UE

はあらかじめ定められ た

Back-off

タイムと変調方式のルールで送信を行う．

3. LTE V2X

技術

LTE V2X

技術を説明するため，携帯基地局との通 信を介する

UL/DL

と，直接通信の

SL

のケースでそ れぞれ整理を行う．表

3

に

LTE

における

DL

，

UL

，

SL

の概要を示す．

LTE

システムは，通信を行う状態 において，端末と基地局，及び端末間はシンボルレベ ルでの同期を確立していることを前提としており，フ レームごとに同期を行うフレーム同期型のシステムで ある

STD-T75

や

IEEE802.11p

と異なる．このため，

時間的・周波数的にあらかじめ決められたリソースブ ロックを自律的に選択するか，スケジューリングした うえで割り当てられるかし，送受信を行うこととなる．

復調用の参照信号は

1 ms

のサブフレーム内に分散し て配置される．

図

4

に

LTE V2X

でサポートされるセルラー基地局 通信における

UL/DL

及び，直接通信の

SL

信号の模 式図を示す．本図では簡単のため，制御チャネルとデー タチャネルのみ図示した．

LTE

では

UL/DL/SL

とも に複数のシステム帯域幅がサポートされており，

1.4

，

3

，

5

，

10

，

20 MHz

がサポートされている．

UL/DL

は

FDD

の場合の例である．図

4 (a)

は

OFDMA

に

表3 LTE DL/UL/SL概要 Table 3 Overview for LTE DL/UL/SL.

よる

Downlink

通信を表しており，サブフレームの先 頭にある下り制御チャネル（

PDCCH

）を用いて対象 となる端末（

UE-A

〜

UE-D

）に下りデータチャネル

（

PDSCH

）の時間・周波数リソースを割り当ててい る様子を示している．図

4 (b)

は，

SC-FDMA

による

図4 LTE V2Xにおける(a) DL (b) UL (c) SL通信の 模式図

Fig. 4 Resource usage image of LTE V2X (a) DL, (b) UL, and (c) SL.

表4 V2X要求条件[26]

Table 4 Requirements of V2X [26].

UL

通信の模式図を表しており，上端と下端には上り 制御信号（

PUCCH

）が配され，中央部を上りデータ チャネル（

PUSCH

）に用いることができる．

LTE

は 基地局が上下リンク両方の無線リソースを管理・割当 制御しており，

UL

で送信に用いられるリソースは，

DL

における

PDCCH

により指定され，通信品質は基 地局が管理している．図

4 (c)

は

SL

通信を表してお り，

Uplink

と同様

SC-FDMA

による通信となる．

SL

通信では受信端末がデータチャネルを検出するための 制御チャネル（

PSCCH

）がデータチャネル（

PSSCH

） と隣接した周波数を用いて送信される．

Uplink

と同 様に基地局が指定する管理されたリソース利用とす ることもできる一方，端末が自律的に選択することも 可能であり，具体的な機能は

3. 3

^{において説明する．}

UL/DL/SL

のいずれにおいても，互いに同期がとれ ている条件であるため，時間的周波数的に無線リソー スを効率的に利用可能である．

3. 1 LTE V2X

の要求条件

LTE V2X

が実現するべきユースケース・運用シナ リオ・要求条件は

3GPP

において

SI

（

Study item

）と して議論されている

[25], [26]

．表

4

に

3GPP

で規定さ れた要求条件を示す．

V2X

は安全に関わるユースケー スをサポートするため，

100 ms

のような比較的短い

E2E (End to End)

遅延が想定されており，

Pre-crash sensing

や隊列走行などの特定の用途では

20 ms

と非 常に小さい

E2E

遅延が想定されている．このような 低遅延通信は特に基地局経由通信においては実現が困

難であり，

Rel-13

までの

LTE

仕様では基地局経由・

直接通信いずれにおいても十分短い

E2E

遅延を実現 できない場合がある．また，直接通信では十分な通信 レンジの実現が大きな課題の一つであり，例えば

4

秒 の応答時間を車速

250 km/h

でサポートするためには 同方向の車両間で

278 m

，対向車線の車両との通信で は

556 m

の通信レンジを実現する必要がある．

3. 2 LTE V2X (UL/DL)

基地局経由

V2X

通信では，

UL

にユニキャスト，

DL

にユニキャストないし

MBMS

によるブロードキャス トを利用することが想定されている

[27]

．

MBMS

は

Rel-9 LTE

の

MBSFN

及び

Rel-13 LTE

の

SC-PTM

によってサポートされている

[28]

．

MBSFN

は複数セ ルを束ねて

MBSFN

エリアを形成し，同一パケットを 協調送信する技術であり，

SC-PTM

はセル単位で独 立にマルチキャスト配信を行う．下りマルチキャスト では複数

UE

に対する送信を行うため

MIMO

空間多 重は適用されず，単一アンテナポートでの送信ないし 送信ダイバーシチ技術が用いられる．

UL/DL

通信においては遅延の削減が課題であり，

基地局からのリソース割り当てに係る遅延を削減する ため，

MBMS

の制御遅延削減技術及び

UL

における 周期送信をサポートする

SPS

技術の拡張が仕様化さ れている．また，

MBMS

のためマルチキャストトラ ヒックを所要基地局へ配信するネットワーク機能はコ アネットワーク内に配置されるため，基地局とブロー ドキャストのサーバセンターとの間の通信のやり取り により遅延が生じる．そのためこれらの機能を基地 局の近くに設置する方法（

Localized MBMS

）も検討 された

[27], [29]

．有線区間の遅延を削減する技術は，

MEC

（

Multi-access Edge Computing

）としての検 討も進められており，

ETSI

がリファレンスアーキテ クチャや

API

などの仕様策定を行っている

[30]

．上り 送信電力制御は従来の

LTE

と同様に

UE

が基地局と の伝搬ロスに基づいて送信電力を制御するオープン ループ型送信電力制御及び基地局の動的な制御（送信 電力制御コマンド）によるクローズドループ型送信電 力制御が用いられる．

3. 3 LTE-V2X (SL)

LTE V2X

の

SL

通信について，

(1)

同期

(2)

高速移 動への対応

(3)

通信距離の改善

(4)

パケット衝突回避に ついて説明する．

LTE V2X

の

SL

通信は，

Rel-12/13

の直接通信

[20]

における

LTE D2D

技術を基にしてい る．しかし，

Rel-12 D2D

が

UL

通信の周波数帯の中

図5 Rel-14 V2XのSL端末間同期（GNSS優先の場合）

Fig. 5 SL synchronization in Rel-14 V2X (GNSS con- figured with highest priority).

図6 直接通信のサブフレーム構成 Fig. 6 SL subframe structure.

での

SL

運用を想定していたのに対し，

Rel-14 V2X SL

通信では，

SL

専用の周波数での運用を想定してい る．そのため

Rel-12 D2D

では

UL

通信との共存のた め基地局の支援が重要となっていたのに対し，

Rel-14 V2X SL

通信は基地局なしでの運用が最適化されてい るなど，その機能は大きく異なる．

(1)

端末間同期

SL

通信は，前述のように同期を確立したうえで通 信を行うため，フレームごとに同期を行うシステム よりも少ないオーバーヘッドでチャネルアクセスが実 現できる．端末間同期を実現するため，

Rel-14

では

GNSS

，基地局同期信号，

SL

同期信号の

3

種類の同 期ソースが利用できる

[28], [31]

．複数同期ソースが利 用できる場合には，

GNSS

を最優先して同期の共通化 を図る形態が想定されている．図

5

に示すように

SL

同期信号による同期リファレンスのリレーもサポート されており，トンネル内など

GNSS

が利用できない場 合も

GNSS

同期をトンネル内端末にリレーすること が可能である．

(2)

高速移動環境への対応

図

6

に示すとおり，

SL

は

UL/DL

と同様に

1 ms

の サブフレーム長で，サブフレームあたり

14

シンボルが 時間多重されており，最終シンボルは無送信として送 受の切り替え時間やタイミング調整に用いられる

[32]

．

Rel-12 SL

では図

6 (a)

のとおり，サブフレームあたり

2

シンボルを用いて復調用参照信号

(DM-RS)

が時間 多重されていた．しかし，高速移動環境で復調精度が

低下することが確認されたため，

LTE V2X

の

SL

通信 では

DM-RS

の時間方向の高密度化が行われ，図

6 (b)

のとおり，

4

シンボルが

DM-RS

多重に用いられてい る

[32]

．この時間方向に高密度化された

DM-RS

構成 により対向車線との車両の通信で想定される高ドップ ラー環境への復調精度を改善する．

(3)

長距離通信のサポート

SL

では，

UL

と同様，

SC-FDM

が

OFDM

と比較 して低い

PAPR

が実現できるため，少ないバックオ フ電力での高効率な送信が可能である．更に，図

4 (c)

に示したとおり，送信を行おうとする

UE

が

PSSCH

と

PSCCH

を隣り合う周波数リソースを用いる構成

をサポートし，低い

PAPR

を実現している

[33], [34]

． 送信電力制御は

UL

通信で用いられている開ループ型 送信電力制御を用いるが，

UL

通信と

SL

通信の同一 周波数内での共存時のみに基地局に対する伝搬ロスを 補償する電力制御を適用することが想定されており，

SL

通信専用周波数での運用では固定送信電力の設定 が用いられることが想定される．

PSCCH

の信頼性を 向上させるため，

PSCCH

は

PSSCH

に対して

3 dB

高い電力密度で送信される

[34]

．また時間・周波数ス ケジューリングがサポートされているため，狭帯域で 送信を行うことにより広帯域送信と比較して高い送 信電力密度での送信が可能となる．加えて，

HARQ

（

Hybrid ARQ

）による繰り返し送信がサポートされ ている

[34], [35]

．

SL

通信では

ACK/NACK

フィード バックを用いないオープンループでの繰り返し送信の みがサポートされており，繰り返し送信ごとに異なる 符号語が用いられる．具体的には，基本となる低レー ト符号に基づき符号化出力をパンクチャリングするこ とで送信ごとに異なる符号語が生成される．

SL

通信 では送信ごとに用いる符号語に対応する識別子（

RV:

Redundancy Version

）の順番があらかじめ定められ ており，受信機は最大

2

回送信されたパケットをソフ ト合成することが可能である

[36]

．またチャネル符号 化にターボ符号を用いることで，高い符号化利得を実 現できる．

(4) SPS

とパケット衝突回避技術

SL

における送信方法では，基地局によるスケジュー リングと，端末による自律リソース選択による送信が サポートされている

[34], [36]

．基地局スケジューリン グではセル内のリソース衝突を回避するように

UL

と の周波数共有が効率的に行える．一方で，セル間や基 地局カバレッジ内外の端末間でのリソース衝突を効率

図7 LTE V2XのSL通信におけるSPSとリソース選択の概略図 Fig. 7 SPS and resource selection for LTE V2X SL.

的に回避することが難しい．本論文では，シナリオに 依存せず利用可能な自律リソース選択について説明 する．自律リソース選択では，

SPS

と受信電力測定 の組み合わせにより通信が行われ，パケットごとに制 御チャネルである

PSCCH

と対応するデータチャネ ルとなる

PSSCH

を周波数多重して送信する．

UE

は

PSCCH

により，対応するデータチャネルのリソース

及び周期的な送信リソースの予約を通知できる．送信 を行う

UE

は，このリソース予約情報と一定時間測定 された干渉レベルに基づき，空きリソースを決定し，

この中からランダムに選択して送信する

[36]

．このと き，空きリソースとして考慮する選択時間は

[ T

1

, T

2

]

で定義でき，

T

1

≤ 4 [ms]

，

20 ≤ T

2

≤ 100 [ms]

とし て与えられる．

SPS

による定期送信周期は

100 ms

を 基本とし，

20, 50, 100, 200 . . . , 1000 ms

が設定でき る．図

7

に

SL

通信の概略図を示す．

SL

の周波数チャ ネルを構成するチャネル数を

3

，選択ウィンドウサイズ を

20 ms

，

SPS

の周期を

100 ms

とした例である．送 信時に選択するリソースとなる図中の

1 ms

幅の四角 いスロットを以下，サブフレームリソースと定義する．

図

7 (a)

に示した

SPS

による周期送信から説明す る．本例では選択された送信リソースと同一周波数リ ソースを用いて

100 ms

周期で送信を行う．周期送信 が長時間継続すると

UE

の移動などに伴い発生したリ ソース衝突が継続する恐れがあるため，一定の条件で リソース再選択がトリガされる．具体的には，

5

から

15

回の中でランダムに設定されるリセレクションカ ウンタに基づいて，カウンタが満了するまで周期送信 を続ける．リセレクションカウンタ分の送信が終わる と，リセレクションキープ確率

[35]

で同じリソースで

の送信を再び行い，キープにならなかった場合，再度 リソースの選択を行う．

次に図

7 (b)

の例を用いてセンシングに基づくリ ソース選択について説明する．

UE

は過去の

1

秒間の センシング結果から選択時間内のサブフレームリソー スの候補から干渉が高いものを除外し，残ったサブフ レームリソースから送信に用いる候補を選択する．サ ブフレームリソース候補の除外は図に示したとおり三 つのステップから構成される．

(1) SL

は半二重通信で あるため，送信を行っている時間に受信を行うことは できない．

UE

は最初に，送信を行っている時間のサ ブフレームリソースを候補から除外する．図では，横 縞で示される長方形が自

UE

の送信リソースであり，

次の送信周期に対応する濃い灰色で色付けされたサブ フレームリソースが測定不可候補として除外される．

(2) PSCCH

によりリソースが予約されているサブフ レームリソースで，かつ対応する

PSSCH

の参照信号 の受信電力

(PSSCH-RSRP)

値があらかじめ定めたし きい値より高いものを，候補から外す．図では黒で色 づけされたサブフレームリソースが除外される．全て の

UE

が

100 ms

周期で送信する場合には直近の送信 信号による予約のみを考慮すれば十分である．しか し，実際には

1

秒などの長周期の

SPS

が混在し得る ため，

1

秒前の信号による予約を考慮する必要がある．

(3)

サブフレームリソースの受信信号強度

(S-RSSI)

を

100 ms

周期で評価した結果から，しきい値を超える リソース候補を除外する（図中では斜線で塗られたブ ロックに対応）．ここで

(2)

及び

(3)

のステップにおい て

UE

は以上のリソース候補除外をそれぞれ全リソー スの

20%

以上が候補として残るようにしきい値の調整

を行う．最後に残った候補からサブフレームリソース をランダムに選択することでパケット衝突を回避する．

このようなセンシングを遅延なく行うためには

SL

通信をバックグラウンドでモニタする必要があり，ハ ンドセット端末を送信に用いる

P2V

通信では端末消 費電力が課題となる．そのためセンシングウィンド ウ内で一部のサブフレームのみをモニタする

Partial sensing

も仕様化されている

[34], [35]

．また，自律リ ソース選択では，送信端末数や送信頻度が増加すると，

干渉信号の増加により通信品質の低下を招くため，混 雑時にはメッセージ送信頻度などの無線パラメータを 制限する

Congestion control

のメカニズムもサポー トされている

[34], [35]

．

4. 3GPP

の

LTE V2X

評価シナリオ

3GPP

ではリンクレベル及びシステムレベルシミュ レーションにより通信距離やパケット到達確率などの 評価を行うため，

V2X

に特化したシミュレーションモ デルを規定した

[27]

．本章では，

3GPP

で想定してい たモデルを概説する．

4. 1

トラヒックモデル

ETSI

にて規定された車両の位置や速度などを定期 的に送信するために用いられる

CAM

と交通状況に 応じてそれを通知する

DENM

の

2

種類の

V2X

メッ セージ

[24]

を模擬し，それぞれ周期トラヒックとイベ ントトリガトラヒックの

2

種類のモデルを規定した．

周期トラヒックは

100 ms

ごとの

190 bytes

のデー タサイズを基本とし，

500 ms

周期（

5

回に

1

回）で

300 bytes

のデータをパケットで送信する．パケット サイズはアプリケーションレイヤでのパケットサイズ であり，

MAC

ヘッダーなど下位レイヤのオーバーヘッ ド

[36]

は含まれない．送信ごとのパケットサイズの変 動は一定周期ごとに生じるセキュリティ情報によるパ ケットサイズ増を模擬したものである．

4. 2

評価シナリオ

図

8

に示す都市環境及び郊外の高速道路環境の二 つの評価シナリオが規定されている．都市環境は片側

2

車線，車線幅

3.5 m

の道路が

250 m × 433 m

のグ リッドに配置されたモデルで，高速道路環境は片側

3

車線，車線幅

4 m

の直線道路を模擬したモデルであ る．いずれの環境でも，車両は道路上に

2.5

秒速間隔 で配置される．車両速度は都市環境で

15 km/h

ないし

60 km/h

，高速道路環境で

70 km/h

ないし

140 km/h

を仮定しており，低速時ほど車両密度が高い環境と

図8 V2X評価シナリオ(a)都市環境(b)高速道路環境 Fig. 8 V2X evaluation scenario (a) urban (b) high-way.

なっている．

基地局は

3

セクタ

/

サイト構成であり，都市環境で は

500m

のサイト間距離

(ISD)

で配置され，高速道路 環境では

35m

離れた高速道路沿いに

1732m

で配置さ れる．基地局アンテナとして

2

送信

/2

受信のセクタ アンテナ，端末アンテナとして

1

送信

/2

受信の無指向 性アンテナが，それぞれ用いられる．なお，端末の最 大送信電力は

23 dBm

と仮定される．遠方からの干渉 を考慮するため，基地局及び車両は

Wrap around

で 繰り返し配置される．

キャリア周波数は，基地局経由通信では

2 GHz/

10 MHz

帯域幅，直接通信では

6 GHz/10 MHz

帯域 幅が用いられる．

2 GHz

は既存の

LTE

ネットワーク の利用を想定し，

6 GHz

は直接通信を用いた

V2X

専 用の

SL

周波数を想定したものである．

4. 3

評 価 指 標

V2X

では送信端末（車両等）から一定距離範囲内の 端末に対して一定遅延時間内にパケットが到達する確 率として，パケット到達率

(PRR: Packet Reception

Ratio)

が評価指標として用いられる．

4. 1

に示した

周期トラヒックでは

190 bytes

，

300 bytes

の

2

種類 のサイズのパケットが周期的に発生するが，簡単のた め

PRR

はパケットサイズによらない指標として統計 処理される．シミュレーションにおいては，目標とす る最大送受車両間距離（基地局経由通信の場合は下 りメッセージ配信範囲，直接通信の場合は通信レンジ に対応）として，各シナリオで想定した最大相対速度

（都市環境で

120 km/h

，高速道路環境で

280 km/h

） での

4

秒車間におおむね相当する，

150 m

（都市環境）

及び

320 m

（高速道路環境）を用い，最大遅延時間と しては

100 ms

と仮定した．送受車両間距離は

LOS

，

NLOS

いずれの場合も送受車両間の直線距離が用いら れる．

5. LTE V2X

の性能評価

本章ではこれまで概説してきた

LTE V2X

の性能に ついて，計算機シミュレーションにより評価した結果 を示す．はじめに基地局経由通信，続いて直接通信に よる

SL

通信の評価結果を示す．基地局通信は，

UL

と

DL

により構成される．

DL

がマルチキャストをどの ように行うか

V2X

としての課題があるのに対し，

UL

は基本的には従来の

LTE

と同様のユニキャストによ り実施されるため，本論文では

DL

に着目する．直接 通信（

SL

）については，一部

IEEE802.11p

と比較す るとともに，

3GPP Rel-14

におけるシミュレーション 条件に基づいた評価結果も用い，基本特性を明らかに する．

5. 1

基地局経由通信

(a)

基地局経由通信での下りメッセージ配信方法 基地局経由通信において，

UL

はユニキャスト，

DL

はユニキャストまたはマルチキャストが用いられ，基 地局が形成するいずれかの通信セルに接続している．

DL

において

V2X

メッセージは送信端末周辺の一定 範囲内（下りメッセージ配信範囲）に配信される必要 がある．しかし，受信対象の車両は必ずしも同一セル に接続していない．そのためネットワーク側で適切な セルにデータを転送して配信する必要がある．評価に 用いる

3

種類の

V2X

メッセージ転送方法を図

9

に示 す．図

9 (a)

は送信元の車両が接続する基地局の隣接

7

セルにデータを転送する方法であり，図

9 (b)

，

(c)

は

UE

の位置情報と関連付ける

Geo-based

の配信方 法である．図

9 (b)

は送信元車両の位置情報と下りメッ セージ配信範囲に基づいて転送する隣接セルを決定し，

図

9 (c)

では更に宛先となる全車両の位置情報に基づ

図9 V2Xメッセージ転送セルの決定方法 Fig. 9 Target cell selection for V2X massage multicast.

いて，下りメッセージ配信範囲内に受信対象車両が存 在しないセルでは配信を行わないことで配信セル数を 削減する．受信車両の情報を用いる

(c)

では，周期的 な上りパケット送信を用いて，全車両から

GPS

で測 位した位置をモニタするなどの必要がある．

このような他セルへのメッセージ転送の必要性があ るため，マルチキャストを用いた場合でも

DL

には多 くの容量が必要となりうる．更に，

DL

にユニキャス トを用いる場合はセル内の車両数分のメッセージ配信 が必要になるため，マルチキャストよりも大きな容量 が必要となる．

(b)

システムレベル評価

都市環境での

100 ms

遅延時間内のパケット到達率 をシステムレベルシミュレーションで評価した．トラ ヒックモデルは

4. 1

に記載した周期トラヒックモデル を用いた．マルチキャストにおける課題を評価しやす くするため，

DL

の周波数帯域はマルチキャストのみ に用いられるものとし，

UL

通信に対応して下りメッ セージ配信範囲の車両に

DL

通信を行うシステムを 仮定している．評価はトラヒックが支配的となる

DL

を対象とし，マルチキャスト

(SC-PTM [27])

を適用 した場合のパケット到達率とリソース占有率を示す．

SC-PTM

の送信は単一アンテナポートを用い，送信

ダイバーシチを適用した．評価諸元は

4.

で述べた諸 元を元に，都市環境で車速

60 km/h

の場合の評価を 行った．車両は道路上に

2.5

秒速間隔（

41.7 m

）で配 置されるため，図

8 (a)

に示される道路上で，およそ

590

台もの

UE

が存在する非常に厳しい通信環境であ る．評価では，帯域幅を

10 MHz

，下りメッセージ配 信範囲

150 m

を仮定してメッセージ転送セルを決定 した．

変調方式を

QPSK

，符号化率は

1/2

と

1/3

の二 つのケースでリソース占有率を評価した結果を表

5

表5 都市環境におけるDLマルチキャスト(SC-PTM) のリソース占有率

Table 5 Resource occupation ratio of SC-PTM for DL multicast transmission in urban environ- ment.

に示す．

7

セル配信シナリオでは，リソース占有率が

83%

（

R = 1 / 2

）及び

87%

（

R = 1 / 3

）となり

10 MHz

の帯域をほぼ占有している．これに対し，

Geo-based

の 配信では，大きくリソース占有率を低下させ，

R = 1 / 2

のケースで送信元位置情報による通信セル削減でリ ソース占有率

65%

，更に全車両の位置情報を利用す ることで

47%

まで低下させている．符号化率

1/3

で は，全車両の位置情報を用いることで，

64%

までリ ソース占有率を低下させている．図

10

には，下り メッセージ配信範囲に対するパケット到達率を評価 した結果を示す．

7

セル配信シナリオでは，パケッ ト到達率は下りメッセージ配信範囲

150 m

で

69%

(R = 1 / 2)

，

61%

（

R = 1 / 3

）と低い特性となる．こ れに対し，

Geo-based

の配信により送信元の位置情報 利用で，

75% (R = 1/2)

（

77% (R = 1/3)

），全車両 の位置情報を利用することで

80% (R = 1 / 2)

（

86%

(R = 1 / 3)

）まで向上している．

V2X

の多くのユースケースでは高いパケット到達 率が必要とされる．ユースケースによって許容できる 遅延時間は異なり，要求する遅延時間を

1

秒以上など 長くすることで，遅延時間内のパケット到達率を向上 させることができる．干渉が大きい環境下ではパケッ ト送信頻度を下げることがパケット到達率向上に有効 であり，干渉が小さい環境下では遅延時間内のパケッ ト送信頻度を上げて受信機会を増やすことが有効であ る．基地局経由通信の広域を対象可能とする利点を生 かし，数秒以上先の情報を配信することで，ある程度 の遅延時間を許容するサービスを提供することが可能 であると考えられる．

図10 都市環境におけるDLマルチキャスト(SC-PTM) のパケット到達率評価

Fig. 10 Packet reception rate of SC-PTM for DL multicast in urban environment.

また，本評価では

UE

が在圏

/

接続セルからのマル チキャストを受信する前提で評価を行ったが，在圏セ ルが必ずしも最近傍セルではなく所望のパケットが受 信できないケースもあった．例えば図

9

の

Geo-based

（全車両位置）では送受車両間距離が

150 m

の場合に，

パケット到達率が劣化しているが，これは

DL

マルチ キャストでの配信セルとモニタ対象セルとのミスマッ チに起因するものであると考えられる．

UE

が複数セ ルに同期し，在圏

/

接続セル以外のセルからのマルチ キャストをモニタできるとパケット到達率が改善され ることも期待される．

なおこのシナリオにおいては，送受信車両間距離

150 m

の圏内に

28

台以上の

UE

が存在し，

DL

にユ ニキャストを用いる場合には個別に

DL

を実施するた め非常に大きなリソースが必要になると考えられる．

5. 2

直 接 通 信

LTE V2X

として新たに仕様化された

SL

通信の通 信特性を明らかにするため，リンクバジェットによる通 信距離評価と，

MAC

サブレイヤのシミュレーション，

システムレベルシミュレーションを実施した．

5. 2. 1

では

LTE V2X (SL)

と

IEEE802.11p

で達成可能な 通信距離を，リンクバジェットにより評価し，リソー ス選択メカニズムの違いによるパケット衝突特性を，

MAC

サブレイヤでのシミュレーションにより評価す る．その上で，

5. 2. 2

において物理層を考慮したシス テム評価結果を示す．

5. 2. 1 IEEE802.11p

との比較

(a)

リンクバジェット

本節では

LTE V2X (SL)

と

IEEE802.11p

それぞれ で

V2V

通信を考え，達成可能な最大通信距離に対応 するリンクバジェットを評価する．最大通信距離はあ らかじめ決定した所要パケット誤り率（

PER: Packet Error Rate

）を満たす受信感度を算出し，実効放射電 力と，伝搬モデルを仮定し送受間距離から得られる伝 搬ロスから，受信電力が所要受信感度を上回る送受間 距離として得られる．ここで，送受間距離は送受の端 末間の直線距離である．受信電力と所要受信感度は以 下の式で算出される．

受信電力

[dBm]

=

実効放射電力

[dBm] −

伝搬ロス

[dB] (1)

所要受信感度

[dBm]

=

熱雑音密度

[dBm/Hz]+

受信機雑音指数

[dB]+

10 log

₁₀

(

占有帯域幅

[Hz]) +

所要

SINR[dB] − (

送信アンテナゲイン

+

受信アンテナゲイン

−

ケーブルロス

)[dB] (2) PER 10%

，

1%

を実現する

SINR

値は，リファレンス となるリンク性能が評価されており

[37]

^（注1），変調方式 を

QPSK R = 1 / 2

とした条件で，それぞれ，

5.14 dB

，

5.07 dB

，

LTE V2X

の性能が高い．

IEEE802.11p

と

LTE V2X

のパフォーマンスの比較は他にも報告され ており

[38]

〜

[40]

，

3 dB

程度以上のずれとなっている．

これは，両方式で適用される誤り訂正符号が異なり，

LTE V2X

で用いられるターボ符号が高い符号化利得 を有することや，

LTE V2X (SL)

の方がサブフレーム 内の参照信号密度が

IEEE802.11p

よりも高くチャネ ル推定精度が高いことに起因すると考えられる．

次に達成可能な通信距離を数式

(1)

，

(2)

に基づいて 算出する．ここで伝搬ロスモデルとして，

3GPP

で規 定された

SL

による

V2X

通信用のモデルを用い

[27]

， 周波数は

6 GHz

，システム帯域幅

10 MHz

とした．熱 雑音密度

−174 dBm/Hz

，受信機雑音指数

9 dB

，送受 アンテナゲイン

3 dBi

，ケーブルロス

0 dB

，送受信ア ンテナ高

1.5m

，送信電力

23 dBm

，変調方式

QPSK (

符号化率

R = 1 / 2)

，パケットサイズ

300 bytes

，送

（注1）：[37]では5.9 GHzを対象にリンク評価が行われているが，キャ リア周波数はドップラー周波数にのみ影響があり6 GHzとの性能差は無 視できる．本論文では[27]に合わせリンク評価以外は6 GHzで行った．

図11 所要誤り率を満たす通信距離(6 GHz，QPSK R = 1/2)

Fig. 11 Communication range with target PER of 90% and 99% (6 GHz, QPSK R = 1/2).

受信機間の相対速度

30 km/h

を用いた．

LTE V2X (SL)

及び

IEEE802.11p

の所要

PER 1%

及び

10%

を 満たす通信距離を図

11

に示す．なお，通信距離を算 出するに当たり，

5. 2. 1

^の式

(1)

で表される受信電力 及び所要受信感度を用いた．図

11

より，

LTE V2X

は

IEEE802.11p

と比較して，

LOS

環境モデルにおける所 要パケット誤り率

90%

と

99%

でそれぞれ

112m

，

92m

， 長い到達距離が期待できる．

NLOS

環境モデルでは，

22m

，

18m

長く到達できる．すなわち

IEEE802.11p

と比較して，

LOS

で

1.5

倍程度，

NLOS

で

1.3

倍程 度の改善が得られる．安全に関わるサービスではこの リンク性能が事故回避などの性能に直結すると考えら れる．

LTE V2X

の通信範囲が広いのは，前述のとお り所要

PER

を達成する

SNR

が，

LTE V2X

の方が

IEEE802.11p

と比較して小さいことに加えて，

LTE V2X

では図

4 (c)

に示したとおり送信帯域幅を狭くす ることができ，送信電力一定の条件において狭帯域送 信により送信信号の電力密度を高くできることも起因 している．

(b)

パケット衝突特性

LTE SL

通信におけるセンシングの特徴を明確化

するために，高速道路環境による評価モデルにより，

LTE V2X (SL)

及び

IEEE802.11p

の

MAC

サブレイ ヤでのパケット衝突性能の比較・評価を行う．なお，

本評価では図

8 (b)

の高速道路長を

1 km

とし，中

表6 LTE SLパケット諸元 Table 6 Parametes for LTE SL packet.

央の

200 m

区間に存在する

UE

のみを評価対象とし た．各車両は

300 bytes

のパケットを

100 ms

間隔で 生成しマルチキャスト通信を行う．パケット送信を行 う

UE

の通信レンジ（

150m

）内に存在する

UE

をマ ルチキャスト通信の通信対象とし，図

11

の結果から，

QPSK R = 1 / 2

の

PER 99%

の

LTE V2X (SL)

の通 信レンジ

254 m

を信号の検出距離，及びパケット衝 突と判定する送受の距離として，

LTE V2X (SL)

と

IEEE802.11p

の双方に適用する．実際には

LTE V2X (SL)

の制御チャネルはより長い距離まで復号可能で あり，

IEEE802.11p

と

LTE V2X (SL)

で共通とする ことは，実システムの比較の上では正確な評価では ない．しかしながら単純に

CSMA/CA

と

LTE V2X (SL)

のセンシングベースのアルゴリズムが，定期通 信に対してどのような特性を有するかを比較する上で は，見通しが立ちやすい．本評価では，高速道路中央 に存在する評価対象

UE

が，通信レンジ内の

UE

か らパケットを受信している際に，パケット衝突判定レ ンジ

(254 m)

内の他

UE

から同一サブチャネルでパ ケットを受信する場合をパケット衝突として定義し，

パケット衝突が生じなければパケット到達とする．ま た，同一パケットを

2

回送信するケースでは，少なく とも一方にパケット衝突が生じなければパケット到達 とみなす．

LTE V2X

の

SL

通信における諸元は表

6

に示す．

具体的には

300 bytes

に対応する占有リソースサイズ のみを定義するものとし，伝搬損失やフェージングは 考慮せず，送信電力制御も明示的には模擬しない．同 表に示すように，変調方式として

QPSK

，符号率

1/2

， 及び

16QAM

符号化率

1/2

を用い，同一サブフレー ム内に周波数多重可能なパケット数（チャネル数）は，

QPSK

（

R = 1 / 2

）では二つ，

16QAM

（

R = 1 / 2

）で は三つ（図

7

のイメージに対応）となる．リソース割

表7 CSMA/CAパケット諸元 Table 7 Parameters for CSMA/CA packet.

り当ては端末による自律リソース選択を用い，半二重 通信により，パケット送信を行っている評価対象

UE

は同一サブフレームの信号を受信できないため，該当 する受信信号は全てパケット衝突とみなす．

IEEE802.11p

を参照した

CSMA/CA

ベースの通信 の諸元を表

7

に示す．同表に示すように，占有帯域幅

10MHz

，スロットタイム

13 μs

，コンテンションウィ ンドウサイズ

(CW) 15

とする．

LTE

と同様，

MAC

サブレイヤでのシミュレーションを行うため，フレー ム長のみを定義する．

QPSK (R = 1 / 2)

及び

16QAM (R = 1 / 2)

を用いるものとし，それぞれ

477 μ s

及び

244 μs

と設定した．

図

12

に，

1 km

あたりの車両数を

50

台から

300

台 まで増加させた場合の非衝突判定ベースのパケット到 達率を示す．図

8 (b)

の高速道路環境では，

1 km

あ たり車両数は

70 km/h

，

140 km/h

の場合でそれぞれ

123

台，

62

台である．図

11 (a)

より，

1 km

あたりの 車両数が増加するにつれて，パケット衝突数が増加し パケット到達率が低下することがわかる．図

12 (a)

よ り，両方式共にデータレートの高い

16QAM

を用いる ことで，

300 bytes

に対して必要な無線リソースを削 減でき，パケット到達率が向上する．パケット到達率

95%

において許容できる

1 km

あたりの車両数をグラ フから求めると，

LTE V2X (SL)

では，

QPSK

で

116

台，

16QAM

で

184

台，それぞれ対応できることに対 して，

CSMA/CA

では

60

台，

105

台となり，

MAC

サブレイヤでの衝突しない条件で比較して，

LTE SL

が

1.9

倍，

1.7

倍の車両をサポートできることが分か る．なお本評価では物理層を考慮していないため実

際には

16QAM

の利用により実現可能な通信距離は

短くなる．図

12 (b)

は，

100 ms

ごとに

2

回送信を行

図12 高速道路環境でのLTE V2X (SL)のパケット到 達率（MACサブレイヤ）

Fig. 12 Packet reception rate of LTE V2X (SL) in highway model (MAC sub-layer).

う場合のパケット到達率を示したものである．なお，

IEEE802.11p

に

2

回送信の決まったシーケンスは存 在しないため，本評価では，

1

回目のパケット送信後，

20 ms

〜

40 ms

の間のランダム時間待った後，

2

回目 の送信を行うものとする．本来は

LTE

では

HARQ

の効果で高い符号化利得も期待できるシナリオであ る．しかし，本

MAC

シミュレーションは単にパケッ ト衝突のみに注目しているため，その効果は確認でき ない．

HARQ

のゲインについては次の

5. 2. 2

^におい て評価する．図

12 (b)

において，

1 km

あたり車両数

30

台といった低トラヒックモデルで，

LTE V2X (SL)

と

IEEE802.11p

共に，パケット到達率

99%

以上の高 い到達率が得られている．パケット到達率

99%

を満 たす

LTE V2X (SL)

で対応する

1 km

あたり車両数 は

QPSK

で

67

台，

16QAM

で

131

台となる．これは

IEEE 802.11p

の

1.5

倍，

1.8

倍となり，

CSMA/CA

よりパケット衝突に対して有効に動作している．一方，

2

回送信では無線リソースを多く消費するため，

LTE V2X (SL)

も

IEEE802.11p

のいずれも，車両数の増 加に対して大きくパケット到達率が低下する．

QPSK

を用い，

1 km

あたり

300

台の条件では，

LTE V2X (SL)

が

IEEE802.11p

より特性が悪くなる．これは，

IEEE802.11p

は通信が非常に混雑した場合，常に誰 かの通信を検出して，送信できずにタイムアウトする ことがあるのに対し，

LTE V2X (SL)

は，常にリソー スの選択位置の中から送信を行うため，パケット衝突 が生じやすいことによる．本シミュレーションでは

2

回送信

/QPSK

の際に確認できるが，車両数を増加さ せ，無線リソースをひっ迫させれば，他の条件でも同 様の結果が得られると考えられる．

LTE V2X (SL)

の

1

回送信と

2

回送信で比較すると，

QPSK

と

16QAM

に対応するパケットサイズに対し，

1 km

あたりの車 両数がそれぞれ

140

台以下，

217

台以下の条件で

2

回 送信が

1

回送信を上回るパケット到達率を得る．

5. 2. 2

トラヒックモデルに対する評価

高速道路シナリオにおいて物理層を考慮したパケット 受信確率を評価することで，

LTE V2X (SL)

通信によ る干渉の影響を考慮した計算機シミュレーションを行っ た．車両の速度及び密度を考慮し，走行速度

70 km/h

と

140 km/h

でシミュレーションを行った結果を示す．

70 km/h

と

140 km/h

における

2.5

秒の車両間隔は それぞれ

48.6 m

，

97.2 m

に対応し，

1 km

あたりの 車両密度はそれぞれ

123.4

台，

61.7

台に対応する．制 御チャネル（

PSCCH

）とデータチャネル（

PSSCH

） の送信帯域幅をそれぞれ

360 kHz

，

2.34 MHz

とする，

サブチャネル数固定の条件で評価を行った．トラヒッ クモデルは

4. 1

で述べた周期トラヒックモデルを用 い，パケットサイズ

190 bytes

，

300 bytes

の変調方 式としてそれぞれ上記サブチャネルサイズに対応する

QPSK R = 1 / 2

，

QPSK R = 7 / 9

を用いた．

5. 2. 1

と同様，端末自律リソース選択を用いて評価を行っ た．図

13

に評価結果を示す．伝搬ロスや干渉の影響 で，同程度の車両数における

MAC

サブレイヤでのシ ミュレーションよりも低いパケット到達率となってい る．なお本シミュレーションモデルでは

2.5

秒車間を

図13 高速道路環境でのLTE V2X（SL）のパケット到 達率（物理層考慮）

Fig. 13 Packet reception rate of LTE V2X (SL) in highway model (physical layer modeled).

仮定しており，車速が高いほど車両密度が低くなるた め，車速が高いほど信頼性が高い結果となっている．

車速

70 km/h

及び

140 km/h

におけるパケット受信 確率

90%

を実現する通信レンジは

2

回送信の場合にそ れぞれ

104 m

，

203 m

となっており，

70 km/h

及び

140 km/h

での同一車線内の車両間での

4

秒車間距離

（

78 m

及び

156 m

）よりも広く，対向車線の車両との

4

秒車間距離（

156 m

及び

311 m

）よりは狭い結果と なっている．なお

70 km/h

シナリオの通信レンジが広 い領域においては

2

回送信によりパケット到達率が低 下している．これは車両密度が高い環境では再送によ るソフト合成利得以上に干渉の増加が顕著であるため だと考えられる．通信レンジを小さく設定する場合に 再送の利得が得られているが，これは受信信号レベル・

干渉レベルの双方が高い環境下では再送による干渉の ランダム化による効果が高く出ているものと考えられ る．

SL

通信の運用・実装の観点では，本評価で行った 送信回数などの

SL

通信の無線パラメータ最適化にと どまらず，遅延が許容されるパケットの

UL/DL

通信 へのオフロードなどの最適化も考えられる．

6.

む す び

これまで

LTE V2X

について説明してきた．

2017

年

3

月のコア技術の仕様化が完了した

Rel-14 LTE V2X

は世界中で実用化に向けた検討が進んでいる．

LTE V2X

は，

Uplink/Downlink

による広域通信と

Sidelink

による狭域通信をサポートする機能が仕様 化されており，新たなコネクテッドカーサービスの実 現に向けたキー技術の一つといえる．広域通信では

Downlink

に注目し，下りメッセージ配信方法に対す るリソース占有率とパケット到達率を評価し，デー タ・制御信号双方の占有リソースを削減する高効率な 配信がキーとなることを示した．狭域通信に対して は，リンクバジェット，

MAC

シミュレータによるパ ケット衝突特性と，システムレベルシミュレータによ る通信レンジに対するパケット到達率の評価から，優 れた通信距離と通信トラヒックが十分に低い条件での 高いパケット到達率を示した．広域通信，狭域境域通 信ともに，通信トラヒックの増加に対して，通信品質 は大きく影響されるため，通信のデザインの最適化 と干渉マネジメントが重要となる．今後は，より具 体的なユースケースシナリオにおいて，

LTE V2X

の

Uplink/Downlink

の高信頼・高効率な利用方法，及び

Sidelink

のセンシングやリソース選択技術の性能の評 価が進むと考えられる．

最後に，今後の性能改善やより広いユースケースの サポートを目指した動きとして

Rel-15

における

V2X Phase 2

と

Rel-16

以降の動向を紹介する．

Rel-15 LTE

では，

V2X phase 2

として，

Rel-14 sidelink V2X

仕 様に対する性能改善が検討されている

[41]

．具体的に は

64QAM

のサポートや最大

8

キャリアの並列送信・

並列受信を行うキャリアアグリゲーション，及びリソー ス選択に伴う遅延の更なる削減などが仕様化される予 定であり，コア機能の仕様化は

2018

年

6

月に完了す る予定である．

Rel-16

以降に向けては

eV2X

のユー スケース

[42], [43]

に対し，特に直接通信についてセン サ共有のように大容量通信をサポートするための高い 周波数（

6 GHz

帯以上）のチャネルモデルやアンテナ モデル，トラヒックモデルなどが検討されている

[44]

．

LTE V2X

は，これまで述べてきたように広域通信 と狭域通信の両方を利用し，将来生じうる多様なサー ビスに対し柔軟に設計していけることが大きな魅力と なる．高度道路交通システムの更なる発展の一助とし て，今後の発展が期待される．

文 献

[1] 津川定之，“高度道路交通システムにおける通信システ ム，”信学論（B），vol.J82-B, no.11, pp.1958–1965, Nov.

1999.

[2] 松下 温，屋代智之，“ITSの通信基盤の展望と課題，”信 学論（B），vol.J82-B, no.11, pp.1950–1957, Nov. 1999.

[3] 森下 信，“次世代ITSの実現に向けた最新の取り組み，”