复杂的频谱共享分析：5.9 GHz 频段的案例-研究论文

随着许多行业对无线服务的需求不断增加，而可用带宽仍然稀缺，高效的频谱共享变得越来越重要。 为了应对这一需求，监管机构必须了解特定频谱共享场景中的系统间交互，以便做出明智的政策判断。 正如 De Vries (2017) 和许多其他学者所指出的，这些决定最好通过风险知情的干扰分析做出，而不是最坏情况下的倡导。 没有比 5.9 GHz 频段更明显和更紧迫的分析需求了。 5.9 GHz 与现有的 Wi-Fi 频谱相邻，是支持高需求无线宽带服务的主要候选频段，但今天它专门分配给专用短程通信 (DSRC)，这是一种正在开发的车对车 (V2V) 技术和车辆到基础设施 (V2I) 安全和商业通信。 因此，对 Wi-Fi 和 DSRC 之间共存的复杂而现实的技术理解是这一原型频谱共享案例研究的核心——迄今为止，这种理解一直缺乏，导致自 FCC 最初提出以来近五年的政策停滞2013 年对该频段的共享。本文使用射频 (RF) 工程和计算机科学技术为 5.9 GHz 的频谱共享政策提供必要的技术基础。 具体来说，我们使用基于实验室的 RF 测量作为模拟真实世界系统交互 Wi-Fi 和 DSRC 的基础，特别关注相邻信道 Wi-Fi 的存在如何影响防撞安全的性能根据共享 5.9 GHz 的领先策略（称为“重新信道化”计划）应用 DSRC，本文将对此进行进一步描述。 基于实验室的 RF 测量提供不同系统间配置下的实际 DSRC 性能影响，然后将其锚定到网络和道路交通模拟中，该模拟捕获实际城市景观中 Wi-Fi 和 DSRC 的行为，并观察到车辆体积和移动模式。 DSRC 系统架构师将其关键性能指标定义为误包率 (PER)。 在本文中，我们以 PER 为基础，定义了一个称为安全警报失败率 (SAFR) 的风险告知指标，该指标侧重于对现实世界交通场景中的安全结果产生影响的数据包的失败率，与风险告知频谱政策一致分析。 我们使用名为 Veins（网络仿真中的车辆）的开源车辆交通模拟器来观察意大利博洛尼亚高峰时段行驶的 20,000 多辆车辆的 DSRC SAFR，并且存在 Wi-Fi 干扰。 这种方法是数据密集型的，可以在车辆交通可能导致碰撞的场景中计算 SAFR——这是频谱政策制定者最关心的系统间交互。 通过这样做，我们为这一重要频段的政策提供了一条前进道路。 我们观察到 DSRC SAFR 不受相邻信道中 Wi-Fi 流量的影响。 我们还观察到，在大多数模拟位置，SAFR 高于 DSRC 架构师认为对系统性能有害的水平； 然而，由于这个结果不是由于 Wi-Fi 干扰，我们得出结论，它很可能归因于高车辆交通场景中的 DSRC 系统不稳定。 我们进行了许多检查以证明这些结论的稳健性。 因此，我们的结果表明，监管机构可以在不影响 DSRC 安全功效的情况下成功启用 5.9 GHz 频段的 Wi-Fi 使用。 这一发现为重要频段的政策提供了必要的技术基础，并为更普遍的频谱共享场景中的严格分析提供了宝贵的案例研究。