Experimenting with flexible vehicle to everything communication in LTE sidelink network

Self-driving and connected vehicles, which communicate each other and with the road infrastructure, are expected to revolutionize the automotive industry and our life in the future. In this thesis, we present advances of Long Term Evolution-Sidelink (LTE-SL) Device-to-Device (D2D) communications as a key-enabling technology for 5G enhanced Vehicular-to-Everything (V2X) communications. We provide an overview about the resource allocation and scheduling of different SL D2D modes within traditional LTE radio access networks, as well as showing a new software library and a software modem prototype for 3GPP implementation and experimentation. A systemic investigation of the D2D-related 3GPP specifications is first performed and the key radio protocol implementation aspects are identified and extensively discussed. Focus is on D2D-specific physical layer processing and radio resource allocation peculiarities. The detail D2D (V2X) radio protocol description is followed by a brief presentation of two relevant products developed within the context of EU-funded project FLEX-D. The first is an open-source library in MATLAB that introduces D2D radio protocol up to 3GPP release 14, including the latest V2X specifications. The second is a real-time standard compliant software modem prototype running on general purpose processor hosts and interfacing with SDR boards. Both of the them may aid the research and development community in understanding the performance limitations of D2D radio protocol and V2X protocol.

I veicoli a guida autonoma e connessi, che comunicano tra loro e con l'infrastruttura stradale, dovrebbero rivoluzionare l'industria automobilistica e la nostra vita in futuro. In questa tesi, presentiamo i progressi delle comunicazioni Device-to-Device (D2D) a lungo termine Evolution-Sidelink (LTE-SL) come tecnologia chiave per abilitare le comunicazioni veicolari-tutto (V2X) 5G. Forniamo una panoramica dell'allocazione delle risorse e della programmazione delle diverse modalità SL D2D all'interno delle tradizionali reti di accesso radio LTE, oltre a mostrare una nuova libreria software e un prototipo di modem software per l'implementazione e la sperimentazione 3GPP. Viene inizialmente eseguita un'indagine sistemica sulle specifiche 3GPP relative a D2D e vengono identificati e discussi ampiamente gli aspetti chiave dell'implementazione del protocollo radio. L'attenzione si concentra sull'elaborazione del livello fisico specifico D2D e sulle peculiarità di allocazione delle risorse radio. La descrizione dettagliata del protocollo radio D2D (V2X) è seguita da una breve presentazione di due prodotti pertinenti sviluppati nell'ambito del progetto FLEX-D finanziato dall'UE. La prima è una libreria open source in MATLAB che introduce il protocollo radio D2D fino alla versione 14 di 3GPP, incluse le ultime specifiche V2X. Il secondo è un prototipo di modem software conforme allo standard in tempo reale in esecuzione su host di processore per uso generico e che si interfaccia con schede SDR. Entrambi possono aiutare la comunità di ricerca e sviluppo a comprendere i limiti di prestazione del protocollo radio D2D e del protocollo V2X.