Radio resource management in a coexisting 5G NR and wi-fi vehicular scenario

Radio Resource Management in a Coexisting 5G NR and Wi-Fi Vehicular Scenari The recent and remarkable advances in the automotive industry are paving a new way to promote road safety and traffic efficiency, based on connected and autonomous vehicles. This potential can be fully exploited through Vehicle-To-Everything (V2X) wireless communications, which provide connectivity to and from base stations and among vehicles. Future driving applications will inevitably need higher performance than those currently supported by existing V2X technologies. This has sparked interest in developing novel necessary solutions to cope the challenges resulting from the high mobility of vehicles and the several requirements of the new use cases. Today, the two main access technologies are IEEE 802.11p and LTE-V2X that, however, fall short of fulfilling the foreseen increasing traffic demands, in terms of very high throughput, ultra low-latency and ultra-high reliability of future vehicular services. To overcome these limitations, IEEE 802.11bd and NR-V2X represent the new specifications for next generation vehicular networks, exploiting new communication technologies, such as beamforming, and new spectrum, such as the millimeter wave (mmWave) band, to improve performance from all points of view. Starting from these considerations, in this thesis several techniques are applied together in a realistic vehicular scenario, realized thanks to a combination of simulation tools such as Wireless InSite and SUMO. In particular, we focus on a user selection algorithm based on Zero-Forcing Beamforming (ZFBF) and we analyze its performance in a real Infrastructure-to-Vehicles (I2V) scenario at mmWave. Furthermore, we exploit network slicing technique to enable the coexistence among different standards. Some other technologies utilized are MIMO systems, antenna arrays, orthogonally frequency division multiple access (OFDMA) and two different transmitted power allocation policies. Our numerical results show that the environment's geometry significantly affects the propagation pattern and thereby reduces the efficiency of ZFBF in terms of multiplexing. On the other hand, this approach still takes advantage of multi-user diversity to improve the overall capacity.

I recenti e notevoli progressi nel settore automobilistico hanno aperto una nuova strada per promuovere la sicurezza stradale e l'efficienza del traffico, basate su veicoli connessi e autonomi. Questo potenziale può essere sfruttato appieno attraverso le comunicazioni wireless Vehicle-To-Everything (V2X), che forniscono connettività da e verso le stazioni base e tra i veicoli. Le future applicazioni di guida avranno inevitabilmente bisogno di prestazioni più elevate rispetto a quelle attualmente supportate dalle tecnologie V2X esistenti. Ciò ha suscitato interesse nello sviluppo di nuove soluzioni necessarie per far fronte alle sfide derivanti dall'elevata mobilità dei veicoli e dai diversi requisiti dei nuovi casi d'uso. Oggi, le due principali tecnologie di accesso sono IEEE 802.11p e LTE-V2X che, tuttavia, non sono in linea con le crescenti richieste di traffico previste, in termini di throughput molto elevato, latenza ultra bassa e altissima affidabilità dei futuri servizi veicolari. Per superare queste limitazioni, IEEE 802.11bd e NR-V2X rappresentano le nuove specifiche per le reti veicolari di nuova generazione, sfruttando le nuove tecnologie di comunicazione, come il beamforming, e il nuovo spettro di frequenze, come la banda delle onde millimetriche (mmWave), per migliorare le prestazioni sotto tutti i punti di vista. Partendo da queste considerazioni, in questa tesi diverse tecniche sono applicate insieme a uno scenario veicolare realistico, realizzato grazie a una combinzazione di simulatori come Wireless InSite e SUMO. In particolare, ci concentriamo su un algoritmo di selezione dell'utente basato su Zero-Forcing Beamforming (ZFBF) e analizziamo le sue prestazioni in un vero scenario di comunicazione fra infrastruttura e veicolo (I2V) a onde millimetriche. Inoltre, sfruttiamo la tecnica del network slicing per consentire la coesistenza tra diversi standard. Alcune altre tecnologie utilizzate sono i sistemi MIMO, gli array di antenne, l'accesso multiplo a divisione di frequenza ortogonale (OFDMA) e due diverse politiche di allocazione della potenza trasmessa. I nostri risultati numerici mostrano che la geometria dell'ambiente influisce in modo significativo sul modello di propagazione e quindi riduce l'efficienza di ZFBF in termini di multiplexing. D'altra parte, questo approccio è comunque in grado di sfruttare la diversità tra gli utenti per migliorare la capacità complessiva.