信通院：蜂窩車聯(lián)網(wǎng)持續(xù)演變 5G V2X可實(shí)現(xiàn)車路融合

原標(biāo)題：蜂窩車聯(lián)網(wǎng)演變與研究

汽車正由人工操控的機(jī)械產(chǎn)品逐步向電子信息系統(tǒng)控制的智能產(chǎn)品轉(zhuǎn)變，由單純的交通運(yùn)輸工具逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芤苿?dòng)空間和應(yīng)用終端。智能汽車已成為全球汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略方向。汽車所使用的通信技術(shù)，從做路線規(guī)劃、導(dǎo)航、定位服務(wù)的Telematics，發(fā)展到當(dāng)前為車聯(lián)網(wǎng)定制的LTE V2X（車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)），可以實(shí)現(xiàn)駕駛輔助，提高交通效率和安全性。5G V2X則可以實(shí)現(xiàn)車路環(huán)境融合，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛、編隊(duì)行駛等高級(jí)功能，打造高效、智能、安全的智慧交通系統(tǒng)。

V2X關(guān)鍵技術(shù)及其演進(jìn)

V2X業(yè)務(wù)需求和應(yīng)用場(chǎng)景

在3GPP的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，基于蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的C-V2X技術(shù)主要包括面向基本道路安全業(yè)務(wù)的LTE-V2X技術(shù)和面向自動(dòng)駕駛應(yīng)用的5G V2X。LTE-V2X技術(shù)可以支持位置、速度等信息的共享，支持碰撞預(yù)警、緊急停車預(yù)警等基礎(chǔ)安全應(yīng)用。5G V2X通過(guò)底層關(guān)鍵技術(shù)的增強(qiáng)，支持更高的通信可靠性（99.999%）、更低的時(shí)延（3～10ms）和更高的數(shù)據(jù)速率,可以支持自動(dòng)駕駛、編隊(duì)行駛、擴(kuò)展傳感、遠(yuǎn)程駕駛等更豐富的應(yīng)用場(chǎng)景。

LTE-V2X關(guān)鍵技術(shù)

基于4G/5G蜂窩網(wǎng)通信的C-V2X技術(shù)，可以分為基于PC5接口的終端之間直接進(jìn)行通信和基于Uu接口的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)兩種通信方式?；赑C5接口的直連通信，在沒(méi)有蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地方仍能正常工作；并且直連通信時(shí)延低，適用于對(duì)時(shí)延敏感的安全性相關(guān)應(yīng)用場(chǎng)景?；赨u接口的方式與傳統(tǒng)的LTE通信方式類似，通過(guò)蜂窩網(wǎng)絡(luò)Uu接口進(jìn)行信息轉(zhuǎn)發(fā)，完成集中式調(diào)度和擁塞控制；基于Uu的V2X通信距離更長(zhǎng)，要求車載終端必須在蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)。

基于PC5接口的直連通信的資源分配方式包括eNB集中調(diào)度的資源分配模式Mode3和UE自主資源選擇模式Mode4兩種。在Mode3模式下，終端使用的資源由基站分配，終端在發(fā)送數(shù)據(jù)前，要先向基站發(fā)送資源調(diào)度請(qǐng)求，基站根據(jù)用戶業(yè)務(wù)特點(diǎn)、位置以及資源占用情況分配資源給用戶。由于車載終端間發(fā)送的信息大多是周期性的，eNB可給終端分配半持續(xù)調(diào)度SPS資源以契合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)。Mode3也支持側(cè)行鏈路Sidelink的非SPS的純動(dòng)態(tài)資源調(diào)度。PC5 Mode3控制信令包括兩部分，根據(jù)終端的調(diào)度請(qǐng)求，基站在Uu口將授權(quán)的資源信息通過(guò)DCI format5A發(fā)送給終端，終端將相應(yīng)的資源信息填入SCI format1，SCI format1和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在側(cè)行鏈路的載波上分別通過(guò)PSCCH和PSSCH發(fā)送。直通鏈路SPS配置由eNB通過(guò)PDCCH激活，終端最多可配置8個(gè)同時(shí)激活的不同參數(shù)的SPS資源。Mode3的優(yōu)點(diǎn)是側(cè)行鏈路資源由eNB統(tǒng)一管理，小區(qū)內(nèi)資源不會(huì)沖突。Mode4是終端自主從資源池中選擇資源，其利用業(yè)務(wù)周期性特點(diǎn)，采用Sensing和半持續(xù)調(diào)度機(jī)制，在發(fā)送數(shù)據(jù)之前先進(jìn)行測(cè)量，判斷哪些資源正在被使用或者已經(jīng)被預(yù)定，基于感知結(jié)果選擇與預(yù)定空閑的直通鏈路資源，從而盡量減少資源沖突，提升性能。

不同的V2X業(yè)務(wù)，有不同的可靠性和時(shí)延等性能要求。為了保證終端的QoS，引入了PPPP（數(shù)據(jù)包優(yōu)先級(jí)）、PPPR（分組可靠性）和PDB（數(shù)據(jù)包時(shí)延預(yù)算）。UE中配置有應(yīng)用層V2X消息優(yōu)先級(jí)到PPPP/PPPR的映射關(guān)系。應(yīng)用層根據(jù)業(yè)務(wù)的QoS要求，為每個(gè)V2X消息設(shè)置PPPP和PPPR。PPPP和PPPR從高層傳遞到物理層，其中PPPP包含在SCI格式1中，通過(guò)調(diào)度該數(shù)據(jù)包的PSCCH信道發(fā)送。PPPR則用來(lái)管理數(shù)據(jù)包的可靠性。PPPP到PDB有映射規(guī)則，PDB可以根據(jù)PPPP推導(dǎo)出來(lái)，即UE可從PPPP中推導(dǎo)得出V2X消息的數(shù)據(jù)包時(shí)延預(yù)算。

V2X通過(guò)信道忙率CBR（Channel Busy Rate）、信道占用率CR（Channel Occupancy Ratio）、PPPP進(jìn)行擁塞控制。CBR是反應(yīng)資源池?fù)砣潭鹊闹笜?biāo)，其通過(guò)測(cè)量最近的100個(gè)子幀中直通鏈路接收信號(hào)強(qiáng)度，指示S-RSSI超過(guò)某個(gè)（預(yù)）配置門限的子信道比例。CR是1秒內(nèi)，終端實(shí)際使用和希望預(yù)留的子信道數(shù)目之和，在子幀n時(shí)刻評(píng)估的CR的定義為在子幀[n-a,n-1]內(nèi)用于發(fā)送、在子幀[n,n+b]內(nèi)許可的子信道總數(shù)目，除以發(fā)送資源池內(nèi)子幀[n-a,n+b]上配置的子信道總數(shù)目。

PPPP還可以用來(lái)輔助實(shí)現(xiàn)分布式擁塞控制。根據(jù)用戶的業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)，PPPP和CBR配合起來(lái)，影響終端的發(fā)送參數(shù)選擇，比如MCS選擇、用的子信道數(shù)目等?？梢越o終端配置一個(gè)CBR范圍的集合，每個(gè)CBR范圍對(duì)應(yīng)一個(gè)CR限值，數(shù)據(jù)如表1所示。當(dāng)終端發(fā)現(xiàn)CR超過(guò)當(dāng)前測(cè)量的CBR值所對(duì)應(yīng)的CR限值時(shí)，終端應(yīng)將CR減少到限值范圍內(nèi)。終端可以通過(guò)提高M(jìn)CS來(lái)降低資源占用和減少重傳次數(shù)等方式降低CR。PPPP也可以配置成與終端最大發(fā)射功率有關(guān)聯(lián)，通過(guò)限制低優(yōu)先級(jí)終端的最大發(fā)射功率，降低遠(yuǎn)距離終端測(cè)量到的CBR。

表1 擁塞控制參數(shù)配置表

V2X終端首先需要讀取V2X通信的參數(shù)配置信息，包括V2X應(yīng)用服務(wù)器地址信息、業(yè)務(wù)ID與V2X頻率的映射、V2X業(yè)務(wù)列表、業(yè)務(wù)ID和目標(biāo)層二ID的映射、V2X無(wú)線資源參數(shù)（最大發(fā)射功率、載波頻率、系統(tǒng)帶寬、發(fā)送/接收資源池、擁塞控制參數(shù)等），然后通過(guò)監(jiān)聽PSCCH信道和測(cè)量PSSCH-RSRP/S-RSSI感知資源占用情況，選擇能量低的資源發(fā)送自己的V2X業(yè)務(wù)信息，同時(shí)根據(jù)CBR/CR/PPPP擁塞控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

NR V2X關(guān)鍵技術(shù)

3GPP在Rel-16中引入了NR V2X。LTE-V2X僅支持廣播模式，NR支持在部分車載終端之間進(jìn)行通信的組播功能。對(duì)于車輛編隊(duì)行駛之類的業(yè)務(wù)，需要在編隊(duì)組員之間分享信息，例如車輛間需要協(xié)同變道實(shí)現(xiàn)車隊(duì)的匯入和匯出，這些編隊(duì)相關(guān)的內(nèi)部信息，以組播的形式在編隊(duì)車輛內(nèi)部進(jìn)行發(fā)送。NR V2X通過(guò)對(duì)MAC/RLC/PDCP/SDAP等高層協(xié)議的增強(qiáng)和改進(jìn)，在覆蓋內(nèi)外以及部分覆蓋場(chǎng)景中增加了對(duì)單播、組播的支持。對(duì)于組播業(yè)務(wù)，需要引入業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)是否正確接收的反饋。因此NR V2X中，在PSCCH/PSSCH/PSBCH信道外，引入PSFCH以承載業(yè)務(wù)信道PSSCH檢測(cè)的HARQ反饋信息。NR V2X的直連通信資源分配也包括基站調(diào)度和UE自主選擇資源兩種方案。其中資源分配Mode1類似于LTE的Mode3，由基站進(jìn)行資源分配；資源分配Mode2與LTE-V2X的Mode4類似，由UE自主進(jìn)行資源選擇。

NR Sidelink增強(qiáng)技術(shù)

終端通過(guò)Sidelink直連通信是V2X的重要技術(shù)，同時(shí)Sidelink也有一些如公共安全之類的應(yīng)用場(chǎng)景。為了更好地支持V2X業(yè)務(wù)和Sidelink的其它應(yīng)用場(chǎng)景，3GPP在Rel-17立項(xiàng)NR Sidelink enhancement，從功耗、可靠性和延時(shí)等方面對(duì)Sidelink進(jìn)一步增強(qiáng)。

資源分配增強(qiáng)是NR Sidelink增強(qiáng)的一個(gè)重要方向。車載終端對(duì)功耗不敏感，但是V2P中的行人作為Sidelink通信的一方，對(duì)功耗比較敏感，因此降低功耗是增強(qiáng)資源分配方案的一個(gè)工作方向。同時(shí)還需考慮在Mode2資源分配方式下，如何提升可靠性和降低時(shí)延：比如引入U(xiǎn)E間協(xié)作機(jī)制，假設(shè)終端A使用了一些資源，將終端A的資源使用信息分享給終端B,終端B在選擇自己的發(fā)送資源時(shí)就要考慮這些已知信息。對(duì)廣播/組播/單播引入DRX機(jī)制是NR Sidelink增強(qiáng)的另一個(gè)方向。DRX是無(wú)線通信中比較成熟的省電技術(shù)，在Sidelink通信中引入DRX機(jī)制，包括整個(gè)DRX的工作流程，彼此通信的UE間Sidelink DRX喚醒時(shí)機(jī)的協(xié)調(diào)等工作。在有網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地方，也要考慮NR Sidelink和終端空口的DRX喚醒及睡眠時(shí)間的協(xié)同等。截至2021年9月RAN 93次全會(huì)，R17 NR Sidelink增強(qiáng)核心規(guī)范制定工作進(jìn)度為63%，并計(jì)劃于2022年3月完成該工作。

我國(guó)政府和相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化工作單位高度重視車聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的技術(shù)研究和標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)工作，工業(yè)和信息化部聯(lián)合國(guó)標(biāo)委發(fā)布了包括總體要求、智能網(wǎng)聯(lián)汽車、信息通信、電子產(chǎn)品和系統(tǒng)等內(nèi)容在內(nèi)的國(guó)家車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南。隨著后續(xù)產(chǎn)業(yè)生態(tài)和基礎(chǔ)設(shè)施的逐步建設(shè)與完善，車聯(lián)網(wǎng)商用將逐步落地，提升交通安全和出行效率，滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的美好生活需要。

關(guān)鍵詞： 資訊 通信世界網(wǎng) 車聯(lián)網(wǎng) 5G V2X