3GPP制定的基于4G-LTE的5G V2X需求解析.doc
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1、3GPP制定的基于4G/LTE的5G V2X需求解析1 引言伴随着信息技术的发展,车联网成为继移动互联网后的一大热点。2016年9月28日,主要由车企、运营商与设备商成员共40多家公司组成的5G汽车联盟(5GAA, 5G Automotive Association)正式成立。5GAA建立目的是希望共同定义蜂窝车联网(C-V2X,Cellular Vehicle to X)的需求,通过多行业联合共同推动智能驾驶端到端解决方案实现,建立一个成功的车联网生态系统,在开发、测试及促进销售方面展开全方位合作,制定标准,加快商用化和向全球市场推广。本文重点解析3GPP制定的基于4G/LTE的V2X标准以
2、及开始出现的5G V2X需求。2 V2X标准概况在2013年初,韩国LG、美国高通在3GPP SA1提出车联网立项的申请,随即展开了从需求到标准制定的研究工作。同时伴随着车联网是信息化和工业化的深度融合,催生一系列的产业变革,这是新的发展机遇,中国通信标准化协会CCSA也积极开展LTE V2X标准制定工作,具体如图1所示:图1 LTE V2X的标准概况蜂窝车联网从3GPP R14版本开始引入,该版本是4G技术LTE的最后一个版本,因此称为LTE-V2X,2017年第一季度标准冻结,年中完成;中国通信标准紧跟3GPP标准进展,开展基于LTE系统的车联网总体技术要求的研究。LTE-eV2X将于R1
3、5的5G NR同步进行,将于2018年中左右完成。LTE-eV2X相对LTE-V2X,主要针对编队驾驶、增强驾驶、扩展传感器、遥控驾驶等场景进行了技术增强。LTE-V2X和LTE-eV2X旨在满足未来10年的车联网需求。当然如果有新增的应用需求无法通过V2X和eV2X解决,3GPP也会在R16阶段启动5G NR-V2X进行增强,包括终端和基站之间Uu接口的增强,终端和终端之间接口的增强等。虽然这部分工作还没有实际开展,但从5G的性能可看出:5G NR V2X将实现更短的时延、更高的可靠性,但是不会取代LTE V2X/eV2X,而是作为补充,提供更高级的V2X服务,并支持和LTE V2X/eV2
4、X的互操作。3 V2X关键技术众所周知,V2X诞生前,美国已经有成熟的车联网通信方案:基于IEEE802.11p的特定短距离通信(DSRC, Dedicated Shorted Range)方案,也是V2V的通信协议。许多车企在DSRC系统上开展了几乎10多年的研究和测评工作,几乎是各个车企认定车辆智能化的发展方向,但是进展并不理想。蜂窝网络运营商期望进入车联网的阵营,因此标准的制定是在借鉴DSRC的基础上逐步开展的。3.1 LTE D2D技术纵观3GPP的发展史,所有的通信都是经由网络的,用户A到用户B的任何一条信令,信息的发送都需要先通过基站,然后进行后续节点的处理转发等,没有用户A与用户
5、B的直接对话。但是到了车联网,场景发生变化,需求随着不同,如车辆的自动驾驶场景下( 如编队行驶、并道等),收发车辆的距离近,车与车的直联是更好的通讯模式。因此3GPP标准体系一个全新的承载通信方式的标准产生了,即LTE D2D(Device To Device,又称LTE Direct),该标准由美国高通公司于2011年9月在3GPPSA1提出并展开研究,后续延续到SA2以及RAN开展了一系列从需求到架构到具体信道、资源分配等的标准工作制定。LTE D2D为车联网的V2V通信提供了一种全新的通信方式,即基于PC5接口(车-车的接口)的直通方式。3.2 LTEMBMS众所周知,ITU提出的5G白
6、皮书提到,5G有着比4G更高的性能要求:毫秒级的时延、0.1 Gbits-11 Gbits-1的用户体验速率及每平方公里一百万的连接数密度。随着IPv6的部署,一个脚掌就有数十个IP地址。因此原来传统意义的基于应答确认式的单播点对点通信方式(Unicast)已经不能满足车联网通信的需求,而要引入广播多播技术(MBMS, Multi Broadcast Multi Service),以更高效地分享周边的信息。因此可见,LTE MBMS只是车联网的一环,是车联网的一种使用场景。3.3 LTE V2X前面提到DSRC早于LTE-V十年多出现,但是并没有赢得市场,主要原因在于车车直接通信时,拥塞、干扰
7、和覆盖等很多问题没有解决。就如同两个平级的用户出现矛盾,没有第三方上级来仲裁,那么两个平级之间就会陷入僵局。LTE-V在实现直连,即车与车直接通信的时候,又利用蜂窝网络充当起仲裁的角色,很好地解决了拥塞及干扰等问题。以下先介绍基于PC5直连的LTE V2V关键技术:(1)为V2V子帧增加了4个DMRS(DemodulaTI on Reference Signal)符号。这些符号与500 kph以下的速度和智能交通系统(ITS, Intelligent Transport Systems)频段(主要是5.9GHz频段)相关联,进行高速信道追踪,解决了高速移动导致的多普勒效应和频率偏移带来的问题。
8、(2)导入了采用半持续调度(Semi Persistent Scheduling)方式的分散型调度技术。一次无线资源分配可以使用多个子帧,减少了频内辐射,可以优化信道的使用,提高传输效率。(3)导入了新调度分配功能。这样便可在车辆多通信节点密度更高的环境下进行恰当的数据资源处理,延迟时间也面向V2V得到改善。(4)时钟同步,在网络不覆盖的情况下,缺少同步源。V2X同时支持基站和全球导航卫星系统(GNSS)的时间同步。(5)专业的QoS技术:V2X消息可以通过non-GBR和GBR承载传输:QCI 3(GBR)和QCI 79(non-GBR)可以用于V2X消息的单播传输,QCI 75(GBR)只
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