【课件】3-3 移动蜂窝V2X通信技术应用

车联网技术与应用能力模块三车联网通信关键技术任务三移动蜂窝V2X通信技术应用导入C-V2X，是从LTE-V2X到5GV2X的平滑演进，基于强大的3GPP生态系统和连续完善的蜂窝网络覆盖，可以直接利用现有蜂窝网基础设施，从而大幅降低未来自动驾驶和车联网部署成本。今天我们就将对LTE-V2X与5G-V2X进行更详细的了解与学习。新授Newteaching1目录一、LTE-V2X概述与架构设计二、LTE-V2X物理技术三、LTE-V2X应用四、5G-V2X概述五、5G-V2X(NR)网络架构六、5G-V2X应用与需求一、LTE-V2X概述与架构设计（一）V2X架构-基于PC5

重用ProSe的车联网通信架构如图所示。该架构中新功能V2XControlFunction的定义为：用于处理V2X所需网络相关行为的逻辑功能。一、LTE-V2X概述与架构设计（二）V2X架构-基于LTE-Uu

重用eMBMS的车联网通信架构如图所示。该架构中新功能V2XAS定义为：用于处理V2X所需网络相关行为的逻辑功能，类似于GCSAS。二、LTE-V2X物理技术LTEV2X中有PC5和Uu两种接口；PC5接口指的是UE和UE之间的直连接口,Uu接口指的是UE和基站之间的接口PC5的工作频段为专用频段，为6GHz,Uu的工作频段为授权频段，为2GHz二、LTE-V2X物理技术（一）资源分配方式 LTE-V2X支持两种资源分配机制，分别为基站调度的资源分配（mode3）和终端自主的资源分配（mode4)。其中，mode3方式基于LTE-Uu接口对UE进行集中调度，mode4方式则基于PC5接口进行分布式调度。

在资源分配方式上，未来的可能增强方向有半静态调度（Semi-PersistentScheduling.SPS)。考虑到V2X业务的周期性，为了减少空口信令开销，LTE-V2X支持半静态调度。二、LTE-V2X物理技术（一）资源分配方式

资源池即PC5传输可使用的时频资源的集合。由资源池管理器提供一定数目的目标

资源，当有资源请求时，资源池给其分配通信时频资源，然后将该资源标识为忙，标

识为忙的资源不能再被分配使用。

在LTE-V2X的资源池分为调度分配（ScheduleAssignment,SA）和DATA（数据）两类信息资源池在调度分配的过程中，SA有着重要作用，即负责指明资源的位置，每个数据传输都由SA来规划。1资源池二、LTE-V2X物理技术（一）资源分配方式LTE-V2X支持两种资源分配机制，分别为基站调度的资源分配（mode3）和终端自主的资源分配（mode4)。其中，mode3方式基于LTE-Uu接口对UE进行集中调度，

mode4方式则基于PC5接口进行分布式调度。相邻不相邻2资源池二、LTE-V2X物理技术（一）资源分配方式

基站调度下的资源分配通常会基于UE特定的传输信息，比如位置、速度、行驶方向等。01.基站调度资源分配方法

例如基于位置的资源划分，地理位置和资源存在映射关系，车辆只能在指定的资源上传输：或者行驶方向不同的车辆使用不同的资源块，从而能更好地适应不同方向车辆密度不同的情况。二、LTE-V2X物理技术（一）资源分配方式

另一种基站调度下的资源分配方法是基于车辆移动方向进行资源分配。01.基站调度资源分配方法二、LTE-V2X物理技术（一）资源分配方式

半静态资源占用（SPS）是指其调度周期（500ms~1s）长于广播周期。02.基于倾听的半静态资源占用资源分配方法二、LTE-V2X物理技术（一）资源分配方式

由于半双工的限制，不同UE的SA容易产生碰撞，导致不同UE不知道对方占据了哪些资源，DATA也可能产生碰撞。因此，需要第三方车辆或基站辅助。03.基于倾听的碰撞避免资源分配方法二、LTE-V2X物理技术（一）资源分配方式

在R12-D2D直接通信技术（Release12LTE-D2D技术）的基础上做一些增强，比如增加T-RPT（TimeResourcePattem，包含数据报在datapool中所占的时隙的信息）的个数，从而减小碰撞的概率。

但重新设计T-RPT会增加开销。因此一个有效的办法就是现有的T-RPT重复，并且每个T-RPT的偏移都是随机的（根据SA中的ID等特有信息进行随机化，可减小开销）。04.在时频域随机选择资源资源分配方法二、LTE-V2X物理技术（一）资源分配方式SA资源池和DATA资源池是TDM的关系，PSCCH的周期为40ms。其中PSCCH占用8ms，PSSCH占用32ms。

或SA资源池与DATA资源池是FDMA的形式但不在同一子帧中传输。05.将SA和DATA采用不同的关联方式资源分配方法二、LTE-V2X物理技术（一）资源分配方式

或SA和DATA在同一子帧中传输，SA和DATA是相邻的（这种情况下发射功率峰均比PAPR相对较低），SA包含现在和随后的时隙所使用的资源。05.将SA和DATA采用不同的关联方式资源分配方法二、LTE-V2X物理技术（一）资源分配方式拥塞控制

在V2X的通信中，拥塞问题一直是一个影响通信性能的关键问题。尤其是在城市路网场景下。当在有限的通信带宽中，随着车辆密度的提高，拥塞问题会变得更为严重。

在3GPP的LTE-V2X标准制定中，基于中心控制和分布式的拥塞控制机制可以显著提升高密度场景下接入系统的用户数。

LTE-V2X为了基于Uu接口满足V2X业务传输的需求：

上行传输支持基于业务特性的多路半静态调度、在保证业务传输高可靠性需求的前提下可大幅缩减上行调度时延。

下行传输针对V2X业务的部通信特性，支持小范围的广播，支持低延时的单小区点到多点传输（SC-PTM）和多播/组播单频网络（MBSFN)。二、LTE-V2X物理技术（二）基于Uu接口的增强设置

由于车辆的移动速度较高，且可能工作在高频段（6GHz)，因此不能直接沿用LTE-D2D的帧结构。

当车辆移动速度大时，会产生多普勒频移的现象，导致接收端频率发生变化，影响双方的通信。为了应对高多普勒效应，3CPP考虑使用数据解调参考信号来解决。DMRS指的是基站用于信道估计和信道均衡的参考信号，上行DMRS与上行数据或信令在同一个无线资源块（RadioBlock,RB）中传输，因此eNB能够获取数据传输带宽内的信息。二、LTE-V2X物理技术（三）子结构增强

在LTE-V2X中，有GNSS、UE自同步、eNB三种同步源。在蜂窝系统中，基站是唯一的同步源；

而在C-V2X系统中，由于UE或者RSU可以支持GNSS模块，它们能够直接获得GNSS信号，其定时和频率精度都比较高，可以作为同步参考源为附近其他节点提供必要的同步信息。二、LTE-V2X物理技术（四）同步技术三、LTE-V2X应用（一）3GPP在V2X上的标准化进程

第三代合作伙伴计划（3rdGenerationPartnershipProject，3GPP）是一个由五大区域中七个主要成员组成的国际电信标准化发展协会，致力于制定电信产品并满足区域通信标准服务的需求，同时促进国际通信标准服务间的互操作性。三、LTE-V2X应用（二）3GPP中定义的V2X应用场景

V2X包括车对车（Vehicle-to-Vehicle,V2V)、车对路（Vehicle-to-Infrastructure,V2I)，和车对人（V2P)。 V2X有很多应用场景，3GPPR14SAI中现在定义的应用场景如下页表所示。三、LTE-V2X应用类型用例类型用例

V2V(10)前碰预警（FCW）V2I(7)UE类型RSU参与的V2X应用控制失效警告自动泊车紧急车辆警告弯道限速提醒V2V紧急停车预警基于路侧的道路安全服务协作式自适应巡航（CACC）V2I紧急停车预警由电信运营商控制的V2X消息传输道路安全服务预碰撞感知告警排队提醒网络覆盖外V2X应用V2N(4)V2N交通流优化错误行驶方向提醒V2N全景图V2V通信中的隐私高精度定位V2P（3）行人碰撞预警远程诊断和实时修复通知行人穿越马路安全提醒V2X(3)漫游时用于V2X访问弱势群体安全预警（VRU）交通管理

V2X最小QoS服务三、LTE-V2X应用（三）V2X应用需求

不同于传统的蜂窝通信技术标准，3CPP在制定蜂窝架构下的V2X通信标准时需要考虑到车联网通信对于可靠性和实时性等需求。a.总体需求ACc.安全需求B时延及可靠性需求消息大小需求信息发送频率需求范围需求速度需求b.特殊服务需求三、LTE-V2X应用（三）V2X应用需求

1.总体需求

总体需求涉及配置、跨运营商服务、优先级设置以及区域控制等。需求指标最大相对速度（km/h）500消息包的大小周期性消息：50-300字节事件触发消息：最大1200字节消息传输频率最大10Hz最大延迟某些V2V应用场景20ms某些V2V/I/P应用场景100msV2N应用场景1000ms通信范围用户4s反应时间的通信覆盖范围可靠性大于90%的消息接收可靠性三、LTE-V2X应用（三）V2X应用需求 E-UTRAN（进化型的统一陆地无线接入网络）倾能以100ms的最大延迟在支持V2V/P的UE之间传输消息。

对于特定用途（即预碰撞感知）；E-UTRAN应当能够以20ms的最大延迟在支持V2V的UE之间传输消息。此外，E-UTRAN应能以100ms的最大延迟在支持V21的UE和RSU之间传输消息，并以不大于1000ms的端到端延迟在支持V2N的UE和应用服务器之间通过3GPP网络传输消息最后E-UTRAN需在应用层消息不重传的情况下，能够支持高可靠性。时延及可靠性需求三、LTE-V2X应用（三）V2X应用需求

E-UTRAN应能以50-300字节的可变消息长度在支持V2X的UE间传输周期性广播消息，并且以不大于1200字节的可变消息长度在支持V2X的UE间传输事件触发型消息。

值得注意的是3GPP在制定标准时。只考虑了基于消息特性的V2X服务/应用消息的传输，且与消息类型无关。消息大小需求三、LTE-V2X应用（三）V2X应用需求

假定V2X应用提供周期性或事件触发型的消息给3GPP运输层，E-UTRAN应能支持最大频率为每UE或每RSU每秒发送10个消息。消息发送频率需求

E-UTRAN应能支持能给司机充足反应时间（例如4s）的通信范围。范围需求三、LTE-V2X应用（三）V2X应用需求

在V2V中，不管UE是否在E-UTRAN覆盖范围内，支持V2V服务的UE能够在最大相对速度为280km/h时相互传输消息。

在V2P中，不管UE是否在E-UTRAN覆盖范围内，支持V2V服务的UE和支持V2P服务的UE能够在最大绝对速度为160km/h时相互传输消息。

在V2I中，不管UE和RSU是否在E-UTRAN覆盖范围内，支持V21服务的UE和RSU能够在最大绝对速度为160km/h时相互传输消息。速度需求三、LTE-V2X应用（三）V2X应用需求3.安全需求

3CPP网络应当为移动网络供应商提供一种方法来向用户设备进行授权，使得UE在E-UTRAN服务范围内能够支持V2X应用进行V2X通信。3GPP网络应当为MNO提供一种方法（例如预授权）来向用户设备（UE）进行授权，使得UE不在E-UTRAN服务范围内时也能够支持V2X应用进行V2X通信。四、5G-V2X概述（一）5G-V2X的定义 5G-V2X是5G通信的V2X标准，也称作NR-V2X，因4G-LTE技术设计之初并未充分考虑车联网技术，随着智能汽车迅速发展起来，4G-LTE技术就显得不够用，因此5G通信在设计之初即将智能汽车的需求考虑进去，V2X将是5G网络的一部分，5G-V2X有融合LTE-V2X及DSRC的可能，为汽车提供更安全、更高效的运行能力。四、5G-V2X概述（二）5G-V2X与LTE-V2X对比 LTE-V2X已经具备产业应用基础，而5G-V2X（NR）尚在标准形成过程中。5G-V2X（NR）预计于2020年6月才能完成阶段性标准化。LTE-V2X及5G-V2X（NR）国际标准研究进展如图所示。四、5G-V2X概述（三）5G-V2X的发展

随着2020年5G元年的正式到来，因4G-LTE技术设计之初并未充分考虑车联网技术，随着智能汽车迅速发展起来，4G-LTE技术就显得不够用，因此5G通信在设计之初即将智能汽车的需求考虑进去，V2X将是5G网络的一部分，5G-V2X有融合LTE-V2X及DSRC的可能，为汽车提供更安全、更高效的运行能力。五、5G-V2X(NR)网络架构 5G-V2X(NR)的参考网络架构如图：六、5G-V2X应用与需求（一）感知扩展

1.交通环境协同感知

车辆或RSU通过雷达、摄像头等感知设备感知交通环境，包括周边车辆、VRU（弱势道路使用者）、物体、路况等，并通过V2V/V2I将其感知结果共享给其他车辆。六、5G-V2X应用与需求（一）感知扩展

2.车道内位置调整

V2X车辆感知周围车辆位置以及车道宽度、车道线等相关信息，发送给RSU。

RSU根据自身感知的周边信息，结合接收到的车辆状态和车道信息，基于车辆间安全距离需求，计算各车辆在车道内的适当位置，并通过V2I通信将位置调整信息发送给车辆。六、5G-V2X应用与需求（一）感知扩展

3.特殊车辆的感知和避让

当装配V2X的特殊车辆处于任务状态，它将发送道路预空请求（里面包含任务类型，目的地等信息）给MEC中的应用。

路边的基础设施如摄像头可以将道路拥堵情况告知MEC，在MEC中可以计算车道级的拥堵情况，并为特殊车辆计算出道路/车道的路径规划。六、5G-V2X应用与需求（一）感知扩展

4.道路异常与特殊事件上报1.V2V检测到路面障碍或者特殊交通事件时，将信息汇总并路况上报至ApplicationServer2.App