劉 冰，陳海燕

（安徽電信規(guī)劃設(shè)計有限責任公司，安徽 合肥 230031）

0 引 言

在科技新基建的宏觀背景下，利用5G網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)“人、車、路、云”協(xié)同交互式車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展是大勢所趨，既可以實現(xiàn)低時延、高可靠的自動駕駛類業(yè)務(wù)，又可以滿足車載娛樂、在線視頻會議等大帶寬類增值業(yè)務(wù)需求[1]。同時5G網(wǎng)絡(luò)與蜂窩車聯(lián)網(wǎng)（Cellular Vehide-to Everything，C-V2X）網(wǎng)絡(luò)融合發(fā)展可以實現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施的集約化建設(shè)，釋放有限的空間資源，節(jié)約建設(shè)與運維成本[2]。5G基站型路測單位（Road Side Unit，RSU）能夠?qū)SU功能與5G基站相融合，從而利用一個設(shè)備、一套網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)5G在車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的賦能。基于蜂窩通信技術(shù)的C-V2X網(wǎng)絡(luò)涉及眾多行業(yè)，產(chǎn)業(yè)鏈上下游已經(jīng)形成了完整的產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)[3]。5G基站設(shè)備與RSU設(shè)備融合需要打破原有產(chǎn)業(yè)鏈體系，完成跨部門、跨行業(yè)的融合，是個長期發(fā)展的過程?；诖?，有必要設(shè)計一套不依賴設(shè)備合并的網(wǎng)絡(luò)融合方案。

1 5G與C-V2X獨立組網(wǎng)方案

5G與C-V2X獨立組網(wǎng)階段，RSU與5G基站一般部署在不同位置。C-V2X網(wǎng)絡(luò)依據(jù)車路協(xié)同需求規(guī)劃布局，實現(xiàn)車輛與道路覆蓋；而5G網(wǎng)絡(luò)則依據(jù)公眾用戶的需求規(guī)劃布局，實現(xiàn)廣域全局覆蓋。

C-V2X技術(shù)包括LTE-V2X技術(shù)及其平滑演進形成的5G-V2X技術(shù)，其中5G-V2X支持基于Uu接口的網(wǎng)絡(luò)通信模式（5G Uu）和基于PC5接口的終端直通通信方式（5G PC5）[4]。5G Uu接口基于5G蜂窩網(wǎng)絡(luò)技術(shù)大帶寬、低時延、高可靠的特性，支持車輛、交通基礎(chǔ)設(shè)施、人以及云端平臺之間信息的快速傳輸。而5G PC5支持車輛、人、交通路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施之間的直接通信，適配更多的應(yīng)用場景，可以保障無網(wǎng)絡(luò)覆蓋環(huán)境下的互聯(lián)互通[5]。此外，5G Uu接口還可以實現(xiàn)針對5G PC5接口的資源調(diào)度，以便合理地分配直連通信傳輸資源，提高5G PC5通信傳輸?shù)目煽啃訹6]。5G與C-V2X獨立組網(wǎng)拓撲如圖1所示。

圖1 5G與C-V2X獨立組網(wǎng)拓撲

5G-V2X技術(shù)是NR-V2X技術(shù)的一部分，是LTE-V2X技術(shù)的增強和補充，在未來很長一段時間內(nèi)會與LTE-V2X共存，并針對不同用例提供服務(wù)。終端設(shè)備將同時配備LTE-V2X模塊和NR-V2X模塊，其中LTE-V2X模塊支持基本安全類業(yè)務(wù)，NR-V2X模塊則支持面向自動駕駛的高級應(yīng)用[7]。根據(jù)車載信息服務(wù)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用聯(lián)盟和未來移動通信論壇聯(lián)合工作組基于蒙特卡洛仿真和確定性分析計算等得到的研究結(jié)果，5 850～5 925 MHz作為全球范圍以及區(qū)域性融合的智能交通系統(tǒng)（Intelligent Traffic System，ITS）頻譜，可以與現(xiàn)有同頻業(yè)務(wù)和鄰頻業(yè)務(wù)共存，在兼容性方面具有頻率使用的可行性[8]。

根據(jù)我國對5G網(wǎng)絡(luò)的頻譜分配和運營商共建共享情況，5G網(wǎng)絡(luò)將分別由中國移動/廣電共建在700 MHz和2.6 GHz頻譜范圍內(nèi)，而電信/聯(lián)通則部署在SUB 6GHz頻段上。運營商5G頻譜分布如圖2所示。

圖2 運營商5G頻譜資源分布

5G-V2X技術(shù)是NR-V2X技術(shù)的一部分，是LTE-V2X技術(shù)的增強和補充，在未來很長一段時間內(nèi)會與LTE-V2X共存，并針對不同用例提供服務(wù)。終端設(shè)備將同時配備LTE-V2X模塊和NR-V2X模塊，其中LTE-V2X模塊支持基本安全類業(yè)務(wù)，NRV2X模塊則支持面向自動駕駛的高級應(yīng)用[7]。根據(jù)車載信息服務(wù)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用聯(lián)盟和未來移動通信論壇聯(lián)合工作組基于蒙特卡洛仿真和確定性分析計算等得到的研究結(jié)果，5 850 MHz～5 925 MHz作為全球范圍以及區(qū)域性融合的智能交通系統(tǒng)（Intelligent Traffic System，ITS）頻譜，可以與現(xiàn)有同頻業(yè)務(wù)和鄰頻業(yè)務(wù)共存，在兼容性方面具有頻率使用的可行性[8]。綜合分析，建議在第一階段建設(shè)中將5G PC5與5G Uu口的5G-V2X網(wǎng)絡(luò)部署于5.8 GHz頻段。獨立組網(wǎng)階段C-V2X網(wǎng)絡(luò)頻譜資源分布建議如圖3所示。

圖3 獨立組網(wǎng)階段C-V2X網(wǎng)絡(luò)頻譜資源分布

2 基于MEC的5G-V2X協(xié)同組網(wǎng)方案

在時延、帶寬以及計算能力等方面，各類C-V2X應(yīng)用場景對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境提出了不同的要求[9]。高級別自動駕駛和傳感器共享等增強型的V2X場景時延最低要求3 ms，全局路況分析場景則要求對視頻、雷達信號等感知內(nèi)容進行精準分析和處理[10]。

隨著5G網(wǎng)絡(luò)在行業(yè)應(yīng)用中的不斷成熟，基于移動邊緣計算（Mobile Edge Computing，MEC）和網(wǎng)絡(luò)切片的5G專網(wǎng)建設(shè)將進入新的階段，5G網(wǎng)絡(luò)與C-V2X網(wǎng)絡(luò)的融合也將迎來基于MEC的5G專網(wǎng)協(xié)同建設(shè)新階段?；贛EC的5G專網(wǎng)與C-V2X融合是將C-V2X業(yè)務(wù)部署在MEC平臺上，借助5G Uu接口或5G PC5接口支持實現(xiàn)“人-車-路-云”協(xié)同交互，通過路邊MEC降低端到端數(shù)據(jù)傳輸時延，緩解終端或路側(cè)智能設(shè)施的計算與存儲壓力，提供本地化的高質(zhì)量服務(wù)[11,12]?；贛EC的5G-V2X協(xié)同組網(wǎng)拓撲如圖4所示。

圖4 基于MEC的5G-V2X協(xié)同組網(wǎng)拓撲

我國3 300～3 400 MHz頻段用于5G室內(nèi)覆蓋，由4家運營商共享[13]。在實際的部署中，考慮到與4G系統(tǒng)融合時低頻器件成熟度更高、成本更低等因素，運營商并未將5G部署在該頻段。由于車聯(lián)網(wǎng)主要覆蓋道路側(cè)，其覆蓋信號與室內(nèi)信號重疊區(qū)域范圍小，因此可以考慮將整個C-V2X頻段遷移至3 300～3 400 MHz頻段，與5G共享室內(nèi)頻譜資源，有利于降低設(shè)備器件的建設(shè)成本。協(xié)同組網(wǎng)階段5G與C-V2X網(wǎng)絡(luò)頻譜資源分布如圖5所示。

圖5 協(xié)同組網(wǎng)階段5G與C-V2X網(wǎng)絡(luò)頻譜資源分布

3 基于頻譜共享的網(wǎng)絡(luò)融合方案

在基于MEC的5G-V2X協(xié)同組網(wǎng)階段，5G基站設(shè)備可以與RSU設(shè)備共同部署在同一位置，與C-V2X覆蓋區(qū)域形成一個“同心圓”重疊區(qū)域。在此基礎(chǔ)上，采用5G微站設(shè)備實現(xiàn)兩網(wǎng)同覆蓋，降低建設(shè)成本。5G網(wǎng)絡(luò)可以在無線側(cè)、傳輸側(cè)以及核心側(cè)分別采用載波隔離、FlexE接口隔離、UPF/AMF下沉等方式與公網(wǎng)用戶完全隔離，實現(xiàn)更高安全性的車路協(xié)同5G專網(wǎng)覆蓋。基于頻譜共享的網(wǎng)絡(luò)融合拓撲如圖6所示。

圖6 基于頻譜共享的網(wǎng)絡(luò)融合拓撲

在頻率方面，可以采用集中或分布的方式實現(xiàn)C-V2X與5G資源的動態(tài)頻譜共享，以提升未來高級別車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)能力。頻譜集中式架構(gòu)下，在MEC上增加高級管理節(jié)點或直接在MEC中融合頻譜高級管理功能，實現(xiàn)共享頻譜管理[14]。頻譜分布式架構(gòu)下，不新增高層管理節(jié)點，在5G基站與RSU之間直接進行信息交互，實現(xiàn)競爭或協(xié)商的頻譜共享[15]。融合組網(wǎng)階段5G與C-V2X網(wǎng)絡(luò)頻譜資源分布如圖7所示。

圖7 融合組網(wǎng)階段5G與C-V2X網(wǎng)絡(luò)頻譜資源分布

4 結(jié) 論

所設(shè)計的融合路徑不同于5G基站型RSU，不追求5G基站設(shè)備與RSU設(shè)備的融合，保持了電信運營與交通運營的相對獨立。該方案可實現(xiàn)性強，有利于產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，具備快速落地的條件，擁有更高的商業(yè)價值。在實際應(yīng)用中，未來將對5G網(wǎng)絡(luò)與C-V2X網(wǎng)絡(luò)頻段兼容性和基于MEC的5G專網(wǎng)進行進一步研究。