前言：這是一篇關於V2X的文章，裏面主要對通信的標準演進進行了說明，牽扯較多的通信名詞和知識，在看的時候一頭霧水，因此本博客整理文章的內容外還將對一些通信知識進行補足。
CODE;001
受益於LTE系統的普及，3GPP正逐步推進基於LTE的V2X的標準，中國的LTE V2X被用作LTE-V，而3GPP將其定義爲LTE-V2X。這篇文章完成了以下工作：
- 分析3GPP規定的V2X服務的需求和用例
- 綜述LTE-V2X最新標準
- LTE-V2X的挑戰
- LTE-V2X的設計方法
- eV2X服務和可能的5G解決方案
- LTE-V2X的實現
介紹
智能交通系統：將先進的信息技術、數據通信技術、傳感器技術、電子控制技術以及計算機技術等有效地綜合運用於整個交通運輸管理體系，從而建立起一種大範圍內、全方位發揮作用的，實時、準確、高效的綜合運輸和管理系統。
ITS（智能交通系統）通過V2X通信來實現車輛、行人、基礎設施的信息共享，從而達成長時間感知指定空間的目的。
DSRC（專用短程通信）作爲WAVE（行車環境中的無線通信方案），因其平均延時低的特點，側重於車輛安全方面的應用。DSRC因爲使用異步通信，在CSMA/CA中性能很低；而部署支持DSRC的硬件的成本也很高。因此要改進DSRC很困難。
ESTI（IEEE和歐洲電信標準協會）規定的V2X報文分爲兩類：協作感知報文(CAMs)[1]和分散環境通知報文(DENMs)[2]。
- CAMs是接近最大延遲（100 ms）的用於交換狀態信息的週期性消息；
- DENMs由事件觸發，並向道路使用者發出警報。
作爲異於DSRC的另一種V2X方案，近些年LTE-V2X以3GPP的R13、R14爲代表，標準化工作正順利進行，並在一些國家完成了現場測試，其前景一片光明。
V2X 的服務需求和3Gpp規定的用例
3GPP的V2X標準的進展
2016.6：TSG SA1規定了基本需求集和用例，提出eV2X的需求
2016.12：SA2規定了增強的結構；SA3規定了安全問題的解決方案；確定RAN（無線接入網絡）支持V2X服務的標準；
2017.3：使用蜂窩網的V2X場景的優化（R14）
一些eV2X的需求可通過LTE eV2X實現；NR V2X作爲LTE eV2X的補充。
3GPP提出的V2X服務需求和用例
3GPP中，TSG SA1負責：1.安全方的用例；2.支持V2X的潛在的LTE需求。
5類服務需求定義如下：
- 速度：支持最大絕對速度160km/h和最大相對速度280km/h。在沒有速度限制的場景下，最大相對速度爲500公里/小時。
- 通信範圍：有效距離要求大於在最大相對速度的場景下，根據駕駛員的充分反應時間（如4秒）計算得到的距離。
- 延遲/可靠性：
支持V2V/V2P應用程序的UEs之間的最大端到端延遲應爲100 ms（直接通信或經過RSU通信）；
支持V2I應用程序的UE與RSU之間的最大延遲應爲100 ms；
爲了支持預碰撞感知，兩個支持V2V應用程序的事件之間的最大延遲應該降低到20ms。有效距離和有限延遲時，且不需要重傳應用層消息的前提下，需保證無線電層的最低可靠性。計算了在一定時間窗內連續傳輸時的累積傳輸可靠性。
- 消息大小：不包括與安全相關的消息元素時，支持V2X應用程序的兩個UE之間的週期性廣播消息的有效負載的可變長度僅爲50-300字節。事件驅動的消息的大小可以達到1200字節。
- 消息生成周期：最小消息生成周期可以是100毫秒。
V2X的應用主要包含以下特點（定性）：低延遲、高可靠、高速率、大通信範圍。
TSG SA1爲eV2X確定了25個用例，可分爲：列隊行駛、高級駕駛、擴展傳感器、遠程駕駛、其他普遍化用例。
3GPP提出的對於LTE V2X的基礎挑戰和設計要點
對於LTE V2X的結構增強和物理層設計
TSG SA2 規定的結構增強如上圖所示，這個圖是在LTE D2D架構的基礎上，將新的V2X控制模塊加入其中得到的。觀察後發現以下特點：
- 存在4個UE，分別爲行人、車輛A、車輛B、路邊設施，每個UE皆附屬一個V2X應用。UE之間以PC5連接，應用之間以V5連接。
- V2X控制器與UE均通過V3連接。
- 移動通信無線網絡E-UTRAN通過LTE-Uu與UE連接；通過S1與核心網（即MME那部分）連接。
- V2X應用服務器 通過V2與V2X控制功能相連，通過V1與V2X應用相連。
經過查閱這篇文章後發現，接口是被所連接的主體所定義的，即：連接V2X應用的接口成爲V1接口。而非將V1接口用於連接V2X應用。此外這篇文章的後半段對接口也進行了簡單的描述性定義。
爲了配合LTE V2X的結構。無線層（radio layer）需要新的改進，以應對以下挑戰：物理層結構的設計、資源分配、同步。
將目光放在LTE D2D上，它現在被視作基於V2V通信的PC5接口的baseline。接下來討論V2V通信與LTE D2D不相適應的地方。1.V2X服務的消息大小可變，所以需要對傳統的SA（調度分配）進行重用，以便知識初始傳輸和重傳的數據資源。2.SA內的控制信息仍由PSCCH（物理旁路控制信道）承載，流量有效載荷由PSSCH（物理旁路共享信道）傳輸。（PSCCH和PSSCH以數據幀的形式存在，分別用於傳輸終端控制數據和用戶數據）3.爲保持較低的PAPR（峯均功率比），採用SC-FDMA(單載波頻分多址)進行傳輸。
接下來介紹DMRS（物理層上行控制、共享信道的解調參考信號）的結構變化：傳統LTE系統的兩個參考信號間隔0.5ms，當相對速度大於280km/h時，相干時間將小於符號週期，從而導致時間選擇性衰落（快衰落）。另一方面，傳統LTE系統可以矯正的最大頻偏爲1kHz，但相鄰cell的UR間的頻偏（調頻波頻率擺動的幅度）可達2.2kHz以上，因此還會導致頻率選擇性衰落。對此提出的改善方法爲：1.將幀內DMRS的列數從2個增加到4個。2.加入循環冗餘校驗和固定參數隨機選擇避免UE之間的干擾。
因爲GNSS（全球導航衛星系統）具有較高的定時和頻率精度，因此可用作LTE V2X的同步源。但當PC5和LTE Uu在同一頻段運行且它們之間的時序偏移量過大時，若UE直接與GNSS同步，則通過PC5的通信將對LTE-Uu的上行傳輸產生干擾。此時，eNB將指示車輛UE在eNB-based和GNSS-based的同步中二選一。
利用傳統的LTE D2D機制，增強的同步源優先級可以通過對旁路同步信號(SLSS)和物理旁路廣播信道(PSBCH)建立新的連接來支持。考慮到對LTE-Uu上行鏈路傳輸的保護以及確保同步源的定時和頻率的準確性，同步源優先級的規則應根據eNB-based或GNSS-based同步配置來實施。當eNB配時的優先級高於GNSS時，直接或間接同步到eNB的UE的優先級高於GNSS，然後優先級高於直接或間接同步到GNSS的和其他剩餘UE的優先級。當GNSS的優先級高於eNB配時時，GNSS的優先級最高，而直接同步到GNSS或eNB的UE的優先級低於GNSS但高於UE，間接同步到GNSS或eNBm的，低於其他剩餘UE。利用所提出的同步機制，可以實現全局同步，減少同步集羣的數量，保證同步精度。
3GPP給出的對LTE V2X的增強資源分配機制
在時域上，最小的資源粒度是一個OFDM符號（上行是SC-FDMA符號。下文統一稱爲OFDM符號）。在頻域上，最小的粒度是一個子載波。一個OFDM符號與一個子載波組成的一個時頻資源單元，叫做RE（Resouce Element）。物理層在進行資源映射的時候，是以RE爲基本單位的。一個時隙內所有的OFDM符號與頻域上12個子載波組成的一個資源塊，叫做RB（Resource Block），LTE資源調度就是以RB爲基本單位的。[1]
考慮到低延時和有效資源利用的情況，LTE V2X採取FDM（頻分多路複用）而非TDM。
在時間窗口有限的情況下，將FDM機制用於LTE V2X的SA（scheduling assignment，調度分配）資源池和數據資源池。
在相同子幀中的SA和DATA會被髮送到相鄰或不相鄰的RBs中。
LTE D2D的兩種資源分配機制：集中資源分配(模式1)中，下行控制信息(DCI)格式5被調度來指示SA和數據資源；分佈式資源分配中，由於LTE D2D中發射機密度較低，且標準較爲簡單，因此隨機選擇是確定的。然而，在發射機密集時，由於V2X服務信息是週期性的或事件觸發的，LTE D2D通信的方案不適用於V2X服務，如週期、消息大小、可靠性和延遲等。針對V2X業務的特點，提出了以下資源分配的改進方案：
- 支持模式3的集中式資源分配機制 和 支持模式4的分佈式資源分配機制。
- 感知和SPS資源分配。
- FDM和TDM用於跨車輛的資源複用。
- 地理信息在資源配置中的應用。
- 使用信道忙比(CBR)和消耗比(CR)進行擁塞控制。
- 行人UE 的功耗節約。
資源分配機制大致可分爲集中式或分佈式兩種，但其各有缺點：
- 使用集中資源分配的用戶必須連接到eNB，這將造成額外的信令開銷
- 使用分散式資源的用戶可能會在本地做出單方面的錯誤決策。
因此，爲了保證V2X服務的QoS要求，提出支持模式3的集中式資源分配機制和支持模式4的分佈式資源分配機制，以適應V2X服務的特點。依賴集中式eNB，模式3只工作在存在eNB覆蓋的場景，而模式4可以在無eNB覆蓋的場景下提供分佈時資源分配。另一方面。由於V2X的服務具有周期性和可預測的大小，因此可以在模式3和模式4中將半持久性調度(SPS)作爲一種資源分配機制來支持。基於SPS的週期性資源預留機制，其他事件的感測傳輸可以避免碰撞，從而有效地提高系統性能。
感知和SPS資源分配的具體機制如上圖所示，感知窗口爲1000ms，UEs在每個接收子幀中繼續檢測來自其他UEs的傳輸。當資源選擇或重新選擇被觸發，UE將在資源選擇窗口中選擇可用的資源。資源選擇窗口的上邊緣受當前有效載荷延遲的限制，下邊緣則由基於UE s實現的進程延遲決定。根據感知窗口中檢測到的資源佔用狀態，如果一個UE選擇的可用資源在資源選擇窗口的(n + d)子幀，那麼相同的頻率 資源(n + d + SPS週期)將會被在(n+d)傳輸的SA預留。爲什麼這裏面trigger沒有在window裏，感知是感知資源佔用還是trigger？爲什麼根據感知窗口的佔用狀態可以爲與資源選擇窗口相關的幀預留資源
當資源選擇/重新選擇機制被觸發時，SPS的計數器值將在建議的範圍內均勻隨機選擇。每次傳輸完流量包後，SPS計數器的值減小1。SPS計數器滿足終止條件時，當前資源將以p概率保留並重置SPS計數器，或以概率(1 - p)觸發重新選擇。正因爲有這個計數器的存在才稱之爲半永久性的吧~
此外，資源分配可結合地理信息將通信區域於劃分到不同的zone中。將不同的資源分配給鄰近zone內的UE，通常是爲了減少干擾和IBE（基於身份認證的加密）。由車輛的相對速度引發的高移動性，導致了Handover（基站覆蓋區的切換），爲了保證V2X服務的連續性，用於隨機選擇的exceptional pool被引入。
LTE V2X模式3支持動態調度和SPS調度機制。DCI格式5A用於指示流量包傳輸的詳細資源信息。在DCI格式5A的內容中，即使沒有在V2V專用載波上部署eNB，載波索引字段(CIF)也可以指示V2V傳輸的載波。考慮到LTE-Uu通信範圍大、集中控制等特點，廣播機制需要提高頻譜效率和延遲要求。通過傳輸資源池和接收資源池的配置，可以對干擾進行協同控制。
具有100 ms週期的Pool-specific CBR測量可用於反映接收UE的池的擁塞級別。CR被定義爲UE用於其傳輸的子信道總數除以配置的子信道總數(在1000毫秒的測試周期內)的比率。在CBR和CR測量的支持下，LTE V2X中的擁塞控制功能可以採用分佈式或集中式的方式實現。如果將CBR與UE的位置信息報告給eNB, eNB將在系統級更有效地控制擁塞。
從用戶用例的省電角度看，傳感操作消耗了通信中的大部分能量。因此，必須在傳輸性能和行人UE的有限電池容量之間進行權衡。行人UE不需要接收來自車輛UE的消息，即使其他車輛UE在這些子幀中傳輸信息，行人UE也可能在某些子幀中處於休眠狀態。如果允許UE支持端口部分感知，則資源選擇的性能可以提高到優於隨機選擇的性能。
根據eV2X用例的性能需求分析，基於LTE的V2X解決方案應該得到儘可能多的增強以覆蓋eV2X服務。基於LTE的V2X可以滿足一些車輛隊列應用和有限的自動駕駛應用的基本要求。基於NR的V2X可以與基於LTE的解決方案兼容，以覆蓋更先進的服務。未來的工作將支持LTE- A Pro and/or 5G NR的全自動駕駛應用。因此，協調技術可以爲LTE V2X的發展鋪平道路，並保持相對於IEEE 802.11p的優勢。
LTE V2X的實現
這部分實際是對目前各種技術落地和政策制定的描述，略
5G V2X的未來研究方向
LTE V2X繼承了TD-LTE的優勢，包括多用途的通信模式、低部署成本、無處不在的蜂窩網絡覆蓋、高容量和頻譜高效的空中接口。
目前，已經爲eV2X服務確定了25個用例，包括5個用例組：隊列化、擴展傳感器、高級驅動、遠程驅動和其他/通用驅動。eV2X的需求要求即使在高密度的場景也滿足嚴格的可靠性，低延遲，高數據率和更大的通信範圍。
對5G-NR上行鏈路、下行鏈路和旁線業務，函需適當的改進，如超可靠低延遲通信(URLLC)旁線和Uu、增強型移動寬帶(eMBB)旁線等。
5G-NR高層的解決方案應包括以下幾個方面：近端組管理、擁塞控制、移動性管理、QoS管理、PC5與Uu之間的切換。
由於同時存在多個RAT(無線接入技術)，因此必須使用多RAT可以高效協同和共存的機制。
網絡架構應該得到改進，以支持eV2X服務的改進。此外，爲了滿足eV2X需求的挑戰，必須開發新的特性來實現極低的穩定性、高可靠性、高效率的PC5和Uu通信。
Reference
[1]https://blog.csdn.net/m_052148/article/details/51336410
後記
這是我看的第二篇關於V2X的論文，比起上一篇多了很多名詞，爲了完成這篇筆記也進行了很多查找（多了很多小blog~0~），到現在這文已經寫了3天有餘，因爲不想拖的太久，後半段有一些名詞沒來得及查找，以後有機會補上~
文中很多東西都是參考其他大神的blog或者百度百科，在此對這些知識路上的巨人表示感謝。
因爲文中多使用了外鏈來對名詞進行說明，而引用一般都在外鏈bolg中有提及。印象中只有一處照搬了reference，如有其他沒及時標註請私信告知，本人將馬上修改。