5G無線通信技術在異構車聯網中的應用研究

陳一鳴 寧夏大學 物理與電氣工程學院

在HetVNETs中，有兩種通信線路，車輛到車輛（V2V）和車輛到基礎設施（V2I），與傳統的車聯網相似，它們均由單一通信技術支持。V2I使得車輛與基站相連來進行信息傳送并實現娛樂信息廣播。多種無線通信系統可以通過V2V和V2I來支持ITS服務，其中長期演進技術（LTE）和DSRC技術適用性最強。HetVNETs面臨的關鍵任務是支持不同網絡架構動態且即時變化，使得操作者能夠以一種有效且靈活的方法來使用無線資源。

V2I通信能夠提供車輛與路邊基礎設施之間的連接。因為路邊基站已經得到廣泛部署，所以利用蜂窩網絡來支持V2I通信是一種有效方法。另一種方法是利用DSRC技術，其基于IEEE802.11p/1609無線接入車輛環境協議的。

（1）LTE V2I：LTE使得上行線路數據速率高達50Mbps，下行線路數據速率高達100Mbps，帶寬為20MHz，支持最大移動速率350km/h。LTE系統的傳輸時延低，理論周期時間低至10ms，無線接入網中的傳輸時延高至100ms[1]。因此，LTE能夠很好的支持V2I通信。（2）DSRC V2I：為了實現針對移動車輛的廣泛覆蓋和即時配置，采用了IEEE802.11p協議，在物理層設置10MHz的半時鐘模式。然而，車輛間通信可能出現在頻率選擇性多徑信道和快衰落信道或者密集部署環境。因此，DSRC有很大的提升空間，當用于V2I通信時，DSRC網絡存在很多問題。

V2V通信是指兩車之間直接互通信息，旨在最大限度地減少交通事故和提高交通效率。緩慢行駛的車輛可以通過與相鄰車輛之間交互車輛速度、加速度以及車輛狀態等信息避免交通事故。對V2V通信的深入研究可以實現車輛減速警告、車輛狀態異常警告等等，本節討論V2V通信的兩種相關技術。

（1）LTE D2D：蜂窩網絡中設備到設備（D2D）通信方式是LTE系統中利用物理接近進行的車輛間通信的一種方法[2]。在D2D模型中，任何兩輛車之間可以直接通信，它們需要首先發現其通信對象存在，這是一個耗時的過程。如文獻[3]所述，發現周期通常為1、2、5或者10秒。由于在車輛環境中，兩輛車之間實現通信的時間需要非常短，現有的D2D機制很難滿足實現安全服務的嚴格的QoS要求。因此，在很多情況下，D2D發現時間比分配給信息傳輸的時間更長，這對于高QoS要求的安全信息傳輸是不能接受的。（2）DSRC：DSRC可以同時有效地支持V2V通信中的安全服務和非安全服務。首先，V2V通信通常使用一個分散的方法，其中網絡是自治的并且外部的任何基礎設施。其次，由于V2V通信中的兩個實體都是車輛，沒有之前在V2I中提到的“不平衡線路”問題。但是，在V2V通信中使用DSRC仍有幾個挑戰。由以上對比可以看出LTE比DSRC更適合V2I通信，而DSRC比LTE D2D更使用與V2V通信。LTE與DSRC二者相結合構造異構網絡有望滿足智能交通系統服務的一系列通信要求。

[1]Araniti G, Campolo C, Condoluci M, et al. LTE for vehicular networking： a survey[J]. Communications Magazine IEEE, 2013,51(5)：148-157.

[2]Lei L, Zhong Z, Lin C, et al. Operator controlleddevice-todevice communications in LTE-advanced networks[J]. Wireless Communications IEEE, 2012, 19(3)：96-104.

[3]Choi K W, Han Z. Device-to-Device Discovery for Proximity-Based Service in LTE-Advanced System[J]. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 2015, 33(1)：55-66.