融合衛星、LTE和4G/5G網絡的車載應急通信系統技術研究

何勇君，李 偉

（國家石油天然氣管網集團有限公司華南分公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

衛星、TLE、4G、5G是迄今為止先進的網絡技術，這些技術在多個行業領域都得到應用。衛星通信以天線作為信號接收裝置作為通信衛星上下行頻段射頻收發通道，帶外抑制、噪音系數性能出眾，同時具有較高的附加效率與輸出功率；TLE是相比3G更加先進的一種網絡通信技術，特別是在汽車行業TLE技術被應用，正是因為TLE技術將汽車帶入真正的互聯時代；第四代移動通信技術相比3G、TLE都具有更加出眾的性能具有強大的數據通信功能，可以懲戒更加廣泛的業務，成熟的4G在多個行業被應用，在汽車向實現互聯網方向的背景下，4G也被汽車行業高度關注；第五代移動通信技術在我國正處于試運營階段，華為公司是我國5G技術研發的先驅者，并且華為研發的5G+C-V2X車載通信技術被國際上公認為新能源汽車創新技術。本次研究中將對融合衛星、LTE和4G/5G網絡的車載應急通信系統技術進行分析。

1 車載衛星導航系統

1.1 衛星導航系統

目前在全球范圍內共有五大衛星導航系統，分別是美國研發的全球定位系統（GPS）、俄羅斯研發的全球導航定位系統（GLONASS）、歐洲研發的伽利略衛星導航系統（GSNS）、中國研發的北斗衛星導航系統（BDS）、日本研發的準天頂衛星系統（QZSS）。

隨著北斗衛星導航系統的逐漸完善，現階段我國市場上的導航產品大部分都接受北斗提供的定位導航。目前，北斗衛星導航系統在我國多個行業內得到廣泛應用，基本上擺脫國外長年以來在我國占據的衛星導航市場。我國的衛星車載通信技術也是基于北斗衛星導航系統，對我國汽車走向互聯時代具有積極意義。

1.2 微型車載通信技術

伴隨著網絡通信技術的發展，衛星導航在汽車當中得到廣泛的應用。衛星車載導航將計算機、通信、汽車交通等諸多領域進行了綜合化運用，逐漸成為社會高可以研發的熱點話題。

目前，大部分以北斗衛星導航系統為為基礎的車載衛星導航系統均通過北斗一號實行精確定位，在車輛定位的過程中需要借助地面控制中心完成定位全過程。終端定位向地面控制中心發送定位申請，再由衛星轉發至地面控制中心，由地面控制中心接受、解調終端發射的信號，隨即對已申請的服務內容進行數據處理。上述一系列工作完成后，即可實現車輛的精確定位。

2 LTE智能車載終端

2.1 LTE智能車載終端的通信優勢

相比車載衛星導航系統，LTE智能車載終端更加智能化、人性化。對于LTE智能車載終端而言，最重要的一點就是LTE通信模塊提供以LTE為技術基礎的通話功能效果會得到強化。[1]與車載衛星導航系統不同，LTE智能車載終端通話功能更加強大，已經將單純的通話功能拓展為多媒體通話，并且通話對象實現更加多元化，通話質量更加清晰。由此可見使用LTE智能車載終端對于運營商存在更高的要求，其中包括無線接入網絡、核心交換網絡。

2.2 LTE車載通信終端框架

對于LTE車載通信終端框架存在最基礎的要求包括：以LTE數據為基礎承載業務、以運營商網絡為基礎開展語音、視頻通信、短信通信，同時兼顧數據、業務并發，以及通信、短信業務與運營商固網用戶的移動終端相連接。

LTE車載通信終端框架如圖1所示。

圖1 LTE車載通信終端框架

LTE車載終端具有移動特性，因此每一部LTE車載終端都有屬于自己的移動號碼，有助于路由尋址并且盡最大可能選擇獨立號段，倘若在號段不足的情況下，此時需要考慮在4G/5G的基礎上考慮混合放號，需要注意的是，LTE智能車載終端被叫時需要將尋呼由4G網絡路由到IMS網絡進行終端尋址。

3 第四代移車載動通信技術

4G車載移動通信技術是建立在高級的LTE技術基礎之上的，在不同平臺。不通頻帶網絡當中提供無線服務支持，如此一來可以實現任何區域寬帶接入互聯網，同時實現實時定位、數據收集、遠程操控等?？梢愿臃奖愕臐M足車載聯網終端的各種服務。

3.1 編碼方案

在移動通信協議標準當中，編碼是最核心的基礎部分，為了對物聯網終端數目實現有效管理，因此需要給每個車載互聯移動終端分配指定的號碼。[2]盡管目前我國的手機號足以滿足我國人口的使用需求，但是卻無法滿足通信公司為車載互聯終端的編碼，因此才需要確定全新的編碼方案，目前為止IMPU/IMPI、MSISDN、IMSI等編碼方式。

3.2 網絡安全保障方案

對于車聯網系統而言，各層次都面臨著不同程度的威脅，因此需要讓終端安全接入應用平臺是目前為止急需解決的問題。[4]為了最大程度上確保系統安全，因此在本次研究中提出一系列安全措施，而實現終端如何安全的接入應用平臺是需要重點解決的問題。而在實現終端與應用平臺接入的過程中確保系統的性能是最為關鍵的。

3.3 終端接入認證方案

4G車聯網系統因為網絡發達，容易遭遇外界侵襲，因此對于基于4G的車聯網系統必須要強化終端系統的自我防御能力，打造授權可信終端。因此可以通過安裝合法性鑒定管理，與網絡設備實現配合，嘗試對接入4G車聯網系統的用戶進行身份認證，確保接入用戶的合法性。[3]對相關安全策略的病毒庫進行更新、安裝系統補丁等。而對于不符合安全策略的終端系統，需要發出預警提示或者是直接強制對用戶的安全性進行加固。

4 第五代移車載動通信技術

我國現階段還未實現5G的全覆蓋，5G還處于試運行階段。即便如此，5G在我國已經投入到許多行業當中的應用。汽車行業已經嘗試使用5G來打造新一代的車載移動通信技術。華為研發的5G+C-V2X車載通信技術被國際上公認為新能源汽車創新技術。對于車載應急通信系統，使用5G邊緣計算更為可靠。

4.1 5G邊緣計算的特點

在5G的應用背景下，大帶寬、低時延、多連接的技術方式全面支持5G開展邊緣計算的應用場景。5G邊緣計算具備以下特點：

（1）低時延：在遠程操控等背景下，要求網絡系統具有低時延的特點，此時就需要通過降低網絡側時延，實現對業務端到端的時延降低。

（2）高速率：在5G的支持下，高清視頻、AR、VR等視頻業務伴隨著對視頻分辨率、碼率要求的不斷提升，需要依靠5G速率高、覆蓋廣、抗干擾強等特點。

4.2 5G邊緣計算在車載應急中斷的應用

5G邊緣計算可以對車輛調度進行計算，在此基礎上擬定5G專網、公網的整體解決方案。在5G專用信道的支持下可以使通信網絡的可靠性得到提升，從而確保車輛的應急通信系統暢通。使用本地化網絡可以有效規避回傳鏈路故障造成的通信中斷。

5 結束語

本次研究中對融合衛星、LTE和4G/5G網絡的車載應急通信系統技術進行分析，首先對車載衛星導航系統進行介紹，包括衛星導航系統、微型車載通信技術；對LTE智能車載終端進行介紹，包括LTE智能車載終端的通信優勢、LTE車載通信終端框架；對第四代移車載動通信技術進行介紹，包括編碼方案、網絡安全保障方案、終端接入認證方案；對第五代移車載動通信技術進行介紹，包括5G邊緣計算的特點、5G邊緣計算在車載應急中斷的應用。

可以看出，衛星、LTE和4G/5G網絡的車載應急通信系統技術需要在原有的技術基礎上展開研發。因此現階段的車載應急通信系統技術當中綜合了衛星、LTE、4G、5G技術，為汽車走向互聯提供更好的技術支持。