探索5G網絡與C-V2X網絡融合發展的新路徑

劉 冰，陳海燕

（安徽電信規劃設計有限責任公司，安徽 合肥 230031）

0 引 言

在科技新基建的宏觀背景下，利用5G網絡實現“人、車、路、云”協同交互式車聯網發展是大勢所趨，既可以實現低時延、高可靠的自動駕駛類業務，又可以滿足車載娛樂、在線視頻會議等大帶寬類增值業務需求[1]。同時5G網絡與蜂窩車聯網（Cellular Vehide-to Everything，C-V2X）網絡融合發展可以實現基礎設施的集約化建設，釋放有限的空間資源，節約建設與運維成本[2]。5G基站型路測單位（Road Side Unit，RSU）能夠將RSU功能與5G基站相融合，從而利用一個設備、一套網絡實現5G在車聯網領域的賦能。基于蜂窩通信技術的C-V2X網絡涉及眾多行業，產業鏈上下游已經形成了完整的產業鏈生態[3]。5G基站設備與RSU設備融合需要打破原有產業鏈體系，完成跨部門、跨行業的融合，是個長期發展的過程。基于此，有必要設計一套不依賴設備合并的網絡融合方案。

1 5G與C-V2X獨立組網方案

5G與C-V2X獨立組網階段，RSU與5G基站一般部署在不同位置。C-V2X網絡依據車路協同需求規劃布局，實現車輛與道路覆蓋；而5G網絡則依據公眾用戶的需求規劃布局，實現廣域全局覆蓋。

C-V2X技術包括LTE-V2X技術及其平滑演進形成的5G-V2X技術，其中5G-V2X支持基于Uu接口的網絡通信模式（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蜂窩網絡技術大帶寬、低時延、高可靠的特性，支持車輛、交通基礎設施、人以及云端平臺之間信息的快速傳輸。而5G PC5支持車輛、人、交通路側基礎設施之間的直接通信，適配更多的應用場景，可以保障無網絡覆蓋環境下的互聯互通[5]。此外，5G Uu接口還可以實現針對5G PC5接口的資源調度，以便合理地分配直連通信傳輸資源，提高5G PC5通信傳輸的可靠性[6]。5G與C-V2X獨立組網拓撲如圖1所示。

圖1 5G與C-V2X獨立組網拓撲

5G-V2X技術是NR-V2X技術的一部分，是LTE-V2X技術的增強和補充，在未來很長一段時間內會與LTE-V2X共存，并針對不同用例提供服務。終端設備將同時配備LTE-V2X模塊和NR-V2X模塊，其中LTE-V2X模塊支持基本安全類業務，NR-V2X模塊則支持面向自動駕駛的高級應用[7]。根據車載信息服務產業應用聯盟和未來移動通信論壇聯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果，5 850～5 925 MHz作為全球范圍以及區域性融合的智能交通系統（Intelligent Traffic System，ITS）頻譜，可以與現有同頻業務和鄰頻業務共存，在兼容性方面具有頻率使用的可行性[8]。

根據我國對5G網絡的頻譜分配和運營商共建共享情況，5G網絡將分別由中國移動/廣電共建在700 MHz和2.6 GHz頻譜范圍內，而電信/聯通則部署在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技術是NR-V2X技術的一部分，是LTE-V2X技術的增強和補充，在未來很長一段時間內會與LTE-V2X共存，并針對不同用例提供服務。終端設備將同時配備LTE-V2X模塊和NR-V2X模塊，其中LTE-V2X模塊支持基本安全類業務，NRV2X模塊則支持面向自動駕駛的高級應用[7]。根據車載信息服務產業應用聯盟和未來移動通信論壇聯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果，5 850 MHz～5 925 MHz作為全球范圍以及區域性融合的智能交通系統（Intelligent Traffic System，ITS）頻譜，可以與現有同頻業務和鄰頻業務共存，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中將5G PC5與5G Uu口的5G-V2X網絡部署于5.8 GHz頻段。獨立組網階段C-V2X網絡頻譜資源分布建議如圖3所示。

圖3 獨立組網階段C-V2X網絡頻譜資源分布

2 基于MEC的5G-V2X協同組網方案

在時延、帶寬以及計算能力等方面，各類C-V2X應用場景對網絡環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、雷達信號等感知內容進行精準分析和處理[10]。

隨著5G網絡在行業應用中的不斷成熟，基于移動邊緣計算（Mobile Edge Computing，MEC）和網絡切片的5G專網建設將進入新的階段，5G網絡與C-V2X網絡的融合也將迎來基于MEC的5G專網協同建設新階段。基于MEC的5G專網與C-V2X融合是將C-V2X業務部署在MEC平臺上，借助5G Uu接口或5G PC5接口支持實現“人-車-路-云”協同交互，通過路邊MEC降低端到端數據傳輸時延，緩解終端或路側智能設施的計算與存儲壓力，提供本地化的高質量服務[11,12]。基于MEC的5G-V2X協同組網拓撲如圖4所示。

圖4 基于MEC的5G-V2X協同組網拓撲

我國3 300～3 400 MHz頻段用于5G室內覆蓋，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。由于車聯網主要覆蓋道路側，其覆蓋信號與室內信號重疊區域范圍小，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共享室內頻譜資源，有利于降低設備器件的建設成本。協同組網階段5G與C-V2X網絡頻譜資源分布如圖5所示。

圖5 協同組網階段5G與C-V2X網絡頻譜資源分布

3 基于頻譜共享的網絡融合方案

在基于MEC的5G-V2X協同組網階段，5G基站設備可以與RSU設備共同部署在同一位置，與C-V2X覆蓋區域形成一個“同心圓”重疊區域。在此基礎上，采用5G微站設備實現兩網同覆蓋，降低建設成本。5G網絡可以在無線側、傳輸側以及核心側分別采用載波隔離、FlexE接口隔離、UPF/AMF下沉等方式與公網用戶完全隔離，實現更高安全性的車路協同5G專網覆蓋。基于頻譜共享的網絡融合拓撲如圖6所示。

圖6 基于頻譜共享的網絡融合拓撲

在頻率方面，可以采用集中或分布的方式實現C-V2X與5G資源的動態頻譜共享，以提升未來高級別車聯網業務能力。頻譜集中式架構下，在MEC上增加高級管理節點或直接在MEC中融合頻譜高級管理功能，實現共享頻譜管理[14]。頻譜分布式架構下，不新增高層管理節點，在5G基站與RSU之間直接進行信息交互，實現競爭或協商的頻譜共享[15]。融合組網階段5G與C-V2X網絡頻譜資源分布如圖7所示。

圖7 融合組網階段5G與C-V2X網絡頻譜資源分布

4 結 論

所設計的融合路徑不同于5G基站型RSU，不追求5G基站設備與RSU設備的融合，保持了電信運營與交通運營的相對獨立。該方案可實現性強，有利于產業鏈發展，具備快速落地的條件，擁有更高的商業價值。在實際應用中，未來將對5G網絡與C-V2X網絡頻段兼容性和基于MEC的5G專網進行進一步研究。