車聯(lián)網(wǎng)通信關(guān)鍵技術(shù)

LTE-V2X技術(shù)與應(yīng)用任務(wù)目標

知識目標：1.了解LTE-V2X通信方式和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；2.了解LTE-V2X無線接口協(xié)議；3.了解LTE-V2X數(shù)據(jù)幀。

能力目標：1.合理使用專用設(shè)備和程序裝調(diào)、配置LTE-V2X系統(tǒng)設(shè)備；2.使用技術(shù)文件，根據(jù)典型V2X場景的要求，采集、分析LTE-V2X報文；

3.具備《車聯(lián)網(wǎng)集成應(yīng)用》職業(yè)技能等級標準的車端、路端工作領(lǐng)域系統(tǒng)集成應(yīng)用的相關(guān)能力。

素質(zhì)目標：1.培養(yǎng)愛國主義情懷和民族自信；2.培養(yǎng)科學(xué)探究精神和嚴謹工匠精神。車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的起源在C-V2X技術(shù)出現(xiàn)前，主要基于IEEE802.11p無線接入的DSRC技術(shù)。C-V2X技術(shù)的發(fā)展C-V2X技術(shù)將蜂窩移動通信技術(shù)和直通通信技術(shù)有機結(jié)合起來，滿足車聯(lián)網(wǎng)的通信需求。DSRC技術(shù)的挑戰(zhàn)DSRC存在隱藏終端問題，在節(jié)點數(shù)量密集時，會出現(xiàn)時延大、可靠性低的缺點。一．LTE-V2X的背景與發(fā)展n

車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的起源與挑戰(zhàn)231蜂窩移動通信的主要應(yīng)用

場景蜂窩移動通信技術(shù)廣泛應(yīng)用于道路安全類、交通效率類、信息服務(wù)類等基本應(yīng)用和智慧交通、自動駕駛等增強應(yīng)用。蜂窩移動通信在車聯(lián)網(wǎng)中

的應(yīng)用蜂窩移動通信技術(shù)與直通通信技術(shù)有機結(jié)合，為車聯(lián)網(wǎng)提供了高速率且時延容忍的車云通信需求。蜂窩移動通信的發(fā)展歷程從20世紀到21世紀，蜂窩移動通信技術(shù)經(jīng)歷了從誕生、發(fā)展到成熟的過程。一．LTE-V2X的背景與發(fā)展n

蜂窩移動通信的發(fā)展與應(yīng)用LTE-V2X技術(shù)的業(yè)務(wù)需求

與標準化進展R14定義了包含車車、車路、車人、車云通信在內(nèi)的27個基本應(yīng)用場

景和安全等通用規(guī)格，R15在R14基礎(chǔ)上研究了增強應(yīng)用。LTE-V2X技術(shù)的發(fā)展階段從2014年開始，3GPP標準組織開始進行LTE-V2X技術(shù)標準化工作，至2018年陸續(xù)發(fā)布了R14、R15的若干標準。LTE-V2X技術(shù)的提出2013年5月，中國大唐電信首次在國際上提出基于長期演進的車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)LTE-V2X。一．LTE-V2X的背景與發(fā)展nLTE-V2X技術(shù)的提出與發(fā)展階段一．LTE-V2X的背景與發(fā)展n3GPP標準組織的提案與標準化工作

1

3GPP標準組織的角色3GPP標準組織是全球移動通信系統(tǒng)的主要制定者，對LTE-V2X技術(shù)標準化工作起到關(guān)鍵作用。

2

R14標準的發(fā)布與應(yīng)用R14標準定義了車車、車路、車人、車云通信等基本應(yīng)用場景和通用規(guī)格，為道路安全應(yīng)用提供支持。

3

R15標準的增強應(yīng)用研究R15標準在R14基礎(chǔ)上進行增強應(yīng)用的研究，以滿足車聯(lián)網(wǎng)的復(fù)雜應(yīng)用場景和多樣化需求。一．LTE-V2X的背景與發(fā)展nLTE-V2X技術(shù)是C-V2X技術(shù)的第一階段，主要面向基本道路安全應(yīng)用R15標準的增強應(yīng)用研究R15標準在R14基礎(chǔ)上進行增強應(yīng)用的研究，為LTE-V2X技術(shù)提供了更廣泛的應(yīng)用場景和更高的性

能要求。R14標準發(fā)布與應(yīng)用場景R14標準于2018年發(fā)布，定義了

車車、車路、車人、車云通信等

27個基本應(yīng)用場景，如前向碰撞

預(yù)警和信號燈提示。應(yīng)用場景的豐富與擴展LTE-V2X技術(shù)的應(yīng)用場景不斷豐

富和擴展，從道路安全類到智慧

交通、自動駕駛等增強應(yīng)用，滿

足了車聯(lián)網(wǎng)多樣化的需求。一．LTE-V2X的背景與發(fā)展n3GPP標準組織的提案與標準化工作

1

3GPP標準組織的角色3GPP標準組織是全球移動通信系統(tǒng)的主要制定者，對LTE-V2X技術(shù)標準化工作起到關(guān)鍵作用。

2

R14標準的發(fā)布與應(yīng)用R14標準定義了車車、車路、車人、車云通信等基本應(yīng)用場景和通用規(guī)格，為道路安全應(yīng)用提供支持。

3

R15標準的增強應(yīng)用研究R15標準在R14基礎(chǔ)上進行增強應(yīng)用的研究，以滿足車聯(lián)網(wǎng)的復(fù)雜應(yīng)用場景和多樣化需求。一．LTE-V2X的背景與發(fā)展n3GPP的LTE-V2X標準化進展二．LTE-V2X的通信方式和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)n

LTE-V2X定義了兩種通信方式：蜂窩通信方式和直通通信方式Uu接口的通信方式Uu接口包含基站發(fā)射、終端接收的下行鏈路，以及終端發(fā)射、基站接收的上行鏈路。蜂窩與直通通信方式的選擇用戶可以根據(jù)需求靈活選擇Uu和PC5兩種通信方式，以適應(yīng)不同的應(yīng)用場景。PC5接口的通信方式PC5接口是終端間進行直通鏈路(Sidelink)通信時所使用的接口，無需經(jīng)過基站。Uu接口采用蜂窩通信方式，工作頻段為4G頻段；PC5接口采用直通通信方式，工作頻段為ITS頻段。123lV2V:車輛與周邊鄰近車輛的相互通信lV2I:車輛與路側(cè)設(shè)備等基礎(chǔ)設(shè)施

之間的相互通信lV2P:車輛與行人之間的相互通信lV2N:車輛與應(yīng)用服務(wù)器之間的相互通信二．LTE-V2X的通信方式和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)n3GPPTR22.185定義了LTE-V2X支持的4類V2X通信l為了支持蜂窩通信和直通通信兩種互為補充的通信方式，以及各種車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的需求，3GPP在LTE4G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

基礎(chǔ)上設(shè)計了LTE-V2X網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)l

LTE4G

蜂窩網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包括核心網(wǎng)、接入網(wǎng)及用戶終端(UE)部分二．LTE-V2X的通信方式和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)nLTE-V2X的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)二．LTE-V2X的通信方式和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)nLTE-V2X的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)Uu接口網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)Uu接口的應(yīng)用場景Uu接口支持有蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋的場景和沒有蜂窩網(wǎng)絡(luò)部署的場景，滿足不同的通信需求。Uu接口的工作頻段Uu接口的工作頻段為4G頻段，

適用于蜂窩通信方式。Uu接口的構(gòu)成Uu接口包括基站發(fā)射、終端接收的下行鏈路，以及終端發(fā)射、

基站接收的上行鏈路。PC5接口在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的位置在LTE-V2X的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，PC5接口作為

UE間直通通信的接口，與Uu接口并存。PC5接口的傳輸特性PC5接口采用直通通信方式，不經(jīng)過

任何網(wǎng)絡(luò)側(cè)的網(wǎng)元，可降低傳輸時延。PC5接口的通信方式LTE-V2X定義了兩種通信方式，PC5接口是其中之一，適用于車車/車路

通信需求。二．LTE-V2X的通信方式和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)nLTE-V2X的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)PC5接口網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)二．LTE-V2X的通信方式和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)nLTE-V2X的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)三．LTE-V2X的無線接口協(xié)議nLTE-V2X的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)l在3GPP中，無線接口是一個準化的接口，不同制造商的設(shè)備遵守接口標準規(guī)范就能夠相互通信。l

無線接口協(xié)議棧主要分為三層兩面，三層指物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層，兩面指控制平面和用戶平面。數(shù)據(jù)鏈路層位于物理層之上，分為MAC、RLC和PDCP三層，負責(zé)邏輯信道的復(fù)用

及調(diào)度。Uu接口的數(shù)據(jù)鏈路層功能Uu接口的物理層功能Uu接口的無線協(xié)議棧物理層位于Uu接口協(xié)議棧的最底層，負責(zé)比特流傳輸?shù)乃泄δ?。Uu接口的無線協(xié)議棧是蜂窩通信中基站與終端之間的雙向通信接口。三．LTE-V2X的無線接口協(xié)議nLTE-V2X

PC5用戶平面協(xié)議棧三．LTE-V2X的無線接口協(xié)議nLTE-V2X

PC5控制平面協(xié)議棧子幀時隙劃分每個長度為1ms的子幀包含2個長度為0.5ms的時隙，作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖钚r域單位。無線幀和子幀構(gòu)成一個系統(tǒng)幀周期由1024個長度為10ms的無線幀組成，每個無線幀又分為10個子幀。四．LTE-V2X的數(shù)據(jù)幀nLTE-V2X的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)系統(tǒng)幀周期解析系統(tǒng)幀周期是LTE-V2X通信中的基本參數(shù)，為10240ms。

3

2

1

根據(jù)LTE-V2X系統(tǒng)的規(guī)定，一個在LTE-V2X系統(tǒng)中，1ms的子幀子幀包含2個長度為0.5ms的時隙。由14個符號組成，每個符號長度與LTE4G蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)置相同。四．LTE-V2X的數(shù)據(jù)幀nLTE-V2X的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)由于直通鏈路的典型傳輸距離要求為300m，因此R14的LTE-V2X不支持

擴展循環(huán)前綴。擴展循環(huán)前綴的應(yīng)用1ms子幀的構(gòu)成符號長度的確定四．LTE-V2X的數(shù)據(jù)幀n

《合作式智能運輸系統(tǒng)車用通信系統(tǒng)應(yīng)用層及應(yīng)用數(shù)據(jù)交互標準(第二階段)T/CSAE157-2020》數(shù)據(jù)元素的封裝與傳輸數(shù)據(jù)元素是應(yīng)用層數(shù)據(jù)交互的基本單位，通過ASN.1標準進行定義，實現(xiàn)高效、可靠的車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸。消息幀的分類與組成根據(jù)應(yīng)用場景和數(shù)據(jù)交互需求，將消息幀分為基本安全消息、路側(cè)安全消息等6大類。消息體的定義與作用消息體是消息幀中承載具體業(yè)務(wù)信

息的部分，遵循“消息幀-消息體-數(shù)據(jù)幀-數(shù)據(jù)元素”的邏輯結(jié)構(gòu)。四．LTE-V2X的數(shù)據(jù)幀n

消息幀和消息體的定義數(shù)據(jù)元素的封裝與傳輸數(shù)據(jù)元素是應(yīng)用層數(shù)據(jù)交互的基本單位，通過ASN.1標準進行定義，實現(xiàn)高效、可靠的車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸。消息幀的分類與組成根據(jù)應(yīng)用場景和數(shù)據(jù)交互需求，將消息幀分為基本安全消息、路側(cè)安全消息等6大類。消息體的定義與作用消息體是消息幀中承載具體業(yè)務(wù)信

息的部分，遵循“消息幀-消息體-數(shù)據(jù)幀-數(shù)據(jù)元素”的邏輯結(jié)構(gòu)。四．LTE-V2X的數(shù)據(jù)幀n

消息幀和消息體的定義四．LTE-V2X的數(shù)據(jù)幀n

消息幀是單個應(yīng)用層消息的統(tǒng)一打包格式，是數(shù)據(jù)編解碼的唯一操作對象。n

消息幀由不同類別的消息體組成，并支持擴展。Msg_RSC消息用于路側(cè)單元進行車輛協(xié)作或引導(dǎo)的消息，通常用于廣播、組播或單播，給車輛提供引導(dǎo)信息和駕駛決策支持。消息對單車、或特定的路段和車道符合條件的車輛引導(dǎo)。Msg_VIR消息用于車輛意圖及請求消息。

用來進行車輛駕駛意圖、優(yōu)先請求、協(xié)作請求等信息的傳遞。協(xié)作式變道(Co