5G無(wú)線通信技術(shù)在異構(gòu)車聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用研究

陳一鳴 寧夏大學(xué) 物理與電氣工程學(xué)院

在HetVNETs中，有兩種通信線路，車輛到車輛（V2V）和車輛到基礎(chǔ)設(shè)施（V2I），與傳統(tǒng)的車聯(lián)網(wǎng)相似，它們均由單一通信技術(shù)支持。V2I使得車輛與基站相連來(lái)進(jìn)行信息傳送并實(shí)現(xiàn)娛樂(lè)信息廣播。多種無(wú)線通信系統(tǒng)可以通過(guò)V2V和V2I來(lái)支持ITS服務(wù)，其中長(zhǎng)期演進(jìn)技術(shù)（LTE）和DSRC技術(shù)適用性最強(qiáng)。HetVNETs面臨的關(guān)鍵任務(wù)是支持不同網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)動(dòng)態(tài)且即時(shí)變化，使得操作者能夠以一種有效且靈活的方法來(lái)使用無(wú)線資源。

V2I通信能夠提供車輛與路邊基礎(chǔ)設(shè)施之間的連接。因?yàn)槁愤吇疽呀?jīng)得到廣泛部署，所以利用蜂窩網(wǎng)絡(luò)來(lái)支持V2I通信是一種有效方法。另一種方法是利用DSRC技術(shù)，其基于IEEE802.11p/1609無(wú)線接入車輛環(huán)境協(xié)議的。

（1）LTE V2I：LTE使得上行線路數(shù)據(jù)速率高達(dá)50Mbps，下行線路數(shù)據(jù)速率高達(dá)100Mbps，帶寬為20MHz，支持最大移動(dòng)速率350km/h。LTE系統(tǒng)的傳輸時(shí)延低，理論周期時(shí)間低至10ms，無(wú)線接入網(wǎng)中的傳輸時(shí)延高至100ms[1]。因此，LTE能夠很好的支持V2I通信。（2）DSRC V2I：為了實(shí)現(xiàn)針對(duì)移動(dòng)車輛的廣泛覆蓋和即時(shí)配置，采用了IEEE802.11p協(xié)議，在物理層設(shè)置10MHz的半時(shí)鐘模式。然而，車輛間通信可能出現(xiàn)在頻率選擇性多徑信道和快衰落信道或者密集部署環(huán)境。因此，DSRC有很大的提升空間，當(dāng)用于V2I通信時(shí)，DSRC網(wǎng)絡(luò)存在很多問(wèn)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(guò)與相鄰車輛之間交互車輛速度、加速度以及車輛狀態(tài)等信息避免交通事故。對(duì)V2V通信的深入研究可以實(shí)現(xiàn)車輛減速警告、車輛狀態(tài)異常警告等等，本節(jié)討論V2V通信的兩種相關(guān)技術(shù)。

（1）LTE D2D：蜂窩網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備到設(shè)備（D2D）通信方式是LTE系統(tǒng)中利用物理接近進(jìn)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(fā)現(xiàn)其通信對(duì)象存在，這是一個(gè)耗時(shí)的過(guò)程。如文獻(xiàn)[3]所述，發(fā)現(xiàn)周期通常為1、2、5或者10秒。由于在車輛環(huán)境中，兩輛車之間實(shí)現(xiàn)通信的時(shí)間需要非常短，現(xiàn)有的D2D機(jī)制很難滿足實(shí)現(xiàn)安全服務(wù)的嚴(yán)格的QoS要求。因此，在很多情況下，D2D發(fā)現(xiàn)時(shí)間比分配給信息傳輸?shù)臅r(shí)間更長(zhǎng)，這對(duì)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(shí)有效地支持V2V通信中的安全服務(wù)和非安全服務(wù)。首先，V2V通信通常使用一個(gè)分散的方法，其中網(wǎng)絡(luò)是自治的并且外部的任何基礎(chǔ)設(shè)施。其次，由于V2V通信中的兩個(gè)實(shí)體都是車輛，沒(méi)有之前在V2I中提到的“不平衡線路”問(wèn)題。但是，在V2V通信中使用DSRC仍有幾個(gè)挑戰(zhàn)。由以上對(duì)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(jié)合構(gòu)造異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)有望滿足智能交通系統(tǒng)服務(wù)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.