NR-V2X Sidelink關(guān)鍵技術(shù)研究

吳迎笑，朱凱男，劉云濤，趙庶源，朱永東，王延松，趙志峰

(之江實驗室，浙江 杭州 311121)

0 引言

從第一代移動通信開始，無論是全球移動通信系統(tǒng)(Global System for Mobile Communications，GSM)，通用移動通信系統(tǒng)(Universal Mobile Telecommunications System，UMTS)，還是長期演進(jìn)(Long-Term Evolution，LTE)、LTE-A(LTE-Advanced)蜂窩移動通信系統(tǒng)，兩個用戶設(shè)備(User Equipment，UE)之間的通信都需要通過基站。2012年，3GPP在Release 12中開始提出公共安全網(wǎng)絡(luò)(Public Safety Network，PSN)，為急救、警察以及消防等急救機(jī)構(gòu)提供應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)服務(wù)[1]。PSN基于側(cè)鏈路(Sidelink)通信傳輸技術(shù)，又稱為D2D(Device-to-Device)通信或近場通信(Proximity Services，ProSe)。該通信機(jī)制是UE和UE之間通過直連的通信鏈路實現(xiàn)交互，而不需要通過傳統(tǒng)的蜂窩移動通信系統(tǒng)，所以D2D通信可以在蜂窩網(wǎng)絡(luò)不可用或遭破壞之后仍能進(jìn)行通信[2]。車聯(lián)網(wǎng)V2X(Vehicle-to-Everything)中的V2V(Vehicle-to-Vehicle)通信是一種典型的Sidelink通信應(yīng)用場景。由于該通信機(jī)制在節(jié)約無線網(wǎng)絡(luò)資源、減少通信時延以及使得UE能夠在基站覆蓋范圍之外進(jìn)行通信等方面的特性，使其應(yīng)用于車聯(lián)網(wǎng)駕駛安全和交通效率領(lǐng)域具有先天的優(yōu)勢。

1 3GPP標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展歷程與V2X Sidelink技術(shù)的發(fā)展

在3GPP標(biāo)準(zhǔn)的Release 12和Release 13中[3-5]，Sidelink通信傳輸模式僅支持廣播模式，不支持單播、組播模式，因此發(fā)送UE和接收UE之間的Sidelink鏈路中沒有混合自動重傳請求(Hybrid Automatic Repeat reQuest，HARQ)反饋信息。在Release 12中，Sidelink不支持基站覆蓋范圍外用戶設(shè)備UE的尋呼，因此Sidelink傳輸只能應(yīng)用于用戶設(shè)備UE在基站覆蓋范圍內(nèi)的場景。為進(jìn)一步增強(qiáng)Release 12中Sidelink傳輸功能，在Release 13中，引入用戶設(shè)備UE到網(wǎng)絡(luò)的中繼(UE-to-Network Relay)功能，網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍外的遠(yuǎn)程用戶設(shè)備UE將通過網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)的用戶設(shè)備UE中繼與蜂窩網(wǎng)絡(luò)相連，實現(xiàn)遠(yuǎn)程UE與網(wǎng)絡(luò)的通信。

為實現(xiàn)基于LTE的V2X通信服務(wù)，在3GPP標(biāo)準(zhǔn)的Release 14中，對Sidelink傳輸通信的物理層和高層進(jìn)一步增強(qiáng)，以支持UE之間能通過Sidelink傳輸V2X信息[6]。UE之間傳輸?shù)腣2X信息包括典型應(yīng)用場景中的協(xié)同感知消息(Co-operative Awareness Messages，CAM)和分布式環(huán)境通知消息(Decentralized Environmental Notification Message，DENM)。為滿足V2X信息傳輸?shù)牡蜁r延、高可靠、更高效等需求，增強(qiáng)了PC5接口和Uu接口功能，對Sidelink傳輸通信技術(shù)重新進(jìn)行定義，包括信道結(jié)構(gòu)、資源調(diào)度和分配方法以及相關(guān)的射頻指標(biāo)和性能要求等[7]。

除了基本的V2X應(yīng)用需求，隨著通信行業(yè)和自動駕駛行業(yè)的發(fā)展，V2X技術(shù)需要進(jìn)一步演進(jìn)以滿足車聯(lián)網(wǎng)高級應(yīng)用的指標(biāo)要求，3GPP在Release 15中提出增強(qiáng)型V2X[8],對Release 14的V2X通信功能進(jìn)行了擴(kuò)展，定義了包括自動車隊駕駛、半/全自動駕駛、支持?jǐn)U展傳感、遠(yuǎn)程駕駛以及基本需求等五大類需求場景。為了提高Sidelink通信傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率和帶寬，引入載波聚合(Carrier Aggregation，CA)[9]，采用64QAM高階調(diào)制方式、傳輸分集等技術(shù)，同時引入短傳輸時間間隔(Short Transmission Time Interval，Short TTI)、資源池共享等以滿足低延遲要求[10]。

從Release 12到Release 15,Sidelink傳輸通信技術(shù)主要基于LTE和LTE-A的空口技術(shù)[11]。2018年，3GPP在Release16中開始開展基于NR(New Radio)的Sidelink傳輸通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定，支持編隊行駛、擴(kuò)展傳感器、高級駕駛以及遠(yuǎn)程駕駛等高級應(yīng)用場景。為了支持新的應(yīng)用需求，需要更高可靠性、更低時延、更大密度和更高速率的網(wǎng)絡(luò)連接[12]，NR V2X Sidelink在傳輸引入了新的無線空口設(shè)計，除了支持廣播，還支持單播和組播[13]，并引入新的通信信道PSFCH(Physical Sidelink Feedback Channel)以實現(xiàn)單播和組播通信[14]。NR Sidelink傳輸技術(shù)還包括新的Uu空口增強(qiáng)、QoS管理以及新資源分配模式等技術(shù)。

2 Sidelink物理層結(jié)構(gòu)

2.1 參數(shù)集和波形

根據(jù)世界各國現(xiàn)有的無線頻段劃分政策，7 GHz以下的頻譜帶寬資源難以支持由IMT-2020規(guī)定的5G峰值數(shù)據(jù)傳輸速率。因此，5G NR將頻譜帶寬劃分為兩部分：頻帶范圍1(Frequency Range 1，F(xiàn)R1)和頻帶范圍2(Frequency Range 2，F(xiàn)R2)。標(biāo)準(zhǔn)化文件3GPP TS 38.104(Release 16)中將FR1定義為410～7 125 MHz，F(xiàn)R2定義為24 250～52 600 MHz[15]。然而，在不同載波頻率上傳輸?shù)男盘枙?jīng)歷不同程度的多徑衰落，并造成不同程度的頻率選擇性衰落。為了解決上述問題，5G NR支持不同數(shù)值的子載波間隔(Subcarrier Spacing，SCS)[11,16]，并且將具有較小子載波間隔的正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)子載波部署到具有較低載波頻率的頻譜上，將具有較大SCS的OFDM子載波部署到具有較高載波頻率的頻譜上。另外，多徑衰落會引起不同程度的符號間干擾(Inter-Symbol Interference，ISI)。5G NR針對不同數(shù)值的子載波間隔，采用不同的循環(huán)前綴(Cyclic Prefix，CP)長度以降低符號間干擾的影響。按照不同的CP長度與符號時長(Symbol Duration)的比值，NR支持常規(guī)循環(huán)前綴(Normal Cyclic Prefix，NCP)和擴(kuò)展循環(huán)前綴(Extended Cyclic Prefix，ECP)兩種循環(huán)前綴類型。同時，NR引入了參數(shù)集(Numerology)的概念以描述不同SCS值和CP類型的組合。標(biāo)準(zhǔn)化文件3GPP TS 38.104和TS 38.211(Release 16)在NR Sidelink傳輸中，支持以下幾種參數(shù)集[15,17]：

① 針對FR1，支持15 kHz，30 kHz，60 kHz的SCS與NCP的組合，而ECP僅適用于60 kHz的SCS。

② 針對FR2，支持60 kHz，120 kHz的SCS與NCP的組合，而擴(kuò)展循環(huán)前綴僅適用于60 kHz的SCS。

在NR的傳輸波形中，下行傳輸采用循環(huán)前綴正交頻分復(fù)用(CP-OFDM)技術(shù)，上行傳輸采用循環(huán)前綴正交頻分復(fù)用和離散傅里葉變換擴(kuò)頻正交頻分復(fù)用(Discrete Fourier Transform-spread-OFDM，DFT-s-OFDM)技術(shù)。對于Sidelink傳輸波形，僅支持循環(huán)前綴正交頻分復(fù)用技術(shù)。

2.2 時域資源結(jié)構(gòu)

在NR中，時域資源結(jié)構(gòu)由幀(Frame)、子幀(Subframe)、時隙(Slot)以及微時隙(Mini-slot)等組成，如圖1所示[18]。

圖1 NR時域資源結(jié)構(gòu)Fig.1 NR time domain resource structure

其中：

① 幀：每個幀的持續(xù)時間為10 ms，一個幀可以分為10個子幀。

② 子幀：每個子幀的持續(xù)時間為1 ms。

③ 時隙：一個子幀包含一個或多個時隙，具體個數(shù)與子載波間隔有關(guān)[17]。當(dāng)子載波間隔為15 kHz時，一個子幀只包含1個時隙，即每個時隙的長度為1 ms；當(dāng)子載波間隔分別為30 kHz，60 kHz，120 kHz時，一個子幀分別2，4，8個時隙，即對應(yīng)的每個時隙的長度分別為0.5 ms,0.25 ms,0.125 ms。在使用NCP的情況下，每個時隙包含14個OFDM符號；在使用ECP的情況下，每個時隙包含12個OFDM符號。

④ 微時隙：NR允許一次傳輸一個時隙的一部分，即微時隙傳輸機(jī)制，以進(jìn)一步降低上下行傳輸時延。根據(jù)系統(tǒng)實際配置，一個微時隙包含2，4或7個OFDM符號。

NR Sidelink傳輸不支持微時隙傳輸機(jī)制，因此NR Sidelink傳輸在時域資源調(diào)度中的最小單元為一個時隙。然而在共享頻帶模式下，若一個時隙中的部分符號用于Sidelink傳輸，而該時隙中剩余的符號用于直連通信傳輸，則NR Sidelink支持部分時隙(partial slot)傳輸。

2.3 頻域資源結(jié)構(gòu)

在NR中，頻域資源結(jié)構(gòu)由資源單元(Resource Element)、資源塊(Resource Block)、資源組(Resource Grid)以及帶寬部分(Bandwidth Part)等組成，如圖2所示[18]。

圖2 NR頻域資源(資源組)結(jié)構(gòu)Fig.2 NR frequency domain resource (resource block) structure

其中：

① 資源單元：一個資源單元由時域上一個OFDM符號頻率上的一個子載波組成，是網(wǎng)絡(luò)資源最小單位。

② 資源塊：一個資源塊由12個采用相同SCS的連續(xù)子載波組成。因此，一個資源塊的帶寬由子載波的SCS值決定。

③ 資源組：一個資源組由多個采用相同SCS的資源塊組成。

④ 帶寬部分：一個帶寬部分有多個連續(xù)的資源塊組成，NR中載波帶寬可高達(dá)400 MHz(其中包含275個資源塊)。然而，多數(shù)移動服務(wù)中的用戶終端無法完全利用275個資源塊，而僅使用部分資源塊以達(dá)到節(jié)約能耗的目的。一個帶寬部分由載波中一系列連續(xù)的資源塊組成。對于用戶終端而言，一個載波上至多配置4個帶寬部分，并且在任一時刻，至多一個帶寬部分可處于激活狀態(tài)。

由帶寬部分的概念可以引出兩種類型的資源塊：公共資源塊(Common Resource Block，CRB)和物理資源塊(Physical Resource Block，PRB)。CRB是指一個載波中包含的多個采用相同參數(shù)集的資源塊，且這些資源塊從該載波的最低頻率開始以遞增的方式進(jìn)行編號。帶寬部分中包含的資源塊稱為PRB，這些資源塊按照從0開始遞增的方式進(jìn)行編號。

NR Sidelink傳輸允許一個載波上至多配置一個側(cè)行帶寬部分，其在頻域資源調(diào)度中的最小單元為一個子信道(Subchannel)。根據(jù)系統(tǒng)實際配置情況，一個子信道包含10，15，20，25，50，75或100個連續(xù)資源塊。

3 Sidelink信道和參考信號

NR Sidelink包含物理Sidelink共享信道(Physical Sidelink Shared Channel，PSSCH)、物理Sidelink廣播信道(Physical Sidelink Broadcast Channel，PSBCH)、物理Sidelink反饋信道(Physical Sidelink Feedback Channel，PSFCH)、物理Sidelink控制信道(Physical Sidelink Control Channel，PSCCH)、Sidelink主/輔同步信號(Sidelink Primary/Secondary Synchronization Signal，SPSS/SSSS)以及參考信號(Reference Signal，RS)等幾種物理信道和參考信號。

(1) PSSCH

PSSCH用于傳輸Sidelink用戶終端的數(shù)據(jù)和部分控制信息，具體包含Sidelink用戶的傳輸數(shù)據(jù)、用于配置無線資源控制(Radio Resource Control，RRC)的系統(tǒng)信息塊(System Information Blocks，SIBs)，以及部分Sidelink控制信息(Sidelink Control Information，SCI)。另外，信道狀態(tài)信息(Channel State Information，CSI)也可以在PSSCH中傳輸。PSSCH采用低密度奇偶校驗(Low Density Parity Check，LDPC)編碼方式，調(diào)制方式支持QPSK、16 QAM(Quadrature Amplitude Modulation)、64 QAM調(diào)制方式和256 QAM。PSSCH 的傳輸資源可以由gNB進(jìn)行調(diào)度并通過DCI告知UE，也可以通過UE自己的感知過程自主確定。PSSCH發(fā)送的天線端口從port 1000開始。

(2) PSBCH

PSBCH以同步信號/PSBCH塊(Synchronization Signal/PSBCH Block，SSB)的方式和SPSS/SSSS同時傳輸。在同一載波上，SSB采用與PSCCH / PSSCH相同的參數(shù)集，并且SSB需要在配置的帶寬部分內(nèi)的帶寬進(jìn)行傳輸。SSB以160 ms的時間間隔進(jìn)行周期性傳輸。另外，160 ms的時間周期內(nèi)有N次SSB重復(fù)(可配置起始偏移和間隔)。N值由具體的SCS值進(jìn)行配置。PSBCH包含與同步相關(guān)的信息、Sidelink傳輸時間資源的指示信息和覆蓋范圍指示信息等。調(diào)制方式只支持QPSK。 PSBCH發(fā)送的天線端口從port 4000開始。

(3) PSFCH

PSFCH內(nèi)容包含一個資源塊中一個比特的HARQ的確認(rèn)(Acknowledgement，ACK)和非確認(rèn)(Negative ACK，NACK)信息。承載Sidelink上接收UE向發(fā)送UE的反饋，具體形式可以是ACK/NACK或者NACK- only。PSFCH的時域資源(預(yù))配置在第1、2、 4時隙，頻域/碼域資源通過隱式方式獲得。PSFCH發(fā)送的天線端口從port 5000開始。

(4) PSCCH

當(dāng)傳輸用戶終端需要傳輸數(shù)據(jù)時，其需要先行發(fā)送PSCCH(部分SCI)以用于其他用戶終端解碼進(jìn)行信道感知。具體內(nèi)容包含預(yù)留的傳輸時頻資源、DMRS模式和天線端口等。PSCCH采用極化碼編碼和正交相移鍵控(Quadrature Phase Shift Keying，QPSK)調(diào)制方式。PSCCH發(fā)送的天線端口從port 2000開始。

(5) Sidelink鏈路主同步信號/Sidelink鏈路輔同步信號

NR Sidelink同步信號包括Sidelink鏈路主同步信號(Sidelink Primary Synchronization Signal,SPSS)和Sidelink鏈路輔同步信號(Sidelink Secondary Synchronization signal,SSSS)，其分別使用M序列和Gold序列生成信號。通過檢測用戶終端發(fā)送的主同步信號和輔同步信號(由兩種主同步信號序列和336種輔同步信號序列組合而成的672種Sidelink同步標(biāo)識符)，接收用戶終端可以識別出Sidelink同步標(biāo)識符(Sidelink Synchronization Identity，SSID)，從而獲得發(fā)送用戶終端的特性。常見的起始小區(qū)搜索過程是通過搜索SPSS和SSSS獲取時間/頻率同步以及用戶終端SSID。傳輸主/輔同步信號的節(jié)點(用戶終端、eNB、gNB)被稱為同步源，但發(fā)送主/輔同步信號的用戶終端不一定進(jìn)行Sidelink傳輸。SSSS發(fā)送的天線端口從port 4000開始，與PSBCH相同。

(6) RS

Sidelink RS包括解調(diào)參考信號(DM-RS)、相位跟蹤參考信號(PT-RS)和信道狀態(tài)信息參考信號(Channel State Information Reference Signal，CSI-RS)。其中解調(diào)參考信號DM-RS又可以細(xì)分為PSSCH 解調(diào)參考信號、PSCCH 解調(diào)參考信號和PSBCH 解調(diào)參考信號。PT-RS僅在FR2頻段中存在，專用于PSSCH的參考信號，在PSSCH所在的資源塊中傳輸。CSI-RS用于指示信道的狀態(tài)信息，發(fā)送的天線端口從port 3000開始。

4 Sidelink資源分配

4.1 3GPP標(biāo)準(zhǔn)中資源分配方法

NR-V2X支持Mode 1和Mode 2兩種資源分配方案，其中Mode 1模式由基站通過Uu口配置并調(diào)度Sidelink資源給UE進(jìn)行傳輸；Mode 2模式由UE自主確定由基站或者網(wǎng)絡(luò)(預(yù))配置的Sidelink資源。根據(jù)功能Mode-2又分為4種sub-mode，其中Mode-2(a)：UE自主選擇Sidelink資源用于Sidelink傳輸；Mode-2(b)：UE輔助其他UE選擇用于傳輸?shù)腟idelink資源；Mode-2(c)：通過NR configured grant對Sidelink傳輸進(jìn)行配置；Mode-2(d)：UE調(diào)度其他UE的 Sidelink傳輸[14]。

這里重點介紹Mode-2方式。當(dāng)上層應(yīng)用有數(shù)據(jù)達(dá)到，車聯(lián)網(wǎng)用戶設(shè)備UE需要為PSSCH和PSCCH自主選擇資源。車聯(lián)網(wǎng)用戶UE傳輸數(shù)據(jù)的周期稱為PSCCH周期，每個周期包括物理側(cè)鏈路共享信道PSSCH和物理側(cè)鏈路控制信道PSCCH，PSCCH包含SCI，又稱為調(diào)度分配SA(Scheduling Assignment)信令。PSSCH和PSCCH的資源池配置可以是非鄰帶和鄰帶分布部署方式，鄰帶分布部署方式時PSCCH的SA信息和關(guān)聯(lián)的PSSCH數(shù)據(jù)傳輸塊TB(Transport Block)在同一個子幀的鄰帶發(fā)送，且二者在頻域上是相鄰的。

資源分配過程分為兩個階段：資源感知和資源選擇/重選階段，分別對應(yīng)感知窗口和選擇窗口。在資源感知階段，當(dāng)用戶設(shè)備UE傳輸數(shù)據(jù)時，在感知窗口對各個子幀的資源進(jìn)行監(jiān)測感知，通過監(jiān)測接收到的參考信號接收功率(Reference Signal Received Power，RSRP)判斷其他用戶占用PSSCH資源的情況，即發(fā)射功率小于等于預(yù)設(shè)的功率閥值的一個資源塊可以認(rèn)為是可用資源。根據(jù)監(jiān)測感知結(jié)果獲取其他用戶的資源占用情況，形成候選子幀資源集合，并根據(jù)一定的規(guī)則將被其他用戶占用的、受到干擾較大的資源從候選資源中排除，如果候選資源集中的資源數(shù)小于選擇窗口資源總數(shù)的20%，則增大門預(yù)設(shè)的功率閥值3 dB，直到形成最終的候選子幀資源集合。用戶設(shè)備UE基于候選子幀資源集合，在資源選擇窗口內(nèi)為PSCCH、PSSCH選擇可用的資源[19]。

4.2 資源分配和調(diào)度研究

V2X需要支持交通道路安全、效率類應(yīng)用，資源調(diào)度和分配機(jī)制應(yīng)滿足超低時延、超高可靠以及更高效等需求。隨著V2X應(yīng)用場景的豐富和性能需求的不斷提升，資源調(diào)度和優(yōu)化技術(shù)也面臨越來越多的挑戰(zhàn)。

為解決隱藏節(jié)點的問題并降低傳輸沖突，文獻(xiàn)[20]提出基于地理位置的資源調(diào)度方法，車輛終端根據(jù)鄰近車輛的位置和排列信息選擇通信無線資源，以此通過車輛終端間的位置協(xié)作選擇資源減少包傳輸沖突。針對大規(guī)模V2X應(yīng)用場景，文獻(xiàn)[21]提出新的MAC機(jī)制SMAC(Segmentation MAC)，SMAC的特點是分段的網(wǎng)絡(luò)和信道分配隨著車輛終端的密度變化而動態(tài)調(diào)整，該方法提高了網(wǎng)絡(luò)吞吐量、包傳輸速率(Packet Delivery Rate，PDR)，降低了沖突概率。為解決集中式和分布式混合V2X通信系統(tǒng)中的資源分配問題，文獻(xiàn)[22]提出基于功率控制和資源分配模式選擇的聯(lián)合優(yōu)化方法，為保證V2X安全通信的QoS需求，在最小SINR值和最大傳輸功率的限制條件下，尋求V2X通信的最大全局信息值，并考慮ProSe包優(yōu)先級和通信鏈路質(zhì)量。

V2X需要滿足可靠性、低時延以及通信效率等通信需求，文獻(xiàn)[23]利用基于蜂窩V2X的V2V通信可消除競爭性時延并能輔助長距離通信的特性，提出資源分配優(yōu)化算法，通過選擇最優(yōu)的接收車輛終端集來確定V2V鏈路，并在最小化全局時延條件下進(jìn)行資源分配，該優(yōu)化問題可以等效為最大化加權(quán)獨立集問題(MWIS-AW)，通過求解，文獻(xiàn)[23]提出的資源分配方法在時延、吞吐量和包傳輸率性能方面都優(yōu)于現(xiàn)有方法。Bonjorn等人[24]提出協(xié)作式eV2X(enhanced V2X)資源分配和調(diào)度算法以滿足可靠性和低時延通信需求，算法基于Sidelink半時隙(Semi-Persistent Scheduling，SPS)調(diào)度，通過鄰近節(jié)點間的信息共享，包括計數(shù)器值等，提出計數(shù)器值的重選學(xué)習(xí)機(jī)制，以降低包傳輸沖突概率。文獻(xiàn)[25]提出基于稀疏碼多址接入(Sparse Code Multiple Access，SCMA)的V2X資源分配算法，通過干擾模型分析，結(jié)合基于圖形顏色的用戶聚類算法和資源分配算法以最大化系統(tǒng)容量，通過仿真分析得出基于SCMA的資源分配系統(tǒng)容量優(yōu)于基于OFDMA的資源分配系統(tǒng)容量。

5 Sidelink中繼

Sidelink中繼是3GPP Release 17中將要具體討論的內(nèi)容[26-27]，是指用戶設(shè)備UE利用Sidelink進(jìn)行內(nèi)容轉(zhuǎn)發(fā)，一方面可以用于延長通信距離，另一方面可以用于保持較好的通信質(zhì)量。Sidelink中繼包括UE到網(wǎng)絡(luò)的中繼和UE到UE的中繼。其中，UE到網(wǎng)絡(luò)的中繼有利于擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，UE到UE的中繼有利于擴(kuò)大Sidelink覆蓋范圍。目前學(xué)術(shù)界已有一些對Sidelink中繼的研究，包括Sidelink中繼的傳輸可靠性、系統(tǒng)能效、時延等方面的性能表現(xiàn)，以及中繼選擇等策略的研究。

M.Schellmann等人[28]研究了車聯(lián)網(wǎng)場景下通過Sidelink中繼進(jìn)行信息協(xié)作式重傳的方案，以達(dá)到提高傳輸可靠性并保持低資源利用率的目的。研究結(jié)果表示在不考慮路徑損耗效應(yīng)并采用兩次HARQ重傳的情況下，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃噪S著每增加一個鄰近用戶，增加一個數(shù)量級。在考慮路徑損耗效應(yīng)的情況下，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃詴^之顯著降低。V.K.Shrivastava等人[29]對Sidelink中繼系統(tǒng)的能效和以保障端到端服務(wù)質(zhì)量為目的的資源調(diào)度策略展開了研究，并提出了創(chuàng)新的系統(tǒng)架構(gòu)。研究結(jié)果顯示，文中提出的資源調(diào)度算法與傳統(tǒng)的基于選擇業(yè)務(wù)的調(diào)度算法相比，可顯著降低丟包率和平均傳輸時延。

Y.Hu等人[30]對采用中繼的高可靠低時延網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了性能建模與優(yōu)化。同時，作者全面總結(jié)了5G高可靠低時延傳輸中采用中繼傳輸相較于直連傳輸?shù)男阅軆?yōu)勢。B.R.Elbal等人[31]研究了通過空閑網(wǎng)聯(lián)車進(jìn)行Sidelink中繼以增強(qiáng)車輛至基礎(chǔ)設(shè)施鏈路信號的問題。通過綜合考慮基站和用戶密度，作者提出了一種以最大化信號覆蓋范圍為目的的中繼選擇方法。利用隨機(jī)幾何理論，作者分別得出了直連傳輸鏈路和有中繼輔助傳輸鏈路中覆蓋概率的解析表達(dá)式。

J.Fu等人[32]研究了車聯(lián)網(wǎng)編隊行駛中基于稀疏碼多址接入(Sparse Code Multiple Access，SCMA)的多播策略。為了擴(kuò)大隊列中頭車的信號覆蓋范圍，作者假設(shè)所有隊列成員可以作為解碼轉(zhuǎn)發(fā)(Decode-Forward，DF)中繼。作者提出單中繼和多中繼的技術(shù)方案，并且分析比較了這兩種方案與直連通信的平均中斷概率。另外，作者還對這兩種中繼方案的通信過程和通信時延做了分析比較。研究結(jié)果顯示采用中繼的技術(shù)方案能大幅降低系統(tǒng)平均中斷概率，并且單中繼方案具有最佳的性能(平均中斷概率)表現(xiàn)。作者還分析得出雖然多中繼方案會增加用戶間的干擾，從而增加平均中斷概率，但是可以降低整個通信時延。S.Pizzi等人[33]對5G物聯(lián)網(wǎng)中通過Sidelink進(jìn)行安全可靠有效的多播傳輸協(xié)議展開了研究。通過綜合考慮安全性和信任程度因素，作者設(shè)計了一種基于可靠性的Sidelink中繼選擇策略，并利用Diffie-Hellman密鑰交換協(xié)議生成密鑰以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸中的加密/解密。仿真結(jié)果顯示作者提出的方案能在有效利用資源的前提下減少數(shù)據(jù)丟失。

6 結(jié)束語

本文從參數(shù)集、波形、時域資源結(jié)構(gòu)以及頻域資源結(jié)構(gòu)等幾個方面詳細(xì)介紹了Sidelink物理層結(jié)構(gòu)。同時，分析了Sidelink通信信道和參考信號，以及3GPP標(biāo)準(zhǔn)中mode 1和mode 2資源分配模式。本文還結(jié)合最新研究現(xiàn)狀，對Sidelink資源分配和調(diào)度，以及Sidelink中繼等方面的技術(shù)進(jìn)行了分析總結(jié)。

3GPP Release 16是NR Sidelink傳輸?shù)牡谝粋€標(biāo)準(zhǔn)版本。2020年7月，3GPP宣布Release 16標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)，標(biāo)志5G第一個演進(jìn)版本標(biāo)準(zhǔn)完成。2019年12月3GPP RAN工作組就在第86次全會對5G第三個版本R17進(jìn)行了規(guī)劃和布局，共設(shè)立23個標(biāo)準(zhǔn)立項，全面啟動了Release 17 5G標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計工作。Release 17 中對NR Sidelink進(jìn)一步增強(qiáng)，直連通信的應(yīng)用場景將從5G V2X擴(kuò)展到公共安全、緊急服務(wù)，以及手機(jī)與手機(jī)之間直接通信應(yīng)用。為了更好地讓NR Sidelink支持新場景新應(yīng)用，R17將致力于優(yōu)化功耗、頻譜效率、超高可靠、超低時延、中繼、同步等方面[34]，并包括FR2(>6 GHz)擴(kuò)展頻段部分。在Sidelink中繼方面，現(xiàn)有研究主要聚焦于利用單個中繼提升傳輸可靠性、系統(tǒng)能效、時延等通信性能，未來Sidelink中繼研究可考慮基于多性能指標(biāo)(如距離、RSRP等)的中繼選擇方案，以及在UE到UE/UE到網(wǎng)絡(luò)場景下，多中繼并存方案下的通信性能分析以及策略研究。