5G无线通信技术在异构车联网中的应用研究

陈一鸣 宁夏大学 物理与电气工程学院

在HetVNETs中，有两种通信线路，车辆到车辆（V2V）和车辆到基础设施（V2I），与传统的车联网相似，它们均由单一通信技术支持。V2I使得车辆与基站相连来进行信息传送并实现娱乐信息广播。多种无线通信系统可以通过V2V和V2I来支持ITS服务，其中长期演进技术（LTE）和DSRC技术适用性最强。HetVNETs面临的关键任务是支持不同网络架构动态且即时变化，使得操作者能够以一种有效且灵活的方法来使用无线资源。

V2I通信能够提供车辆与路边基础设施之间的连接。因为路边基站已经得到广泛部署，所以利用蜂窝网络来支持V2I通信是一种有效方法。另一种方法是利用DSRC技术，其基于IEEE802.11p/1609无线接入车辆环境协议的。

（1）LTE V2I：LTE使得上行线路数据速率高达50Mbps，下行线路数据速率高达100Mbps，带宽为20MHz，支持最大移动速率350km/h。LTE系统的传输时延低，理论周期时间低至10ms，无线接入网中的传输时延高至100ms[1]。因此，LTE能够很好的支持V2I通信。（2）DSRC V2I：为了实现针对移动车辆的广泛覆盖和即时配置，采用了IEEE802.11p协议，在物理层设置10MHz的半时钟模式。然而，车辆间通信可能出现在频率选择性多径信道和快衰落信道或者密集部署环境。因此，DSRC有很大的提升空间，当用于V2I通信时，DSRC网络存在很多问题。

V2V通信是指两车之间直接互通信息，旨在最大限度地减少交通事故和提高交通效率。缓慢行驶的车辆可以通过与相邻车辆之间交互车辆速度、加速度以及车辆状态等信息避免交通事故。对V2V通信的深入研究可以实现车辆减速警告、车辆状态异常警告等等，本节讨论V2V通信的两种相关技术。

（1）LTE D2D：蜂窝网络中设备到设备（D2D）通信方式是LTE系统中利用物理接近进行的车辆间通信的一种方法[2]。在D2D模型中，任何两辆车之间可以直接通信，它们需要首先发现其通信对象存在，这是一个耗时的过程。如文献[3]所述，发现周期通常为1、2、5或者10秒。由于在车辆环境中，两辆车之间实现通信的时间需要非常短，现有的D2D机制很难满足实现安全服务的严格的QoS要求。因此，在很多情况下，D2D发现时间比分配给信息传输的时间更长，这对于高QoS要求的安全信息传输是不能接受的。（2）DSRC：DSRC可以同时有效地支持V2V通信中的安全服务和非安全服务。首先，V2V通信通常使用一个分散的方法，其中网络是自治的并且外部的任何基础设施。其次，由于V2V通信中的两个实体都是车辆，没有之前在V2I中提到的“不平衡线路”问题。但是，在V2V通信中使用DSRC仍有几个挑战。由以上对比可以看出LTE比DSRC更适合V2I通信，而DSRC比LTE D2D更使用与V2V通信。LTE与DSRC二者相结合构造异构网络有望满足智能交通系统服务的一系列通信要求。

[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.