融合卫星、LTE和4G/5G网络的车载应急通信系统技术研究

何勇君，李 伟

（国家石油天然气管网集团有限公司华南分公司，广东 广州 510000）

0 引言

卫星、TLE、4G、5G是迄今为止先进的网络技术，这些技术在多个行业领域都得到应用。卫星通信以天线作为信号接收装置作为通信卫星上下行频段射频收发通道，带外抑制、噪音系数性能出众，同时具有较高的附加效率与输出功率；TLE是相比3G更加先进的一种网络通信技术，特别是在汽车行业TLE技术被应用，正是因为TLE技术将汽车带入真正的互联时代；第四代移动通信技术相比3G、TLE都具有更加出众的性能具有强大的数据通信功能，可以惩戒更加广泛的业务，成熟的4G在多个行业被应用，在汽车向实现互联网方向的背景下，4G也被汽车行业高度关注；第五代移动通信技术在我国正处于试运营阶段，华为公司是我国5G技术研发的先驱者，并且华为研发的5G+C-V2X车载通信技术被国际上公认为新能源汽车创新技术。本次研究中将对融合卫星、LTE和4G/5G网络的车载应急通信系统技术进行分析。

1 车载卫星导航系统

1.1 卫星导航系统

目前在全球范围内共有五大卫星导航系统，分别是美国研发的全球定位系统（GPS）、俄罗斯研发的全球导航定位系统（GLONASS）、欧洲研发的伽利略卫星导航系统（GSNS）、中国研发的北斗卫星导航系统（BDS）、日本研发的准天顶卫星系统（QZSS）。

随着北斗卫星导航系统的逐渐完善，现阶段我国市场上的导航产品大部分都接受北斗提供的定位导航。目前，北斗卫星导航系统在我国多个行业内得到广泛应用，基本上摆脱国外长年以来在我国占据的卫星导航市场。我国的卫星车载通信技术也是基于北斗卫星导航系统，对我国汽车走向互联时代具有积极意义。

1.2 微型车载通信技术

伴随着网络通信技术的发展，卫星导航在汽车当中得到广泛的应用。卫星车载导航将计算机、通信、汽车交通等诸多领域进行了综合化运用，逐渐成为社会高可以研发的热点话题。

目前，大部分以北斗卫星导航系统为为基础的车载卫星导航系统均通过北斗一号实行精确定位，在车辆定位的过程中需要借助地面控制中心完成定位全过程。终端定位向地面控制中心发送定位申请，再由卫星转发至地面控制中心，由地面控制中心接受、解调终端发射的信号，随即对已申请的服务内容进行数据处理。上述一系列工作完成后，即可实现车辆的精确定位。

2 LTE智能车载终端

2.1 LTE智能车载终端的通信优势

相比车载卫星导航系统，LTE智能车载终端更加智能化、人性化。对于LTE智能车载终端而言，最重要的一点就是LTE通信模块提供以LTE为技术基础的通话功能效果会得到强化。[1]与车载卫星导航系统不同，LTE智能车载终端通话功能更加强大，已经将单纯的通话功能拓展为多媒体通话，并且通话对象实现更加多元化，通话质量更加清晰。由此可见使用LTE智能车载终端对于运营商存在更高的要求，其中包括无线接入网络、核心交换网络。

2.2 LTE车载通信终端框架

对于LTE车载通信终端框架存在最基础的要求包括：以LTE数据为基础承载业务、以运营商网络为基础开展语音、视频通信、短信通信，同时兼顾数据、业务并发，以及通信、短信业务与运营商固网用户的移动终端相连接。

LTE车载通信终端框架如图1所示。

图1 LTE车载通信终端框架

LTE车载终端具有移动特性，因此每一部LTE车载终端都有属于自己的移动号码，有助于路由寻址并且尽最大可能选择独立号段，倘若在号段不足的情况下，此时需要考虑在4G/5G的基础上考虑混合放号，需要注意的是，LTE智能车载终端被叫时需要将寻呼由4G网络路由到IMS网络进行终端寻址。

3 第四代移车载动通信技术

4G车载移动通信技术是建立在高级的LTE技术基础之上的，在不同平台。不通频带网络当中提供无线服务支持，如此一来可以实现任何区域宽带接入互联网，同时实现实时定位、数据收集、远程操控等。可以更加方便的满足车载联网终端的各种服务。

3.1 编码方案

在移动通信协议标准当中，编码是最核心的基础部分，为了对物联网终端数目实现有效管理，因此需要给每个车载互联移动终端分配指定的号码。[2]尽管目前我国的手机号足以满足我国人口的使用需求，但是却无法满足通信公司为车载互联终端的编码，因此才需要确定全新的编码方案，目前为止IMPU/IMPI、MSISDN、IMSI等编码方式。

3.2 网络安全保障方案

对于车联网系统而言，各层次都面临着不同程度的威胁，因此需要让终端安全接入应用平台是目前为止急需解决的问题。[4]为了最大程度上确保系统安全，因此在本次研究中提出一系列安全措施，而实现终端如何安全的接入应用平台是需要重点解决的问题。而在实现终端与应用平台接入的过程中确保系统的性能是最为关键的。

3.3 终端接入认证方案

4G车联网系统因为网络发达，容易遭遇外界侵袭，因此对于基于4G的车联网系统必须要强化终端系统的自我防御能力，打造授权可信终端。因此可以通过安装合法性鉴定管理，与网络设备实现配合，尝试对接入4G车联网系统的用户进行身份认证，确保接入用户的合法性。[3]对相关安全策略的病毒库进行更新、安装系统补丁等。而对于不符合安全策略的终端系统，需要发出预警提示或者是直接强制对用户的安全性进行加固。

4 第五代移车载动通信技术

我国现阶段还未实现5G的全覆盖，5G还处于试运行阶段。即便如此，5G在我国已经投入到许多行业当中的应用。汽车行业已经尝试使用5G来打造新一代的车载移动通信技术。华为研发的5G+C-V2X车载通信技术被国际上公认为新能源汽车创新技术。对于车载应急通信系统，使用5G边缘计算更为可靠。

4.1 5G边缘计算的特点

在5G的应用背景下，大带宽、低时延、多连接的技术方式全面支持5G开展边缘计算的应用场景。5G边缘计算具备以下特点：

（1）低时延：在远程操控等背景下，要求网络系统具有低时延的特点，此时就需要通过降低网络侧时延，实现对业务端到端的时延降低。

（2）高速率：在5G的支持下，高清视频、AR、VR等视频业务伴随着对视频分辨率、码率要求的不断提升，需要依靠5G速率高、覆盖广、抗干扰强等特点。

4.2 5G边缘计算在车载应急中断的应用

5G边缘计算可以对车辆调度进行计算，在此基础上拟定5G专网、公网的整体解决方案。在5G专用信道的支持下可以使通信网络的可靠性得到提升，从而确保车辆的应急通信系统畅通。使用本地化网络可以有效规避回传链路故障造成的通信中断。

5 结束语

本次研究中对融合卫星、LTE和4G/5G网络的车载应急通信系统技术进行分析，首先对车载卫星导航系统进行介绍，包括卫星导航系统、微型车载通信技术；对LTE智能车载终端进行介绍，包括LTE智能车载终端的通信优势、LTE车载通信终端框架；对第四代移车载动通信技术进行介绍，包括编码方案、网络安全保障方案、终端接入认证方案；对第五代移车载动通信技术进行介绍，包括5G边缘计算的特点、5G边缘计算在车载应急中断的应用。

可以看出，卫星、LTE和4G/5G网络的车载应急通信系统技术需要在原有的技术基础上展开研发。因此现阶段的车载应急通信系统技术当中综合了卫星、LTE、4G、5G技术，为汽车走向互联提供更好的技术支持。