车联网研究:C-V2X Rel.14 的缺陷问题

最近看车联网 C-V2X 方面的文章,很多文章都在研究 3GPP Rel.14 中提出的新的车联网通信机制。Rel.14 中提出了 Mode 3 和 Mode 4 两种模式。其中 Mode 3 的调度需要依赖于基站调度,车辆使用原本蜂窝网的 UPLINK 进行通信。Mode 4 则可以独立于基站运作,且使用 PC5 通信。当然直观来看不依赖于基站的 Mode 4 要更适合车联网一些。不过 PC5 接口可能存在的问题是很多研究者忽略了的。

PC5 接口使用的是 sub-6GHz 频段,具体而言是 5.9 GHz。中国工信部分配的是 5.905 - 5.925 MHz。有意思的是,这和 IEEE 802.11p 使用的频段是重合的,而偏偏 IEEE 802.11p 也是车联网使用的。两个使用重叠频段的通信协议一起运作,当然会出现问题了。CAR2CAR 协会有一篇关于 C-V2X 和 IEEE 802.11p 共享 5.9 Ghz 的频段的问题 Workshop 文章: Position Paper LTE-V2X & IEEE802.11p/ITS-G5 Spectrum Sharing at 5.9 GHz DG-CONNECT Workshop 5 September 2017。其中第5.2部分讲了ITS-G52和LTE-V2X并存的问题。这篇文章的结论是由于两种通信协议的信道接入方式完全不同(CSMA/CA using OFDM v.s. SC-FDMA),因此让二者平等地共享频段是不可能的。强行让二者共处会严重损害基于CSMA/CA的ITS-G5的性能。

图 1: IEEE802.11p的频谱

对于这问题,有两种解决方案:

  • 更新3GPP的空中接口,使之与ITS-G5的标准兼容
  • 让两个系统采用不同的频段错开。这里应该是3GPP方面去选择新的频段,毕竟ITS-G5标准更加成熟。

频谱效率最高的方法自然是方法1。例如ITS-G5/WLAN并存方面的研究提出强制要求一个10MHz的物理层探测器,在ITS-G5 A/B/D波段式,要有能力检测ITS-G5 preambles。方法2是目前 5GAA 提出来的,理论上能彻底解决问题,不过需要使用更多的频谱资源。

在3GPP Rel-15提出New Radio之后,C-V2X将会使用above-6GHz频段,且自Rel-15之后的标准不会再兼容Rel-14。从中这个角度来看,3GPP应该是采用了上面的方案2。

最后,很多文章宣称 C-V2X 的通信距离比 IEEE 802.11p 更远,我在 NXP 出的一个材料上看到,C-ITS 相比于 ETSI ITS-G5并没有显著的优势

in some publications on LTE-V2X, it is stated that the range of LTE-V2X is superior to ETSI ITS-G5 / IEEE802.11p. Range of the current ITS-G5 implementation has been measured in real-life deployments and the results clearly show that ITS-G5 outperforms the claimed range of the simulated LTE-V2X solutions.