5G基站型RSU白皮书

1 2 前 言 今年以来，国家为推进新型基础设施建设（“新基建”）提出了多项举措，其中国家发展改革委员会明确将“通信网络基础设施” 和“智能交通基础设施”列为“新基建”建设范畴，助力5G网络建设和智能交通基础设施升级转型。各地政府也出台多项政策促进交通、通信、公安、城市等基础设施的协同、融合，以降低基础设施建设成本、提高效率，从而为发展新应用、新服务、新生态奠定坚实基础。 随着近年来汽车产业的不断升级优化，通信技术的快速发展，以及道路智能化的普及，将为智慧交通创造新的发展环境，形成“聪明的车+智慧的路+强大的网”的一体化发展思路。伴随着5G网络的部署，为更好地开展车联网等新型业务，中国移动研究院制定了5G基站型RSU白皮书。本白皮书首先介绍了C-V2X车联网系统架构与RSU在车联网领域的作用，然后分析了5G基站型RSU在车联网领域的优势，最后对5G基站型RSU的系统架构与功能进行了介绍，并探讨了5G基站型RSU的典型应用场景。 中国移动研究院作为5G和车联网产业链的参与者，希望与产业各界共同推进5G基站型RSU产业的成熟与发展。 3 目 录 1.背景 ....................................................................................... 4 2.RSU在车联网领域的作用 ................................................... 5 3.5G基站型RSU的优势 ....................................................... 7 4.5G基站型RSU的系统架构 ............................................... 8 5.5G基站型RSU功能 ......................................................... 10 6.5G基站型RSU的典型应用场景 ...................................... 11 7.结束语和展望 ...................................................................... 14 缩略语列表 ............................................................................. 16 参考文献 ................................................................................. 17 联合编写单位及作者 ............................................................. 18 4 1.背景 随着车辆智能化的发展以及通信技术的快速演进，车联网从以支持车载信息服务为主向以支持智能化和网联化为基础的辅助驾驶、自动驾驶和智慧交通的应用发展。在车载信息服务阶段，车辆通过蜂窝网络与云端服务器通信，实现娱乐、车载导航等应用；在辅助驾驶阶段，车辆通过与周围的车辆、路侧交通基础设施、人、云端服务通信，获得周围车辆的状态、路侧的交通信号灯、交通标志等信息，辅助提升车辆的安全行驶能力；自动驾驶和智慧交通阶段，将实现车、路、人、云的全方位连接，在进行智能感知信息的共享与交换同时共享部分决策信息，具备复杂环境感知、智能决策、协同控制等功能，从而实现最终的全天候无人驾驶和高度协同的智慧交通。 现阶段，全球车联网界正在重点开展辅助驾驶的产业化推进及自动驾驶的技术研发，并积极探索商业模式及典型应用。2019年3月，福特表示计划于2021年在中国的车型优先搭载C-V2X技术；日本内阁于2019年通过《道路运输车辆法》修正案，并正在开展为C-V2X分配其他频率的可行性研究。中国政府高度重视车联网相关技术和产业发展，自将加快车联网构建纳入国家“十三五”规划以来，工信部、交通部、科技部、发改委等多部委联合出台一系列规划，从政策、法规、技术、标准，测试示范等多个维度支持中国车联网产业发展。 2019年是中国5G元年，车联网是5G的重要应用领域，随着5G技术的发展及应用，5G网络与C-V2X网络建设将会分三个阶段逐步实现融合组网：第一阶段是混合组网阶段，5G网络与C-V2X PC5网络是独立的两个网络，2种设备之间通过有线或无线方式连接；第二阶段协同组网阶段，5G网络与C-V2X PC5网络逐步融合，从两个设备逐步升级为1个设备，同时支持2套网络。5G与C-V2X PC5网络的融合建设可实现能力协同、成本分摊、质量可控、统一管理，有助于加速产业规模化落地；第三阶段融合组网阶段，只需1种设备和1套网络，该阶段还有待标准的进一步制定。目前5G网络与C-V2X PC5网络的建设已进入第二阶段，在该阶段，只需要1种设备即可同时支持5G网络和C-V2X 5 PC5网络。 图1 5G+C-V2X网络发展 2.RSU在车联网领域的作用 C-V2X车联网系统架构分为应用层、平台层、通信网络层、路侧设备和终端4层。系统架构如图所示： 图2 C-V2X车联网系统架构 路侧单元RSU（Road Side Unit）是部署在路侧的通信网关，是连接路侧各类设备、传感器以及车辆，开展C-V2X车联网业务不可缺少的核心单元。它汇集道路智能感知设备、智能交通基础设施以及周边车辆的信息，通过有线或无线的方式上传至V2X平台，并可将周边交通信息下发至相关车辆。 6 RSU支持Uu和PC5并发通信；支持北斗、GPS等方式的定位与授时；支持《合作式智能运输系统 专用短程通信》系列国标，并支持将交通信号机输出的信息转化为标准的V2X协议消息。 RSU的关系网如下： 图3 RSU关系网 RSU的基本功能包括业务、管理和安全三类，功能框图如下图所示： 图4 RSU功能框图 RSU作为车联网万物互联的关键设备，是部署在路侧的通信网关，目前主要部署在交通繁忙，基础设施齐全，对车联网业务需求更强的重点交通路口。RSU有终端和基站两种形态，目前终端形态的RSU已有成熟商用的设备，并已在多地实现落地应用；基站形态的RSU还处于刚起步阶段，因此，需要联合基站与RSU设备厂商共同合作，推动基站形态RSU的发展与成熟。 7 3.5G基站型RSU的优势 传统的Telematics服务对于网络的通信要求较低，其服务以现有网络资源择优提供。5G的到来，其大带宽、大连接、低时延、高可靠的特性，将更好的适应智慧交通的应用需求，并催生更多丰富的智慧交通行业应用，例如车载AR/VR、自动驾驶、远程驾驶、绿波通行、交叉路口会车避让等。5G网络让终端用户始终处于联网状态，C-V2X实现车车或车路的区域性通信，C-V2X与5G技术相集合，可实现网络的无缝覆盖，从而实现“车—路—云”之间的多维高速信息传输。融合5G基站与RSU功能的5G基站型RSU，可实现与大网的实时互动，满足上层应用平台对数据的收集、分析和处理；同时可构建广覆盖与直连通信协同的融合网络，保障智慧交通业务连续性。 3GPP TR22.886中提出了增强型V2X业务，如车辆编队、半自动/自动驾驶、远程驾驶等业务对网络的需求如下： 表1 车联网业务通信需求 有效范围(m) 最大时延（ms） 单次传输成功率（%） 传输速率（Mbps） 负载（Bytes） 车辆编队 5-10s*最快相对速度 10-25 90-99.99 50-65 50-1200 Max:6500 半自动/自动驾驶 5-10s*最快相对速度 V2V：3-10 V2I：100 99.99-99.999 50 Max:6500 远程驾驶 - 20 90-99.999 UL：25/DL：1 - 扩展传感器 50-1000m 3-100 99.999 25 - 如上所述，在开展车联网等新型业务的区域，对5G网络的上下行带宽要求更高。在传统网络部署的基础上，需要考虑在开展车联网等新型业务的区域，进一步进行网络的增强覆盖；充分借助社会杆塔资源部署5G基站进行补盲补热是 8 5G网络建设的未来趋势之一。融合5G基站与RSU功能的5G基站型RSU，一方面，可实现5G网络的增强覆盖，满足车联网等新型业务对上下行带宽的需求；另一方面，PC5接口可实现对部分依赖Uu传输的车联网数据的分流，将原有的单播改为PC5广播，减少5G网络资源的占用。另外，5G基站型RSU可实现基站与RSU的共同部署，解决城市现网密集区域或交通繁忙的道路路口等区域站址选址困难的问题。 5G基站型RSU一方面使得RSU的部署可共享5G基站的传输、供电、通信线缆等基础设施，降低回传链路成本，实现RSU的快速部署，另一方面为车联网业务低时延、大带宽、高可靠通信需求的重要保障。5G基站型RSU可以提供基于5G Uu信息娱乐服务类业务和全局交通效率类业务，同时可以提供基于V2X安全出行类业务和局部交通效率类业务，以及满足车辆编队、远程驾驶及自动驾驶类等业务的低时延和大带宽需求。 4.5G基站型RSU的系统架构 5G基站型RSU形态有两种，分别是一体化和分布式两种形态。两种形态的系统架构分别如下： 1、一体化形态的5G基站型RSU 一体化形态的5G基站型RSU是将RSU功能集成在一体化基站内，如下图所示。 图5 一体化5G基站型RSU系统框架 9 一体化形态的5G基站型RSU具有以下特点： （1） 采用一体化设计，集成度高，方便部署安装。 （2） 基站的处理单元集成C-ITS协议栈，PC5和5G共用基站的处理能力。 （3） PC5数据和5G-NR数据与处理单元之间的传输各自独立。 2、分布式形态的5G基站型RSU 分布式形态的5G基站型RSU是将RSU的PC5射频与天线集成在AAU内，PC5与5G共用BBU的处理能力。多个AAU共用一个BBU。 图6 AAU与BBU组成架构 图7 分布式5G基站型RSU的AAU系统框架 图8 分布式5G基站型RSU的BBU系统框架 分布式形态的5G基站型RSU具有以下优点： （1）多个AAU共用一个BBU，成本更优。 10 （2）BBU处理单元集成C-ITS协议栈，PC5与5G共用BBU处理能力。 以上方案前期已与多个基站和RSU设备厂商进行了技术可行性分析的调研，两种技术方案均具备技术可行性。 5.5G基站型RSU功能 5G基站型RSU融合了5G网络通信能力和RSU的功能，可实现5G NR与PC5数据的互联互通；可有效地支撑车联网中需要大数据回传和单位时间内大量重复数据下发的应用场景的通信需求；可实现与大网的实时互动，满足上层应用平台对数据的收集、分析和处理；同时可构建广覆盖与直连通信协同的融合网络，保障智慧交通业务连续性。 图9 5G基站型RSU的数据流 1、5G基站功能 可提供5G网络的增强覆盖与5G NR数据传输，满足车联网等新型业务对上下行带宽的需求；可为仅支持5G通信的行人、非机动车、车载等终端，提供蜂窝网络通信，通过Uu获取V2X消息；可实现RSU汇集的道路智能感知设备、智能交通基础设施以及周边车辆的信息，通过公网上传至V2X平台。 11 2、PC5通信功能 提供PC5网络覆盖，通过PC5广播收集汇聚的平台、道路、车辆等信息，为范围内的车辆、行人等提供V2X消息；可实现对部分依赖Uu传输的车联网数据的分流，将原有的单播改为PC5广播，减少5G网络资源的占用。同时，PC5也可监听范围内的广播的V2X消息，实现路侧、车辆等信息的收集与汇聚。 3、5G NR与PC5数据互联互通 5G基站型RSU通过在本地部署应用或借助在传输层部署边缘计算节点的方式，可