0 引言

    車聯網系統是能夠實現智能網聯汽車與公共網絡通信的移動通信系統。車用無線通信技術(Vehicle to Everything，V2X)是車輛與一切事物相連接的新一代信息通信技術，其模式包括：車-車(Vehicle to Vehicle，V2V)、車-路(Vehicle to Infrastructure，V2I)、車-人(Vehicle to Pedestrian，V2P)、車-網絡(Vehicle to Network，V2N)的交互，如圖1所示。

    目前，我國已為LTE-V2X規劃了5 905～5 925 MHz頻率用于直連通信(工信部無[2018]203號)。3GPP也已啟動了5G NR V2X的標準化工作，計劃于2019年底之前完成。根據未來移動通信論壇(FuTURE Forum)和車載信息服務產業應用聯盟(TIAA)聯合發布的白皮書，根據智能網聯汽車的滲透率不同，支持自動駕駛至少還需40~400 MHz的頻譜資源。現有可能成為全球協調頻率的5 850~5 925 MHz難以滿足全部的頻譜需求，存在頻段上擴的需求和空間。

    本文從兼容性角度分析在6 GHz頻段為V2X尋求頻譜資源擴展的可行性。

1 C-V2X概述

    C-V2X(Cellular Vehicle to Everything)是基于蜂窩通信技術演進形成的技術。C-V2X包含兩種通信接口：PC5接口(車、人、路之間的短距離直接通信接口)和Uu接口(基站和終端之間的通信接口，可實現遠距離和更大范圍的可靠通信)。C-V2X是基于3GPP全球統一標準的通信技術，包含LTE-V2X和5G-V2X，從技術演進角度講，LTE-V2X支持向5G-V2X平滑演進。

    C-V2X支持有蜂窩網絡覆蓋和無蜂窩網絡覆蓋兩種工作場景。當車載終端、智能手機、路測單元等支持C-V2X的終端設備處于蜂窩網絡覆蓋內時，可在蜂窩網絡的下使用Uu接口來進行V2X通信；而PC5接口無論是否有蜂窩網絡覆蓋，均可進行V2X通信。C-V2X將這兩種接口相互結合，相互支持，共同支撐V2X業務傳輸，能夠形成有效的冗余，用來保障通信的可靠性。

1.1 PC5接口關鍵技術

    C-V2X在PC5接口上的機制設計基礎是LTE-D2D技術。為支持V2X消息廣播，行駛方向、速度、位置等快速變化的動態信息交換，以及未來更先進的自動駕駛應用(如共享傳感器、車輛編隊行駛)等，C-V2X在多方面進行了增強設計，主要包括：

    (1)物理層結構增強。為了解決車輛間因相對高速度而導致的多普勒效應和頻率偏移等問題，C-V2X對物理層結構進行了增強。

    (2)支持全球衛星導航系統同步。在C-V2X通信期間，需要使其發射端和接收端保持同步，以此來確保通信性能。此外，C-V2X可支持多種同步源類型(如車輛、基站、全球衛星導航系統等)，通信終端能夠通過調取預配置信息、網絡控制等方式來獲取最優同步源，以最大程度來實現全網同步。同時，C-V2X還能依靠對最優同步源的動態維護，使終端能夠及時同步到高優先級的同步源。

    (3)更高效的資源管理機制和擁塞控制機制。PC5接口作為C-V2X的核心技術，可支持Mode-3和Mode-4(即資源調度式分配方式和終端自主資源分配方式)。另一方面，C-V2X還支持集中式和分布式相結合的擁塞控制機制，可以顯著提升高密度場景下的用戶接入數。

1.2 Uu接口關鍵技術

    為了更好地匹配V2X的業務特性，C-V2X在Uu接口上主要對以下幾個功能進行了增強：

    (1)上下行傳輸能力。上行傳輸支持基于業務特性的多路半靜態調度，不僅能夠保持業務傳輸的高可靠性，還能使上行調度時延大幅度降低。下行傳輸針對V2X業務的局部通信特性，支持小范圍廣播、低時延的多播/組播和單小區點到點單播。此外，LTE-V2X還支持核心網元本地化部署，并且為了保證業務傳輸的性能，還針對V2X業務特性定義了專用服務質量參數。

    (2)多接入邊緣計算研究。針對如自動駕駛、實時高清地圖下載等具備超低時延、超高可靠性傳輸需求的車聯網業務，C-V2X可以采用多接入邊緣計算技術。目前ETSI和3GPP等標準組織都將該技術作為重點研究項目，針對其整體框架、用戶選擇、業務分流、移動性和業務連續性以及網絡能力開放等關鍵方面進行研究。

2 衛星固定通信系統

    衛星固定通信系統一般分為空間段(通信衛星)、地面段（地球站和關口站）、跟蹤遙測及指令分系統、監控管理系統四大部分組成。

    (1)空間段：由中圓地球軌道衛星、地球靜止軌道衛星和傾斜地球同步軌道衛星等3種軌道衛星組成，主要起無線中繼站的作用，通過衛星搭載的星上轉發器轉發地球站的信號。

    (2)地面段：地球站一方面負責將地面信號發送到衛星，另一方面接收來自衛星的信號后發送給相應的地面用戶終端。關口站可以認為是一種特殊的地球站，是衛星通信系統的核心，為公眾網絡和衛星通信系統提供傳輸信道。

    (3)跟蹤遙測及指令分系統：跟蹤檢測衛星信息，修正其運行軌道和保持其位置姿勢。

    (4)監控管理系統：對通信性能進行監測和控制，以確保系統能夠正常通信，并能滿足不同衛星通信系統間的協調要求。

    甚小天線地球站(Very Small Aperture Terminal，VSAT)是衛星固定通信系統中的一個典型應用，主要包括主站部分、小站部分及用戶終端。

    VSAT主站部分的設備配置較遠端小站復雜，天線尺寸大，發射功率高。VSAT網絡基帶設備負責處理衛星信號，包括調制解調器、復用器和編/解碼器，通過網絡管理平臺進行管理；程控交換機用于管理電話通信；關口站用于連接PSTN和Internet。

    VSAT小站部分的天線尺寸小，發射功率低，負責天線接收、射頻處理及衛星信號處理。

    用戶終端負責普通用戶接入終端(如固定電話、視頻播放器等)。

    根據我國無線電頻率劃分規定，5 925 MHz以上頻率主要業務有固定業務、衛星固定業務(Fixed Satellite Service，FSS)和移動業務，表1所示為該頻率段劃分表。其中5 925～7 125 MHz頻段是C波段FSS的上行頻段，FSS也是該頻段實際使用最多的無線電業務。由于固定業務(該頻段主要是微波系統)點對點通信架設高度通常較高，故與V2X易于兼容，而移動業務雖已被劃分，但仍未啟動相關應用，因此V2X與FSS的兼容性將影響V2X業務在該頻段的頻譜擴展。

3 兼容性研究相關參數

3.1 V2X系統相關參數

    車聯網自動駕駛類應用是3GPP目前研究的5G uRLLC技術的重要場景之一。NR-V2X技術支持自動駕駛技術場景，與LTE-V2X基礎類安全駕駛輔助協同形成場景互補。根據3GPP目前的性能評估研究，本研究主要參考TR37.885關于NR-V2X的參數^[1]，以用于系統參數指標進行兼容性共存研究，相關參數如表2所示。

    中國及其周邊區域內在同一時刻處于發射狀態的NR-V2X設備總數計算如表3所示。

3.2 衛星固定業務系統參數

    5 925～7 125 MHz頻段FSS系統參數如表4所示。

4 V2X系統與FSS系統的共存研究

4.1 V2X系統與FSS系統干擾場景

    選擇干擾惡劣的情況，具體如圖2所示。

4.2 自由空間傳播模型

    V2X系統干擾FSS衛星，采用ITU-R SG3提供的ITU-R P.525傳播模型^[2]。

    對于點對點鏈路，使用下述公式計算全向天線間的自由空間衰減，即自由空間基本傳輸損耗：

其中，f是頻率，d是距離。

4.3 Clutter Loss模型

    Clutter Loss模型主要采用ITU-R P.2108模型^[3]。

    對地面到地面的路徑L_ctt，不超過p%位置的地物損耗由下面的公式給出：

4.4 確定性計算

    確定性分析方法是在各參數、頻譜發射模板等條件下，根據通信處于最惡劣的環境下，得到被干擾系統受到的最大干擾。

    一條典型的干擾鏈路主要包括干擾系統、被干擾系統及傳播路徑。具體來說，包括干擾發射功率、干擾和被干擾天線增益、路損，滿足如下公式：

其中，P_rx表示干擾功率，P_tx表示發射功率，G_tx表示發射天線增益，G_rx表示接收天線增益，L_loss表示傳輸損耗。

    通過上述公式可以得到被干擾系統接收機的干擾功率，對比保護準則可以評估是否滿足保護條件。同頻干擾評估公式如下：

其中，K表示玻爾茲曼常數，B表示帶寬，T表示噪聲溫度。

    由表4可知衛星的G/T值，所以評估公式可變為：

    若I/N-I₀≥0，則說明兩個系統之間沒有干擾，可以共存；若I/N-I₀<0，則說明兩個系統之間存在干擾。

5 計算結果

    針對60E和116E兩個同步地球軌道衛星軌位，根據式(9)可以算出兩個衛星軌位下的I0值，結果如表5所示。

    由表5可以看出，衛星位于60E軌位時，可以共存，還有30.9 dB的保護余量；衛星位于116E軌位時，可以共存，還有23.9 dB的保護余量。

6 結論

    基于V2X未來頻譜需求預測，經過初步確定性分析，結果顯示V2X系統可與6 GHz頻段FSS系統兼容共存，頻譜資源向上擴展具備一定的可行性。未來實際的頻譜使用還需要根據V2X業務的發展對頻譜資源的實際需求，結合實際系統參數開展進一步仿真研究和測試論證。

參考文獻

[1] Study on evaluation methodology of new vehicle-to-every-thing(V2X) use cases for LTE and NR(Release 15)[S].3rd Generation Partnership Project(3GPP) TR 37.885，2018.

[2] Recommendation ITU-R P.525. Calculation of free-space attenuation[S].Geneva：ITU，2016.

[3] Recommendation ITU-R P.2018.Prediction of clutter loss[S].Geneva：ITU，2017.

作者信息:

張少偉

(中國電信股份有限公司智能網絡與終端研究院，北京102209)