2020年5G基站型RSU白皮书.pdf

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， 可以实现 5G NR 与 PC5 数据的互联互通， V2X 数据 无需传输到 V2X 平 台，即可 实现 数据 的互联互通 ，有助于 V2X 平台 业务下沉，降低 V2X 消息传输 时延。 通过与 基站和 RSU 设备厂商技术分析与 评估 ，基站 现有 的处理能力 完全 可 以承载 V2X 业务的应用处理 ， 因此 5G 基站型 RSU 可完全实现 5G 基站 与 RSU 功能的融合，同时支持 5G NR 与 PC5 数据的互联互通。 5G 基站型 RSU 可 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 ； 可满足 车联网业务的带宽需求，同时提供低时延、大带宽、高可靠的通信环境 ；可满足 5G 网络 和 C-V2X PC5 网络 协同 组网 建设阶段的 1 种 设备 同时 支持两种网络的 需求，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 。 5G 基站型 RSU 可实现 5G 基站与 RSU 的共站址部署 和 统一部署运维 ， 可 共享传输、供电、通信线缆等基础设施，有利于资源节约共享，有效降低基站和 RSU 的部署成本，推动基站和 RSU 的快速覆盖。 6.5G 基站型 RSU 的 典型 应用场景 5G 基站型 RSU 为 低时延、大带宽、高可靠的 通信 环境提供保障，不仅可 为 基于 5G NR 的信息 娱乐服务类业务和全局交通效率类业务 提供 网络支撑， 还可 12 为基于 V2X 安全出行类业务和 局部 交通效率类 的 业务 提供 网络支撑 。 5G 基站型 RSU 是 车联网业务 低时延 、 大带宽 、高可靠 通信 需求的重要保障 ， 适用于 有大数 据回传和 单位 时间内大量 重复 数据下发的 车联网 应用 场景 。 这里 仅 列举 车辆编队 和高精度地图收集 Architecture description,3GPPS. 83GPP TS 38.104 NR; Base Station (BS) radio transmission and reception,3GPPS. 93GPP TS 38.101 NR; User Equipment (UE) radio transmission and reception,3GPPS. 联合编写单位及作者 中国移动通信有限公司研究院 刘玮 张燕燕 马少飞 李凤 董耘天 关旭迎 付吉祥 深圳市共进电子股份公司 陈波 刘兴立 姜浩 中移物联网有限公司 杨松 蒋文杰 谢星伟 中兴通讯股份有限公司 张慧 汪竞飞 陈 琳 高通无线通信技术（中国）有限公司 李 俨 华为技术有限公司 缪军海 陈亮 崔宗芳 欧阳轶 大唐高鸿数据网络技术股份有限公司 房家奕 胡金玲