一种LTE-V2X中的资源调度方式介绍

背景

V2X即Vehicle to Everything，是物联网在汽车上的一种具体应用，利用通信、定位、电子、传感器、计算机等技术建立汽车与万物（V2V、V2I、V2P、V2N）之间低时延、高可靠的连接系统，并基于这种近似汽车间社交网络的互连互通系统实现安全类、效率类、信息类等各种未来智慧城市不可或缺的功能场景。

目前V2X技术发展过程中，已经出现了两种主要的技术路线：DSRC和C-V2X，其中C-V2X包括2017年在3GPP形成国际标准的LTE-V2X和面向新空口增强技术的NR-V2X。DSRC是比较早应用于V2X中的专用短程通信技术，由于技术原因其在通信距离，高速可靠性和可扩展性等方面不如后来由大唐在2013年提出的LTE-V2X技术，在历史的长河中逐渐被淘汰，2020年美国联邦通信委员会（FCC）正式投票决定将5.9 GHz频段（5.850-5.925GHz）划拨给Wi-Fi和C-V2X使用。意味着我国主推的C-V2X将成为全球范围内认可的行业实施标准。

LTE-V中的感知+半持续资源调度方式

在3GPP中LTE-V的参考架构如下图。

UE(用户终端)有三种，分别是车、行人、路边设施(stationary)。从图中可以看出LTE-V具有PC5（直通链路通信）和Uu（终端与LTE基站之间的上/下行链路）两种通信方式。因此LTE-V可以在有无基站两种方式下都能工作。直通链路通信又分为两种发送模式[1]，Mode 3（基站调度资源模式也称集中资源分配）和Mode 4（终端自主资源选择也称分布式资源分配）。Mode 3要求UE必须连接到基站，这会造成额外的信令开销。目前在没有基站的场景下大部分UE都是工作在Mode 4模式下。

在Mode3和Mode4中都引入了一个新的资源调度方式：感知（sensing）+半持久调度（Semi-Persistent-Scheduling）。其他的调度方式主要有：持久调度和动态调度。

因为V2X业务定义了每个UE通信资源具有周期发送和可预测大小的性质，所以感知加半持久调度可以在通信信道实现资源预留机制（一次分配，多次使用，降低了PDCCH开销），并且可以感测事件避免碰撞（在预留SPS资源子帧上监听到动态调度的PDCCH，动态调度优先级高于SPS调度，但不会影响后续SPS子帧），从而提高系统性能。感知+半持久调度的通信方式在事件线上可以用下图来解释：

首先解释Trigger resource selection/reselection，这是由于码率变化或已预留分配的SPS资源到期等原因造成的主动分配SPS或重新分配SPS的时间点。

然后是Sensing widow，这个是感知窗口，长度1000ms，UE会在感知窗口中持续检测来自其他UEs的传输，在Trigger点用Trigger点之前的感知窗口检测的资源占用状态，在后面的选择窗口中选择可用资源。

Resouce selection window，资源选择窗口，这个窗口上界为Trigger时间点之后当前发送载荷的延迟限制，下界为UE实现进程延迟决定。如果在这个窗口中有可用资源（n+d）子帧，那么后续（n+d+sps周期）都会被在（n+d）时预留。

还有个概念是在（n+d）子帧开始预留SPS资源时，会指定一个计数器，后面每次预留资源完成发送或接收后就会减一，当计数器满足终止条件时会做一次伯努利试验判断是保留预留资源并重置SPS计数器还是重新选择资源。

网络协议栈相关功能设计

通信技术中资源的调度和实现的方式不一定完全需要网络层协议栈了解，但是可以为协议栈相关功能提供参考，尤其是V2X业务的周期和数据大小等关键因素都需要上层应用设置而不是在接入层设置。

在实际测试中我们发现，在不同的LTE-V模组，不同的数据传输方式的性能都存在一些差异。这固然是在软硬件实现上存在不同，同时网络层协议栈对接入层的接口支持具有通用性，可扩展性也很重要。在[2]中各层服务原语中可选的Traffic Period即为可供底层后续调用参考的域，帮助确定SPS发送周期。如上层应用采用高频率的发送，但是对接入层配置的SPS period却比较大时，在两个SPS子帧之间发送的数据载荷可能存在被其他UE占用的风险，导致数据传输延迟出现断崖式的奇异值或造成丢包等问题。在不了解LTE-V的资源调度方式时，上层应用开发并不知道为什么会出现类似问题。

同理，为什么不建议一刀切地将SPS period都设置非常小，不全部使用event接口（动态资源调度）来发送V2X数据也是为了降低PDCCH等开销的原因。

[1] 基于LTE的车联网无线通信技术 支持直连通信的终端设备技术要求

[2] 基于LTE的车联网无线通信技术 网络层技术要求