直通鏈路技術的發展與展望

張博源，黃學艷，趙振山，張世昌，馬騰，劉亮

直通鏈路技術的發展與展望

張博源1，黃學艷2，趙振山3，張世昌3，馬騰3，劉亮2

（1.OPPO研究院，陜西 西安 710021；2.中國移動通信有限公司研究院，北京 100053；3.OPPO研究院，北京 100125）

直通鏈路技術己廣泛應用于車聯網場景。對于直通鏈路技術的潛在技術方向給出可行的建議，包括傳統直通鏈路技術的增強方向，如載波聚合、使用非授權頻譜等；側行鏈路對于中繼場景的應用擴展，包括終端到終端之間的中繼，以及中繼的多鏈接場景；在高精度定位場景使用直通鏈路技術。并且，給出直通鏈路技術與各種新技術的融合應用，如智能反射面與區塊鏈技術，從而解決直通鏈路技術自身的缺陷。

直通鏈路；mesh網絡；中繼；車聯網

0 引言

直通鏈路（sidelink）技術與傳統的Uu接口通信技術相比，并非強依賴于基站的調度與配置，屬于典型的自組織網絡[1]。在傳統自組織網絡的基礎上，通過引入基站的協調與輔助管理，可以有效降低傳統自組織網絡存在的資源碰撞以及路由復雜的問題。sidelink技術在標準化初期主要應用于設備與設備之間的直接通信場景以及終端到網絡的中繼場景。車聯網作為一個目前主流的應用場景被3GPP在后續多個協議版本中持續優化[2]。至今，sidelink技術經過歷次迭代已經越發完善，但作為自組織網絡技術，潛在的天然缺陷仍無法避免。首先，終端資源選擇的碰撞問題經過多次協議版本迭代后的優化更新，目前已經能夠在一定程度上有效解決該問題，但仍然無法徹底避免。另外，sidelink技術支持的業務場景逐漸增多，但頻譜資源仍然十分有限，因此考慮將sidelink技術遷移到免許可頻段工作是緊迫而必要的。本文針對所述sidelink技術目前存在的缺陷以及優化方向給出思考與解決方案。

1 sidelink Rel-17技術現狀

1.1 sidelink增強

在Release 17（Rel-17）中，sidelink增強除了車聯網場景外，也考慮了可以更廣泛應用的商業場景?？紤]商業場景中涉及的終端無法向車聯網終端一樣具有強大的終端能力。因此，終端節能是一個非常必要的增強方向。通過部分偵聽（partial sensing），隨機資源選擇與sidelink非連續接收（discontinuous reception, DRX），可以有效地減少終端持續接收而損耗的能量。具體地，對于部分偵聽與隨機資源選擇，盡可能地復用Rel-14的設計，同時考慮sidelink DRX所帶來的潛在影響；對于sidelink DRX，能夠清楚地定義sidelink DRX周期內各階段的終端行為，以及考慮如何與Uu DRX共存。另一方面，終端通過偵聽進行自主資源選擇的工作模式不可避免地存在資源碰撞以及半雙工的影響，在這個版本引入了通過終端間協作獲取資源的機制[4]，并且對該資源獲取模式進行具體設計。

1.1.1 partial sensing

在Rel-17的NR sidelink系統中，為了達到節能省電的效果，引入了基于隨機選擇和部分偵聽的資源選取機制。隨機選擇即終端不進行資源偵聽，直接在資源選擇窗內等概率隨機選擇資源發送數據。終端不進行偵聽，因此可以獲得節能效果。部分偵聽機制即終端在偵聽窗內只偵聽部分而不是全部時隙以達到節能省電的效果。

在部分偵聽機制中，終端在選擇窗內預選個時隙，針對該選取的個時隙在偵聽窗內進行部分偵聽，根據偵聽結果對該個時隙中包括候選傳輸資源進行資源排除，從而確定候選資源集合。為了支持部分偵聽機制，在NR sidelink中引入了基于周期的部分偵聽（periodic-based partial sensing，PBPS）和連續部分偵聽（continuous partial sensing，CPS）[5]。

● PBPS：即終端根據周期信息進行偵聽。終端被配置需要偵聽的周期參數，該周期參數可以是該資源池支持的周期預留參數的子集。根據該周期參數，終端對預選的個時隙中包括的傳輸資源在偵聽窗內進行偵聽。

● CPS：即終端在選取資源前進行持續的偵聽，主要是為了避免和其他終端的非周期性傳輸發生沖突。對于非周期性傳輸，終端不需要周期性地預留傳輸資源，所以偵聽終端無法通過PBPS排除與該終端的資源沖突。

1.1.2 sidelink DRX

DRX技術是Uu系統中常用的降低終端能耗的一種技術，在Rel-17中將DRX應用到sidelink系統中，從而達到sidelink系統中終端節能的目的。sidelink非連續接收需要能夠應用于廣播、多

播和單播業務。具體地，需要定義清楚sidelink DRX的開啟與關閉持續時間段以及對應的終端行為。考慮終端可能同時與多個對端終端產生多個業務，需要考慮如何在多個終端間對齊sidelink DRX的配置。另外，Sidelink終端需要同時支持Uu接口業務的正常通信，因此在配置sidelink DRX時需要考慮對齊終端的Uu DRX，可以最大限度地達到節能效果。原則上，sidelink DRX配置盡可能復用Uu接口DRX中設計的各種定時器。對于接收端終端，在激活時段內，其需要執行sidelink控制信息（sidelink control information, SCI）的監聽用于進行數據的接收，其中，SCI的監聽包括第一階SCI（承載在PSCCH中）和第二階SCI（承載在PSSCH中）的監聽。相反地，在非激活時段內，接收端終端不需要進行數據接收，因此可以略過SCI的監聽。需要說明的是，在非激活時段內，接收端終端不需要進行數據的接收，該終端仍然可以進行數據的發送。該終端有待發送的數據時，可以基于偵聽獲取傳輸資源，偵聽行為可以發生在非激活時段內，偵聽過程包括第一階SCI的監聽與RSRP（reference signal receiving power）測量。

圖1 PBPS偵聽窗

由于sidelink通信中單播與多播廣播的機制間存在比較大的區別，主要是在單播通信中支持終端與終端間的PC5-RRC連接，而多播廣播中沒有引入PC5-RRC連接。因此單播通信sidelink DRX的配置原則與多播、廣播存在較大差異。

具體地在單播通信中，sidelink DRX的配置可以維護在一對源地址與目標地址之間，同時對不同的通信方向，sidelink DRX的配置也是不同的。在單播通信中，sidelink DRX的配置方式是由發送端主導的?？梢岳斫鉃閟idelink DRX的配置信息是由發送端終端或者發送端終端所連接的基站生成的。

另外，在單播通信中，為了能夠更加靈活地使用sidelink DRX機制，引入了DRX控制媒體訪問控制層控制單元（multiple access channel control element，MAC CE）。當接收端接收到發送端發送的DRX控制MAC CE時，可以暫時停止所配置的DRX定時器來保證數據的正確接收以及更好支持終端節能。

另一方面，對于sidelink多播與廣播通信，在缺失PC5-RRC的情況下，發送端和接收端需要使用通用的sidelink DRX配置，避免終端之間的配置沖突導致無法成功進行數據包接收。目前規定對于多播與廣播業務，sidelink DRX配置的部分參數以QoS簡檔（QoS profile）為粒度，部分參數以層二地址為粒度進行配置。另外網絡側或預配置會下發Tx profile（transmission profile）與層二地址的映射關系，只有當接收端對應業務所有的層二地址（Layer 2 ID）均支持sidelink DRX時，接收端終端才會開啟sidelink DRX功能。

1.1.3 Inter-UE Coordination

在基于資源選擇第二模式（Mode 2）的傳輸方式中，終端在資源池中根據偵聽結果選取傳輸資源，這種資源選取方式在一定程度上避免了終端之間的干擾，但是還存在以下問題。

● 隱藏節點（hidden node）：隱藏節點示意圖如圖2所示，UE（user equipment）-A根據偵聽選取資源，并利用該資源向UE-1發送側行數據，由于UE-B和UE-A相距較遠，互相偵聽不到對方的傳輸，因此，UE-A和UE-B可能選取相同或重疊的傳輸資源，這種情況下在UE-1側UE-B發送的數據會對UE-A發送的數據造成干擾，這就是隱藏節點問題。

圖2 隱藏節點示意圖

● 半雙工（half-duplex）問題：當終端通過偵聽選取傳輸資源時，發送終端和目標接收終端可能選擇位于同一時隙內的資源，由于目標接收終端會在該時隙上發送數據，而無法接收發送終端發送的數據。

● 暴露終端問題：暴露終端示意圖如圖3所示，發送UE-A和發送UE-B均可以監聽到對方，但UE-A遠離UE-B的目標接收終端UE-2，UE-B也遠離UE-A的目標接收終端UE-1，這種情況下發送UE-A和發送UE-B即使使用相同的時頻資源也不會影響各自目標接收終端的接收，但雙方地理位置接近，偵聽過程中檢測對方的信號接收功率可能會很高，從而雙方會選擇正交的時頻資源，最終可能導致資源利用效率的下降。

圖3 暴露終端示意圖

● 功耗問題：在資源選擇第二模式的偵聽過程中，需要終端持續地進行資源偵聽以判斷哪些資源是可用的，而終端持續進行資源偵聽需要消耗很大的能量，這對車載終端不是問題，因為車載終端有供電設備，但對手持終端則是無法承受的。

為了解決上述問題，在Rel-17中除了引入部分偵聽外，還進一步引入了基于UE間協調的資源選擇第二模式，這一模式的基本思想是UE-B在進行第二模式的資源選擇時，需要考慮UE-A提供的協調信息，根據協調信息內容的不同，這一模式包括兩種不同的方案。

● 方案1：UE-A發送給UE-B的協調信息為一個資源集合，資源集合中包含適合或不適合UE-B使用的資源。

● 方案2：UE-A發送給UE-B的協調信息為UE-B通過SCI預留的資源上可能發送沖突的指示信息。

對于方案1，UE間協調信息的發送可以通過兩種方式觸發，一種方式為UE-B發送給UE-A的觸發信令，UE-A接收到觸發信令后生成協調信息并發送給UE-B。另一種方式為UE-A滿足了特定觸發條件，這種情況下UE-A會直接將生成的協調信息發送給UE-B而無須UE-B事先觸發。由于方案1中協調信息包含的是一個資源集合，指示該資源集合所需的比特數可能遠遠超過SCI的容量（其中第二階SCI的最大容量為140 bit），因此，方案1中協調信息通過MAC CE承載。

1.2 sidelink中繼

在Rel-17中，sidelink中繼課題是為了實現單跳的層二和層三終端到網絡中繼的場景。其中，中繼終端（U2N relay UE）的發現，中繼終端的選擇/重選以及遠端終端（U2N remote UE）和中繼終端授權的過程通用于基于層二和層三的終端到網絡中繼技術。針對層三中繼，還需要解決服務連續性和路由的問題。針對層二中繼，還需要解決控制面流程、服務連續性以及適配層設計等問題。值得注意的是，針對發現過程，需要同時考慮中繼與非中繼場景[6]。與傳統sidelink不同的是，針對層二中繼與層三中繼，協議棧的設計稍有區別，具體用戶面協議棧可以參考圖4和圖5，主要區別是對層二中繼，通過在RLC（radio link control）層上添加適配層執行路由與承載映射的功能；對于層三中繼，路由與承載映射的功能都是通過IP層實現的，如圖5中所示的多層嵌套的IP子頭是一種實現方式，具體原理可以參考[7-8]。

1.2.1 中繼發現過程

在終端到網絡的中繼場景中，遠端終端和中繼終端都可以發起中繼過程[9]。其中，遠端終端可以在RRC空閑態、RRC非活躍態或RRC連接態下發送發現消息。網絡可以為遠端終端配置Uu接口信號門限值，當遠端終端的Uu接口信號測量值低于該門限值時，可以視為當前Uu鏈路質量較差，需要通過中繼的方式接入網絡，此時遠端終端可以發送發現消息或者回復中繼終端發現消息對應的發現響應消息。對于中繼終端，其可以在RRC空閑態、RRC非活躍態或RRC連接態發送發現消息。但有所區別的是，網絡需要為中繼終端同時配置一個最大的Uu信號質量門限值與最小的Uu信號質量門限值。目的是當中繼終端的Uu信號質量超過最大門限值時，可以認為當前中繼終端及其附近的鏈路質量很好，沒有必要為其附近的遠端終端切換至中繼連接；另一方面，當中繼終端的Uu信號質量小于最小門限值時，可以認為當前中繼終端信號過差不適合執行中繼業務[10]。

圖4 層二終端到網絡中繼協議棧

圖5 層三終端到網絡中繼協議棧

1.2.2 中繼選擇（重選）

對于遠端終端，為了保證可靠的中繼連接，需要持續在PC5接口上進行信號質量的測量，執行中繼終端的重選，確保自身總是連接到最合適的中繼終端。當遠端終端所測得的中繼終端的PC5信號質量高于所配置的門限值時，可以認為該中繼終端是適合做中繼業務的。如果同時存在多個合適的中繼終端，那么可以依靠遠端終端自身的實現方法確定最終所選擇的中繼終端。另外，當中繼終端與遠端終端之間有sidelink業務傳輸時，可以通過sidelink業務傳輸對應的信號質量進行測量；反之，可以通過發現消息對應的信號質量進行測量。

當遠端終端進行中繼終端初選時，需要滿足兩個條件，首先，遠端終端的AS （access stratum）層需要獲得高層指示觸發中繼終端選擇，其次，遠端終端的Uu接口信號質量需要低于配置的信號質量門限值。

當遠端終端進行中繼終端重選時，需要滿足以下條件。

● 遠端終端與當前連接的中繼終端之間的PC5接口的信號質量需要低于配置的門限值。

● 遠端終端與當前中繼終端之間的PC5連接由于中繼終端Uu接口的無線鏈路失敗或者中繼終端的小區切換而斷開。

● 當遠端終端與當前中繼終端支架的PC5連接發生了無線鏈路失敗。

基于以上條件，可以在遠端終端觸發中繼終端重選。

1.2.3 控制面過程

與傳統的Uu接口直連不同的是，若遠端終端通過中繼終端連接到網絡，那么可以有兩種系統消息獲取的方式。首先，如果遠端終端處于覆蓋內，那么遠端終端可以直接通過Uu接口接收網絡廣播的系統消息?；蛘?，遠端終端可以通過PC5-RRC消息從中繼終端獲取轉發的系統消息。另外，如果遠端終端通過中繼連接的方式處于RRC連接態，那么也可以按需獲取系統廣播消息（on demand SIB acquisition）。另一方面，若遠端終端通過中繼連接的方式處于RRC空閑態或者RRC非活躍態，遠端終端可以將自身需要的系統廣播消息類型通過PC5-RRC消息報告給中繼終端，進一步地，中繼終端可以通過按需獲取系統廣播消息的方式獲得到遠端終端所需的系統廣播消息并最終通過PC5-RRC消息進行轉發。

另一個需要解決的問題是遠端終端如何進行尋呼。當遠端終端與中繼終端同時處于RRC空閑態或RRC非活躍態時。此時，中繼終端不僅需要監聽自身所配置的尋呼時機，還要向連接的遠端終端進行尋呼消息的傳遞。具體地，中繼終端有兩種方式傳遞尋呼消息，如果中繼終端的下行激活BWP（bandwidth part）被配置了公共搜索空間，那么中繼終端可以直接幫助遠端終端監聽對應的尋呼時機，為了幫助中繼終端更準確地監聽遠端終端的尋呼時機，遠端終端可以將自己的5G-S-TMSI/I-RNTI以及Uu DRX配置報告給中繼終端?；蛘弋斨欣^終端處于RRC連接態時，網絡側會將遠端終端的尋呼消息通過RRC專有信令下發給中繼終端，中繼終端進一步通過PC5-RRC消息將尋呼消息轉發給遠端終端，這種方式的前提是遠端終端提前將自己的5G-S-TMSI/I-RNTI報告給中繼終端，中繼終端進一步將遠端終端的身份標識向網絡側上報。另外，遠端終端建立單播連接的流程中比較重要的是遠端終端和中繼終端執行發現流程并通過NR V2X定義的單播連接建立流程完成PC5-RRC的建立。接著，遠端終端通過中繼終端向網絡側發送第一條RRC消息（RRCSetupRequest）。如果此時中繼終端未處于RRC連接態，那么其會觸發自身的RRC建立流程。之后，網絡側通過中繼終端向遠端終端回復RRCSetup消息并且該消息會通過一個預定義的PC5 RLC承載進行傳輸。隨后，網絡側與中繼終端執行Uu接口的中繼信道建立。最后遠端終端通過PC5接口定義的SRB1將RRCSetupComplete消息向網絡側傳遞，當該消息通過中繼終端之后，中繼終端通過Uu接口定義的SRB1進一步將該消息向網絡側傳遞。在所述所有步驟完成之后，遠端終端便成功與網絡側建立了RRC。

1.2.4 服務連續性

對于層二終端到網絡中繼，需要考慮遠端終端在中繼連接與Uu接口直連之間的路徑切換，在這種路徑切換的過程中，需要保證服務連續性。但在Rel-17中，不考慮遠端終端從中繼終端A向中繼終端B的切換過程，也不考慮基站之間的中繼連接與Uu接口直連的路徑切換。

對于從中繼連接鏈路向Uu接口直連鏈路的切換過程。其中，比較重要的是，遠端終端需要在傳統的測量報告中同時攜帶中繼鏈路和Uu鏈路的測量報告。另外，遠端終端會通過目標鏈路（目標小區的直連鏈路）并使用目標小區在RRCReconfiguration中提供的配置向網絡側反饋RRCReconfiguratonComplete消息。

對于從Uu接口直連鏈路向中繼連接鏈路的切換過程，其中，需要注意的是，在第一步中，遠端終端需要通過進行SD-RSRP或SL-RSRP找到滿足中繼連接條件的多個中繼終端，并將中繼終端上報給網絡側。遠端終端需要通過目標路徑（中繼連接到目標小區的路徑）提供的RRCReconfiguration配置向目標小區反饋RRCReconfigurationComplete消息。

2 sidelink Rel-18技術展望

2.1 sidelink增強

Rel-17 sidelink的研究主要在終端節能以及提升傳輸可靠性方面，更多的是考慮車聯網和公共安全的場景，隨著對sidelink技術應用在商業場景中的興趣越來越濃，迫切希望sidelink技術能夠提供更高的吞吐量以及應用在更加豐富的頻譜資源上，從而滿足一些商業場景中的需求，如視頻共享、AR/VR/XR等。因此，在Rel-18 sidelink中主要包括3方面的增強研究[11]：載波聚合，即通過聚合多個載波達到提供更高帶寬資源，從而提高峰值速率；sidelink在FR2頻段的應用，在FR2頻段上可以提供更多的頻譜資源，考慮FR2上的信道衰減，需要引入基于波束的側行發送和接收機制；sidelink在非授權頻譜上的應用，非授權頻譜也可以提供大帶寬，從而提高傳輸速率，如何在非授權頻譜上和其他通信系統共存是需要解決的問題。

2.1.1 載波聚合

在Rel-18的立項文檔中清楚地描述到，Rel-18的載波聚合機制的設計需要基于Rel-15 LTE V2X載波聚合的標準定義。具體地，要優先解決載波選擇、聚合載波的同步、終端能力受限、多載波同時傳輸的功率控制以及數據包復制等問題。所涉及的載波屬于FR1的授權頻譜以及ITS頻帶。為了減少工作量，在進行方案設計時，不需要專門為Rel-17 sidelink特性進行優化。但要保證后向兼容性，即當進行多播/廣播傳輸時，Rel-16/Rel-17的終端可以接收Rel-18發送的數據包并在HARQ反饋激活的情況能成功進行反饋。

在LTE V2X多載波系統中，高層會配置業務類型和載波集合的映射關系，在接入層，終端在直通鏈路終端信息中向網絡側上報對特定層二目標地址終端希望能夠使用的載波集合列表。當終端處于模式3，即基于網絡調度的資源分配模式時，網絡側與終端會根據載波集合與層二目標地址按照定義好的規則序列化目標序列，終端在直通鏈路緩存狀態報告（SL-BSR）中上報目標序列后，網絡側即可了解終端希望為某個層二目標地址對應的業務在某個載波上請求資源。當終端處于模式4，終端需要根據預配置或網絡側配置的優先級與信道繁忙率（channel busy ratio，CBR）域值列表，判斷基于當前業務的優先級對應的CBR能否使用該載波上的模式4資源池。具體地，當終端所測得的特定載波上的CBR值低于所配域值時，終端可以選擇該特定載波進行使用。另外，在一段時間過后，所選載波的CBR會發生變化，如CBR高于所配域值，導致該載波不適合繼續使用時，終端會觸發載波重選。另外，當終端特定邏輯信道的可靠性需求高于所配置門限值時，終端需要執行數據包復制，具體地，網絡側會為終端配置一對邏輯信道，分別為原始邏輯信道與復制邏輯信道，并為各個邏輯信道配置正交的載波集合。終端需要在原始邏輯信道和復制邏輯信道上分別進行載波選擇并將數據包進行復制，通過兩個邏輯信道分別發送。

對于NR sidelink，考慮一系列新的特性的引入，載波聚合機制可以在LTE V2X設計的基礎上進一步優化。首先，LTE V2X時期并未對接收端終端進行特定的優化，原因是一般來說終端的接收端能力會強于發送端，并且對于車聯網終端，沒有強烈的節電需求。因此，接收端終端可以持續在所配置的所有載波上進行接收。但在NR sidelink中，考慮到更多的應用場景，sidelink終端也不只是車聯網終端，因此接收端的節電方案需要在載波聚合機制中充分考慮。另外，比較特殊的是，NR sidelink中存在單播業務，單播場景中由于PC5-RRC連接的存在，發送端與接收端能夠對齊載波集合相關配置以保證通信的可靠性。并且當發送端終端進行載波重選時，如果接收端終端不在所有載波上持續接收，那么如何使接收端終端快速地同步發送端終端的載波重選信息是一個需要解決的問題。

2.1.2 sidelink免授權

直通鏈路隨著無線通信技術的不斷演進和發展，新的通信需求在不斷催生新的通信場景，如智能家居網絡和個人IoT （Internet of things）通信。各類設備或終端相互之間有很明確的通信需求，且很大一部分通信交互的數據僅在家庭內部或一定區域范圍內的設備間傳遞，并不需要通過蜂窩網絡傳輸到外網。sidelink工作在非授權頻譜，即SL-U （sidelink-unlisence），作為一種新型的無線通信協議，非常適合這種無線短距離通信的應用場景中。

SL-U的通信技術方案可以考慮3GPP R16 NR sidelink和NR-U兩個項目中的關鍵技術相結合的方案進行設計，并考慮sidelink工作在非授權共享頻譜的特點和需求，進行相應的技術方案增強。

（1）SL-U系統的幀結構

sidelink技術工作在非授權頻譜時，系統設計需要考慮相關區域的法規需求，如信道占用帶寬（occupied channel bandwidth，OCB）和功率譜密度（power spectral density，PSD）需求。如對5 GHz頻段范圍內的非授權頻譜，歐洲的法規需求包括最小信道占用帶寬以及最大功率譜密度的需求，對于OCB的需求，終端使用該信道進行數據傳輸時，所占用的信道帶寬不低于總信道帶寬的80%。對最大功率譜密度的需求，文獻[12]中的表 4.1.1.1-1給出了詳細規范。針對有OCB/PSD法規需求的區域，現有NR sidelink的物理層結構較難滿足需求，可以考慮基于梳齒資源塊（interlaced resource block，IRB）結構進行SL-U系統的幀結構設計，用于提升頻譜利用率，如圖6所示。針對無OCB/PSD法規需求的區域，現有NR sidelink系統的幀結構以及資源分配粒度的設計可以作為SL-U系統設計的基線。

（2）SL-U系統的物理層過程

● SL-U系統的信道接入過程

LBT偵聽機制：在非授權頻段工作的有多種無線通信技術（如Wi-Fi等），為了避免相互之間的沖突和干擾，發送前需要進行信道偵聽以及采取避讓措施，SL-U系統可以考慮LBT （listen-before-talk）過程進行信道偵聽。針對不同的場景和需求，可以采用不同的信道接入類型（如Type 1或Type 2信道接入）。

信道占用時間（channel occupancy time，COT）共享機制：當終端LBT成功并開始傳輸時，會同時啟動COT，在此期間，該終端可能僅需要占用連續時域資源中的一部分資源，此時該終端可以與其他終端共享COT，進一步提高系統的資源利用效率。

圖6 梳齒資源塊結構

● SL-U系統的同步過程

在SL-U系統中，由于采用了LBT的信道接入機制，會有接入不成功的情況，如果每組sidelink的同步資源時隙個數仍然維持與NR sidelink中一致，LBT失敗會導致每組可用S-SSB （sidelink synchronization signal）的資源數量減少，會進一步降低同步信號的檢測性能。因此，可以考慮增加SL-U系統中每一組同步資源的個數，保證同步過程的性能。

● 信道狀態信息CSI測量與上報過程、混合自動重傳過程、功率控制過程

SL-U系統對于CSI測量與上報、HARQ反饋及功率控制等過程的設計，可以考慮基于現有NR sidelink的設計作為基線。由于要考慮滿足相應的法規需求，PSFCH （physical sidelink feedback channel）的頻域結構也相應地考慮基于梳齒結構IRB的設計。為了應對LBT失敗所導致的PSFCH無法傳輸的問題，可以考慮兩種解決方案：一種方案是增加PSFCH傳輸資源，即一個PSSCH對應關聯多個PSFCH傳輸資源，從而提高PSFCH可傳輸的機會；另一種方案是采用短控制信令（short control signaling）的方式傳輸PSFCH，發送PSFCH的UE根據定義的短控制信令發送準則來發送PSFCH，以此提高PSFCH的可傳輸性。

（3）SL-U系統的資源分配方案

● Mode 1：在SL-U系統中，當終端和基站之間的上下行鏈路工作在非授權頻譜時，上下行傳輸過程會受到LBT行為的影響，將會明顯增加側行調度和側行反饋過程的復雜度。此外， SL-U典型應用場景中部署NR-U基站的可能性較小，而且通過工作在非授權頻譜的Uu接口控制工作在授權頻譜的直通鏈路也尚未支持，所以只考慮SL-U終端與基站之間的上下行鏈路工作在授權頻譜。當終端獲取網絡分配的側行傳輸資源，針對每個分配的側行傳輸資源，終端需要進行LBT，若LBT成功則可以利用該資源進行側行傳輸，否則不能使用該資源。

● Mode 2：現有NR sidelink中的Mode 2資源選擇方式中，終端通過偵聽獲取可用的側行傳輸資源，類似于Mode 1，終端在進行側行傳輸前需要進行LBT，根據LBT的結果判斷是否可以利用該資源進行側行傳輸。因此，在SL-U系統的Mode 2中，終端采用LBT+sensing的機制進行側行傳輸，其中，LBT用于避免與異系統傳輸的干擾，sensing用于避免同系統終端之間的干擾。

2.1.3 sidelink高頻

NR sidelink無論應用于車聯網場景還是商業場景，都對傳輸速率具有非常高的要求。由于在高頻段具有更大的可用帶寬，因此，將NR sidelink工作在高頻可以在一定程度上滿足高傳輸速率的需求。而在高頻段，無線信號傳播的損耗增大，通常采用波束成形的方式進行信號的發送和接收以提高信號的傳輸距離。由于NR Uu系統中已經標準化了波束管理機制，NR sidelink系統的波束管理機制可以以NR Uu系統的波束管理機制作為基礎進行研究?？紤]NR sidelink系統與NR Uu系統的不同，對NR sidelink系統的波束管理機制進行相應的增強。另外，在NR sidelink系統中，支持單播、多播和廣播傳輸方式，只在單播傳輸方式中引入了sidelink CSI-RS及CSI上報機制，并且只有在單播傳輸方式中支持終端之間進行PC5-RRC連接， NR sidelink系統的波束管理機制可以只考慮單播傳輸場景。對于多播或廣播傳輸方式，可以采用波束輪詢的方式進行側行數據的輪流發送，接收端可以采用全向天線進行接收。

NR sidelink系統的波束管理需要解決下面幾方面的問題。

（1）用于sidelink波束管理的參考信號

在NR Uu的下行波束管理中，可以采用同步信號塊（synchronization signal block，SSB）或CSI-RS進行波束選取，但是在sidelink系統中，側行SSB（S-SSB）的資源是所有終端共享的，即多個終端使用相同的資源發送SSB。并且，在S-SSB中只包括公共的標識（Identity，ID），不包括用戶的ID信息，因此，S-SSB不適用于sidelink系統的波束管理過程，sidelink的波束管理可以基于sidelink CSI-RS。但是現在NR sidelink系統的CSI-RS只支持發送端向接收端通過PC5-RRC信令配置一個CSI-RS圖案，為了支持波束選取過程，需要引入CSI-RS資源集合，每個CSI-RS資源集合中配置多個CSI-RS資源。

（2）確定發送波束的過程

由于sidelink的數據傳輸是在兩個終端之間進行的，因此，在波束管理過程中只需要確定從發送端到接收端的發送波束和接收波束即可。在確定發送波束的過程中，發送端使用不同的波束分別發送不同的CSI-RS資源，接收端用相同的接收波束進行接收，并且針對檢測到的CSI-RS進行測量，根據測量結果選取個優選的CSI-RS資源，將該個CSI-RS資源信息及其相應的測量結果反饋給發送端，從而使得發送端可以根據該測量結果選取最優的發送波束。發送端可以向接收端配置傳輸配置指示狀態（transmission configuration indicator state，TCI-state）集合，在TCI-state中包括參考信號信息，即該TCI-state相關聯的CSI-RS資源信息，并且指示QCL-TypeD類型。當發送端利用選取的發送波束進行數據發送時，向接收端指示TCI-state信息，接收端根據該TCI-state信息可以確定與其關聯的CSI-RS資源信息，進而確定接收該CSI-RS資源時所使用的接收波束，并利用該接收波束進行側行數據的接收。

為了支持上述發送波束的選取過程，需要對現有的NR sidelink系統進行相應的增強。

● 支持配置CSI-RS資源集合，該資源集合包括多個CSI-RS資源；從而使得發送端可以利用不同的波束發送不同的CSI-RS資源。

● 支持接收端向發送端上報CSI-RS資源以及測量結果，從而使得發送端可以從中選取優選的CSI-RS資源，確定該CSI-RS資源所對應的發送波束為優選的發送波束，該測量結果可以是sidelink RSRP。

● 支持發送端向接收端配置TCI-state集合，發送端可以通過指示不同的TCI-state實現發送波束的切換；

● 支持發送端向接收端指示TCI-state，從而發送端可以通過指示TCI-state隱式地指示所使用的發送波束，接收端可以根據TCI-state信息隱式地確定該TCI-state信息關聯的CSI-RS資源所對應的接收波束。

（3）確定接收波束的過程

在確定接收波束的過程中，發送端用相同的發送波束發送CSI-RS，接收端使用不同的接收波束分別接收并進行測量，進而選取最優的接收波束。在此過程中，接收端提前獲知發送端發送CSI-RS的資源，從而才能用相應的接收波束進行接收。而在NR sidelink系統中，當終端通過自主選取傳輸資源時，即使終端指示預留了傳輸資源，也可能因為重評估（re-evaluation）或搶占（pre-emption）等因素使終端發送資源重選，因此接收端很難準確獲知發送端的傳輸資源。為了更加有效地進行接收波束選取，可以在資源池中激活re-evaluation/pre-emption機制，使發送端預留的傳輸資源不會進行資源重選。

（4）發送端如何指示波束信息

在NR Uu系統中，基站通過在DCI中攜帶TCI-state信息，用于指示該DCI調度的PDSCH所使用的波束信息，由于DCI和PDSCH是在不同時刻傳輸的，因此，終端可以先檢測DCI，獲取TCI-state信息，進而確定PDSCH所用的波束信息。但是在NR sidelink系統中，SCI與其調度的PSSCH在同一時隙中傳輸，接收端在檢測SCI前需要將數據接收再進行檢測，因此，無法通過與PSSCH同時發送的SCI中攜帶發送波束指示信息，發送端只能提前指示后續的側行傳輸所使用的發送波束信息。

2.1.4 NR與LTE sidelink技術共存

目前，某些國家、地區可以用于V2X/sidelink技術的專屬頻率資源（如ITS頻譜）非常稀少，而NR sidelink的主要應用業務又需要較大的頻率資源用于傳輸高數據速率。因此，需要支持NR sidelink與LTE sidelink技術在頻域信道共存。NR sidelink與LTE sidelink共存技術在保證支持基本業務、高級業務正常運作的基礎上，提升了整個系統的性能，增加了頻譜的利用率，而且提升了sidelink技術在不同場景中部署的靈活度。潛在考慮的增強點包含以下內容。

● NR sidelink與LTE sidelink動態頻譜共享解決方案，在保證LTE sidelink技術不變的基礎上，對NR sidelink技術進行增強，確保二者之間的相互干擾達到最小，如資源池如何設計區分，不同子載波間隔和時隙長度如何共存等問題都需要進一步研究解決。

● NR sidelink與LTE sidelink間切換的方案，當終端設備無法同時支持NR sidelink和LTE sidelink技術時，如何在兩者之間平滑地無縫切換就成了一個需要解決的重要問題。此外，更高級業務包含時間觸發等不確定性，不同的切換觸發條件也需要進一步研究。

2.2 sidelink中繼增強

在Rel-18中，中繼項目可以看作對Rel-17中繼項目的進一步擴充優化。在Rel-17中繼項目啟動時的研究階段，同步研究了終端到終端的中繼場景與終端到網絡的中繼場景，只不過在后期標準化階段考慮工作量過大，因此優先完成終端到網絡的中繼場景。另外，對于服務連續性的考慮，Rel-17僅討論基站內的中繼連接與Uu接口直連之間的鏈路切換時的服務連續性，在Rel-18中，服務連續性的考慮場景會更加復雜。最后，在Rel-17中，對層二中繼，遠端終端同一時刻只能保持一條連接網絡側的活躍鏈路。但在Rel-18中，會進一步考慮遠端終端的多連接場景[13]。

2.2.1 終端到終端的中繼

對于終端到終端的中繼場景，同樣需要區分層二架構與層三架構。對于層二與層三架構所存在的的共性問題，如中繼的發現流程與中繼終端的選擇過程，需要優先被討論并定義清楚。但對于發現流程與中繼終端的選擇，為了盡可能地保證討論進度并減輕工作量，Rel-17中定義的機制也需要被盡可能地復用。另外，在Rel-17終端到網絡中繼的討論中，適配層需要同時存在于Uu接口協議棧與PC5協議棧。因此，在終端到終端的中繼場景中，能否直接復用Rel-17定義的PC5適配層設計是需要確定的問題。在終端到終端的中繼場景中，與傳統直通鏈路單播通信最大的區別是存在兩段PC5鏈路，因此在Rel-16 NR V2X中定義的PC5-RRC建立過程無法直接復用。那么控制面配置信令如何在源遠端終端、中繼終端與目標遠端終端之間交互完成需要在終端到終端的中繼場景中重新討論并定義。

2.2.2 服務連續性

在Rel-18的中繼立項文檔中描述到，Rel-18對于服務連續性的優化需要被限制在單跳的層二終端到網絡的中繼中，并聚焦于圖7所示的4個應用場景中，具體地，場景一需要支持基站間的Uu接口直連鏈路到中繼鏈路間的切換，反之場景二需要支持基站間的中繼鏈路到Uu接口直連鏈路的切換。場景三與場景四需要支持基站內與基站間的中繼鏈路A到中繼鏈路B的切換。

圖7 Rel-18服務連續性的適用場景增強

其中，場景一與場景二類似于傳統終端在基站間進行切換，會產生基站間額外的信令交互。對于場景三與場景四，為了進一步減小遠端終端在執行切換過程所造成的時延損耗，是否需要在中繼終端1與中繼終端2之間引入額外的信令交互流程也是可以被考慮的。另外，在Rel-17中，只考慮了基礎的切換過程，基于條件的切換（conditional handover, CHO）過程作為優化方案并未納入標準中。到Rel-18，針對以上場景，也可以考慮如何使用CHO進一步縮短切換時延。

2.2.3 多路徑傳輸

在Rel-18中，為中繼場景引入多路徑傳輸的目的是為了進一步提高通信的可靠性與吞吐量。具體地，終端可以通過一條直接路徑與一條間接路徑連接到同一個基站。間接路徑可以通過層二終端到網絡中繼實現，或者通過終端之間的理想連接實現。

對于多路徑傳輸的方案設計，需要從兩個方向進行考慮。首先，在Rel-17中，終端到網絡的中繼方案完全基于單鏈路架構。因此，需要考慮Rel-17中的方案細節是否能沿用多連接架構，包括發現過程、中繼終端選擇過程、授權與認證過程以及控制面信令交互過程等。

另外，需要考慮Uu接口針對多鏈接的設計思路是否能沿用終端到網絡中繼的多連接場景，包括切換過程、測量上報過程、主副小區的添加與釋放過程以及主副小區的類型轉化等。另外如果保留Uu接口的載波聚合功能，那么在終端到網絡中繼場景中，是否需要進一步優化也是需要額外考慮的。

2.3 sidelink定位

在3GPP Rel-17中，3GPP RAN對側行定位的用例及V2X和公共安全業務的定位需求進行了研究，對3GPP和其他相關組織確定的側行定位用例及需求進行了總結[14]。側行定位的相關用例主要包括V2X和公共安全。

V2X方面的定位要求取決于UE所執行的V2X業務類型，此外，根據不同的用例或定位服務級別，這些要求適用于相對和絕對定位。就水平或橫向/縱向精度而言，絕對位置或相對位置最高精度要求為0.1～0.5 m，置信度為95%～99%。根據不同的定位服務級別，垂直維度的定位精度要求為2～3 m（絕對）或0.2 m（相對），定位服務可用性為95%～99.9%，定位服務時延為10 ms～1 s。

研究中也明確了公共安全方面“第一響應者（1stResponder）”用例的定位要求，包括1 m水平精度、2 m（絕對）或0.3 m（相對）垂直精度，95%～98%定位服務可用性。

在V2X用例中，定位服務需要能夠支持室內、室外和隧道區域，需要支持高達250 km/h的UE速度。公共安全用例中，定位服務也需要能夠支持室內和室外區域。無論UE在網絡覆蓋范圍內還是在網絡覆蓋范圍外，基于全球導航衛星系統的定位不可用或不夠精確時，這些定位需要能夠滿足要求。

在Rel-18，3GPP將針對Rel-17中確定的用例和性能要求進行側行定位的研究工作，后續將會根據研究結果標準化相應的技術方案[15]。在前期的研究工作中，將重點評估側行定位潛在方案在相對定位和絕對定位方面的性能和可行性，包括：

● 考慮決定定位、測距/測向及相對定位；

● 研究側行測量和Uu接口測量相結合的定位方法；

● 研究側行定位參考信號，包括信號設計、物理層控制信令、資源分配、物理層測量量及相關的物理層過程等；

● 研究定位系統架構及信令過程，如配置、測量上報等。

3 sidelink長期技術展望

目前，sidelink依托于車聯網應用場景，得益于國家政策的大力扶持，正在為全面商用進行積極有效的快速部署。但考慮現階段車聯網技術仍然基于Rel-15 LTE V2X的標準開發，因此對于應用場景，通信性能與頻譜資源都存在一定的發展限制。另一方面，對于中繼網絡，由于設備成本、部署難度以及通信安全問題的存在，至今未被大規模商用。因此，在未來，將sidelink技術與其他新技術進行融合彌補自身的技術缺陷仍然是有必要的。

首先，區塊鏈作為現階段一個主流的技術方向，其本身就應用于去中心化的通信網絡。另外由于區塊鏈的賬本機制使網絡數據難以被肆意更改，有效地保證了區塊鏈網絡的安全性?？梢钥紤]將區塊鏈技術作為工具，應用于sidelink技術，提升sidelink網絡的安全性[16]。另外，智能超表面（intelligent reconfigured surface, IRS）是6G概念中一個多次被提及的主流方向，IRS是一種由大量超材料單元構成的無源陣列，能以很低的功耗和成本靈活調控無線環境的電磁波，從而大幅提高接收信號質量[17]?？梢杂^察到，IRS的應用原理與sidelink中繼的技術概念非常類似，二者均通過間接方式將數據信號轉發給目標終端，不過IRS作為無源設備，大規模部署更加靈活也更加低廉。因此，對sidelink中繼技術進一步改進使其可以應用于IRS。另一個可考慮的技術是網絡編碼，網絡編碼融合了路由和編碼兩種信息技術，其核心思想是對網絡數據傳輸過程各個節點的信息進行處理并傳輸給下游節點，中間節點扮演著編碼或信號處理的角色，最終節點對網絡數據進行演繹還原，以減少傳輸復制過程，從而提高傳輸效率[18]。通過網絡編碼可以有效提高無線資源使用效率。對于sidelink技術，本身就存在無線頻譜資源受限的問題，若能通過網絡編碼提高資源使用效率，可以進一步推進sidelink技術在其他領域的商用進度。

4 結束語

本文首先對Rel-17現階段sidelink增強課題與sidelink中繼課題的討論進展進行了充分的解釋，之后對Rel-18 sidelink各個課題中目前所確定的技術特征給出了可能的思考方向。另外，討論了目前sidelink技術中仍然存在的技術缺陷，并提出將sidelink技術與各種新技術進行融合考慮，為之后的長期演進提供可行的思路。

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Development and prospect of sidelink technology

ZHANG Boyuan1, HUANG Xueyan2, ZHAO Zhenshan3, ZHANG Shichang3, MA Teng3, LIU Liang2

1.OPPO Research Center, Xi’an 710021, China 2. China Mobile Research Center, Beijing 100053, China 3.OPPO Research Center, Beijing100125, China

Sidelink technology has been widely used in V2X scenarios. The potential technical consideration for Rel-18 feature set will be given out, including the traditional enhancement orientation for traditional sidelink technology, such as carrier aggregation and sidelink-unlisence. The scenario extension for sidelink relay, such as UE to UE relay and multi-connection in relay scenario, the application of sidelink technology in accurate positioning scenario. In addition, how to combine sidelink technical with other latest technology was discussed, such as reflective intelligent surface (RIS) and blockchain technology, to solve its own shortage.

sidelink, mesh network, relay, V2X

TP393

A

10.11959/j.issn.1000?0801.2022049

2022?02?10；

2022?03?15

張博源（1992? ），男，OPPO研究院標準研究部RAN2高級標準研究員，主要從事Rel-17 sidelink中繼標準化推動工作。

黃學艷（1987? ），女，中國移動通信有限公司研究院RAN2/3標準化代表，主要從事Rel-17 sidelink 中繼 RAN2/3研究和標準化推動工作。

趙振山（1978? ），男，博士，OPPO研究院標準研究部高級通信標準工程師，主要從事LTE/NR sidelink物理層技術研究和標準化推動工作。

張世昌（1983? ），男，OPPO研究院標準研究部高級通信標準工程師，主要從事LTE及NR sidelink的物理層技術研究工作。

馬騰（1988? ），男，OPPO研究院標準研究部高級通信標準工程師，主要從事LTE V2X、NR V2X & sidelink、NR MBS等物理層技術研究工作。

劉亮（1983? ），男，博士，中國移動通信有限公司研究院技術經理、主任研究員，主要研究方向為無線通信中的信號處理、移動通信系統無線網絡架構和協議、網絡智能化和自動化等。