关于NR sidelink 学习

在蜂窝物联网技术中还有一个重要分支，叫做Device to Device Communication（物物通信技术），在协议里面的官方名称叫做Sidelink。虽然直面上翻译作为边缘连接，但是这种新兴的通信技术一点都不“边缘”，甚至会创造物联应用一个广阔的应用前景，颠覆以往传统的蜂窝网络通信架构甚至运营。关于这一技术我们在之前的文章有大致的介绍解读物联网（5）-物联网技术前生今世，而这里我们从整体技术框架的角度进一步说说这一技术。

Sidelink分为两种模式，一种叫做UE之间的sidelink dicovery（发现），另外一种叫做UE之间的sidelink communication（通信）。Sidelink使用了上行资源以及与蜂窝网络（LTE）类似的上行物理信道进行数据交互传输。但是也存在了区别，例如在传输策略方面，sidelink对于所有的sidelink物理信道限制了单一簇传输，另外在每一个sidelink的子帧传输后都插入一个符号的间隔（1 symbol gap）；在物理层处理方面，数据加扰（scrambling）不是用户专属（UE-specific），同时64QAM的调制方式也不支持。

Sidelink有四个特定物理信道以及一个三个物理信号。这个三个特定物理信道分别是：

Physical sidelink broadcast CHannel (PSBCH)：承载了来自UE的系统以及同步相关信息；

Physical Sidelink Discovery CHannel（PSDCH）：边缘通信发现信道，承载了UE的sidelink发现消息；

Physical Sidelink Control CHannel（PSCCH）：边缘通信物理控制信道，包含了sidelink的控制资源，该物理信道指示了PSSCH信道资源以及传输参数；

Physical sidelink shared CHannel （PSSCH）：边缘通信共享信道，承载了sidelink通信的数据；

Sidelink reference signals：边缘通信参考信号，该物理信号类似LTE里面的上行解调参考信号，辅助PSDCH/PSCCH/PSSCH信道进行解调。该参考信号在正常CP模式下在每个时隙的第4个符号进行传输，同时在扩展CP模式下在每个时隙的第3个符号进行传输。边缘通信解调参考信号的序列长度等同于分配资源的子载波个数。对于PSDCH/PSCCH，参考信号基于固定的基础序列，循环位置（cyclic shift）和交叠正价码（orthogonal cover code）产生。

Sidelink Synchronization Signals：边缘同步信号也分为两种，一种是主同步信号（PSSS），另外一种是辅同步信号（SSSS）。主辅同步信号结合共构成了336个同步ID，其中主同步信号有2个，辅同步信号有168个。

对于Sidelink物理层处理中，有两点值得关注，其一是Sidelink中也有功控，对于终端位于基站覆盖区域下的操作，eNB可以通过调整边缘传输中的功率谱密度进行功率控制；另外，边缘通信也存在信号测量的概念，UE可以分别针对PSCCH/PSSCH信道中的Sidelink参考信号接收功率（S-RSRP）以及PSDCH信道中的Sidelink发现参考信号接收功率（SD-RSRP）进行测量。

同时还有三个传输信道：

Sidelink broadcast channel (SL-BCH)：预先定义的传输格式

Sidelink discoverychannel (SL-DCH)：

-固定大小，预先定义的格式周期广播

-支持UE自动资源选择和eNB调度分配资源

-UE自动资源选择会产生碰撞风险；eNB分配专属资源不会出现碰撞

-支持HARQ结合，但不支持HARQ反馈

Sidelink shared channel (SL-SCH) ：

-支持广播传输

-支持UE自动资源选择和eNB调度分配资源

-UE自动资源选择会产生碰撞风险；eNB分配专属资源不会出现碰撞

-支持HARQ结合，但不支持HARQ反馈

-支持根据调整传输功率，MCS等进行链路动态自适应

Sidelink传输信道与物理信道的映射关系

Sidelink也包含两个逻辑信道，一个是归属于控制信道里的

Sidelink Broadcast Control Channel (SBCCH)：Sidelink广播信道，从UE向另外的UE(s)广播系统消息

另一个是归属于业务信道里的

Sidelink Traffic Channel (STCH)：Sidelink业务信道是单点对单点(/多点)的信道，主要将UE的用户数据传输到其他的UE(s)。这一信道只能被具备边缘通信功能的UE所使用

Sidelink逻辑信道与传输信道的映射关系

Sidelink层2架构

从Sidelink层2的架构来看，Sidelink通信（SL-SCH传输信道）的处理单元实体以及层2的处理流程与LTE的上行发送以及下行接收没有太明显的区别，而Sidelink发现的流程以及处理单元实体大大简化了，没有了相应的逻辑信道，从这一点可以看出，这是两个完全不一样的信息交互流程。

Sidelink技术可以被认为是LTE通信终端的附加功能，因此在UE的RRC_IDLE和RRC_CONNECTED状态都可以进行Sidelink通信传输和接收以及Sidelink发现的信息发布和侦听。同时在RRC系统消息中新增了SystemInformationBlockType18和SystemInformationBlockType19，分别包含了边缘通信以及边缘发现两个通信流程的系统消息。

一上来说了这么多技术细节，相信对于Sidelink技术还是缺乏一定的整体概念。接下来，我们对于Sidelink整体进行一下介绍。Sidelink技术是一种UE通过彼此之间的PC5接口进行信息直连的近场通信技术。这一技术不仅在E-UTRAN的覆盖服务范围内可以提供信息交互，在没有E-UTRAN覆盖的地方也可以进行信息交互。只有那些经过授权用来作为特殊通信（public safety operation）的UE可以采取Sidelink通信的方式。

通信系统中为了传输信息，首要的流程就是同步，不管是UE与基站间的上下行同步，又或者基站-基站间的同步，都是为了信息在准确的时刻进行传递，同时又避免了信号的碰撞。Sidelink也存在同步，这里的同步是UE与UE之间的。针对不在E-UTRAN覆盖范围之内的UE间的Sidelink通信，信源UE通过SBCCH广播以及同步信号使其他的UE(s)进行同步。SBCCH包含了关于被用以接收其他Sidelink信道以及信号的重要的系统消息。SBCCH和同步信号以固定40ms周期进行传输。而当UE处于网络覆盖服务状态时，SBCCH中的内容通过eNB的信令进行传递。否则UE使用预先配置的参数。

在接入层协议栈方面，Sidelink与LTE的协议栈基本一致。控制面与数据面独立划分，RLC层数据传输只有UM模式。控制面协议栈在单点对多点Sidelink通信中并不建立和保持逻辑连接，而只针对单点对单点Sidelink通信建立、保持和释放逻辑连接。

在Sidelink通信中，有两种对于无线资源分配的模式，一种是调度资源分配，该种模式需要UE处于RRC_CONNECTED状态下进行数据传输，UE向eNB申请传输资源，eNB为了传输Sidelink的控制信息和数据进行数据调度；还有一种是UE自发的进行传输资源选择，这种模式采取最大8个传输池的方式进行，传输池可以预先配置也可以通过公共安全特殊通信基站配置。

这两种无线资源分配模式跟UE所处基站的覆盖状态（Sidelink communication in coverage/out of coverage）息息相关，那么如何定义Sidelink communication in coverage和out of coverage这两种状态呢？

以上三图说明了UE在边缘通信中的覆盖状态，可以看出在基于基站调度的无线资源传输模式中，公共安全近场通信频率的优先级最高（Public Safety ProSeCarrier）。当然这里不意味着民用基站频率小区无法提供Sidelink通信，如果仅有民用通信频率小区可以提供Sidelink通信时，UE可以认为该频率优先级最高（non-Public Safety ProSecarrier）。UE处于“无覆盖”状态时只能采取自发式的资源选择，而处于“覆盖区”状态下应该首选基站资源调度分配模式，对于一些特殊情况（如UE检测到RLF、与基站失步、重建过程中等等），可以采取临时性的UE自发资源选择模式。公共安全近场通信频率小区可以选择在SIB18中提供传输资源池供UE自发进行资源选择，这时授权进行Sidelink通信的UE可以采取在该频率下的RRC_IDLE状态使用这些资源进行Sidelink通信，也可以选择在其他频率下的RRC_IDLE或者RRC_CONNECTED状态下使用这些资源进行Sidelink通信；另外公共安全近场通信频率小区也可以在SIB18中指明虽然小区支持Sidelink通信，但是并不提供传输资源，那么此时UE需要进入RRC_CONNECTED状态后以特定资源调度的方式进行Sidelink通信传输。这种情况下该小区还可以通过广播信令提供异常传输资源池供UE在一些特定异常情况（如UE检测到RLF、与基站失步、重建过程中等等）进行自发资源选择。

对于处于覆盖区域之外的UE，传输和接收资源池采取预先配置的方式。而对于处于覆盖范围内的UE，eNB配置的资源池采取信令的方式通知UE。

Sidelink通信一般用作经过授权的公共安全通信，它提供了一种点到点通信直连的新模式。Sidelink技术中还有一种模式叫做Sidelink发现。这是一种借助于E-UTRA射频信号通过PC5接口进行点对点近场发现的民用通信技术新模式。无论是否有EUTRAN基站覆盖，Sidelink发现都可以进行。只有具备近场通信能力公共安全UE（特通）可以在基站覆盖范围之外开展Sidelink发现，这种情况下使用的频率预先配置在UE中，该频率其实就是公共安全近场通信频率。

前面提到涉及Sidelink发现的功能实体大大简化了，而相应的Sidelink发现的协议栈也随之简化。

高层（接入层协议栈只包含MAC层和PHY层）负责处理发布(announcement)信息的授权以及侦听(monitering)发现消息，发现消息对于接入层（AS）协议栈是透明的，而且针对Sidelink发现不同模式（模式A/模式B）以及Sidelink发现不同类型（open/restricted）（23.303）接入层协议栈没有任何区别。不过，高层会通知Sidelink发现消息发布（sidelink discovery announcement）是否涉及公共安全发现或者是非公共安全发现，另外高层还明确了“发现信息发布/侦听”是否借助于近场UE-网络中继发现或者其他的公共安全发现类型。接入层的包含如下功能：

-与高层接口(ProSe Protocol)：MAC层通过高层接收发现消息。这里高层协议栈并不是IP层；

-调度：MAC层决定了无线射频资源用来发布从高层接收的Sidelink发现消息；

-产生Sidelink发现PDU：MAC层建立了承载Sidelink发现消息的MAC PDU并且将MAC PDU传递到物理层的制定资源中。MAC PDU之前不加任何MAC header。

与Sidelink通信模式中某些机制类似，UE可以在RRC_IDLE和RRC_CONNECTED状态下进行Sidelink发现信息交互，当然这取决于eNB配置。UE采取半双工的方式进行发现消息的发布和侦听。Sidelink发现中的信息发布以及侦听也需要同步，UE可以通过小区系统消息SIB19获取同步信号的资源信息，然后通过传输SBCCH和同步信号的方式作为同步信源。UE采取预设的开环功控机制，通过小区系统消息SIB19获取每一个Sidelink发现范围对应的最大发射功率。一共有三个范围类别，高层授权提供可用的范围类别。

如同Sidelink通信的资源分配模式一样，Sidelink发现也有两种资源分配的类型

对于采取何种方式配置这些资源，对于eNB也有这样的选择：

UE在RRC_IDLE和RRC_CONNECTED状态分别侦听eNB通过RRC信令配置的资源池。eNB在SIB19中下发了针对Sidelink发现侦听的同频、异频或者跨PLMN的异频资源池。RRC信令（SIB19或专属信令）可以包含关于Sidelink发现信息发布的同频、异频或者不同PLMN异频资源配置的一些具体内容。

总体来说对比Sidelink通信和Sidelink发现这两种模式，在技术使用场景上，Sidelink通信主要用于公共安全特殊通信，类似以前集群通信的概念，可以用在安防，安保方面，可以单点对单点通信，也可以单点对多点通信。Sidelink通信也可以采取中继的形式；而Sidelink发现既可以用在公共安全特殊通信，也可以用在一般的民用通信上，Sidelink发现不仅在协议栈以及逻辑实体方面比Sidelink通信都要简单。它没有专门的物理控制信道，因此数据传输按照eNB分配的资源或者预先配置的资源进行传输，适合小包的交互信息，例如路过咖啡馆侦听到发布的消息。Sidelink发现更偏向物联网直接的物物小包信息交互的概念。

传统的蜂窝通信系统为了突显基站的中心调度的重要性，同时避免终端之间的相关干扰，都需要终端与基站进行上下行同步，而物物直连Sidelink技术采取只有下行同步的方式，即A采取上行发射的方式发送的却是B的下行同步信道和信号。在物物直连技术中，基站以一种辅助调度资源的姿态出现，当然授权的终端之间也可以采取按预置时频资源的方式进行互联。

物物直连技术由来已久，例如蓝牙技术，Zigbee技术或者苹果的Airdrop技术。复用LTE蜂窝通信网络物理层架构的Sidelink技术带来一种从终端到基站的新模式，虽然说颠覆或者革命为时尚早，但是可预知的广泛应用前景不容小觑。这种技术并不过分强调物联网终端关键应用性能-低功耗，但是由于物与物之间直接的连接大大降低了通过基站调度中转带来的信息交互时延，因此车联网应用对此也报以极大的青睐。另外，这种物物“发现”的机制也是互联社交网络的有效延伸。在真正落地应用中也存在运营管控、频率使用等实际问题。至于未来如何，我们拭目以待。

最后

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