NR sidelink(一) overview

 

Sidelink通信指的是D2D通信，即设备之间的直接通信，最早在LTE的时候就有提出sidelink，后来的版本又扩展到了车对车 (V2V) 用例的通信，即车辆之间的直接通信。NR R15版本不支持sidelink通信，之后，NR sidelink通信作为V2X的一部分引入了 NR R16。

而V2X项目的目标是确保NR能够为高级V2X service提供连接，重点关注的是Vehicle Platooning，Extended sensors，Advanced driving，remote driving。R16 NR sidelink引入的主要目的是针对vehicle-to-vehicle场景，但是也没有仅仅局限于车对车通信的范围，例如应用场景还包括vehicle-to-infrastructure通信。

下面开始是对 NR sidelink通信以及 NG-RAN 如何支持 NR sidelink通信和 V2X sidelink通信(LTE)的概述，内容包括sidelink的架构，3种传输模式，无线资源分配模式，相关系统消息，RRC/SDAP/PDCP/RLC/MAC及物理层相关的概括，S-SSB的结构，以及NR sidelink/V2X sidelink通信过程相关的几个ID的介绍。内容并不完整，有关NR sidelink的其他内容，有时间会慢慢整理出来。

 

架构

sidelink通信基于PC5接口设计，架构示图如下。 

 

当UE处于NG-RAN覆盖范围内(无论UE处于哪种 RRC 状态)或UE 处于 NG-RAN 覆盖范围之外时，都支持通过 PC5接口进行的sidelink传输和接收。

(1)NG-RAN覆盖范围内操作，在这种情况下，涉及sidelink通信的UE处于覆盖蜂窝网络的覆盖范围内。 然后网络根据UE的操作模式，在一定程度上控制sidelink通信。

(2)NG-RAN覆盖范围外操作，在这种情况下，sidelink通信中涉及的UE不在覆盖蜂窝网络的覆盖范围内或者是“部分覆盖”场景，其中只有一部分UE在覆盖网络的覆盖范围内参与D2D通信。

 在NG-RAN覆盖范围内，sidelink通信可以与覆盖的蜂窝网络共享载波频率。 sidelink通信可以在与载波频率不同的sidelink特定载波频率上蜂窝网络进行通信，如上图是FR1 V2X band。通常，网络覆盖下的UE将会预配置sidelink通信所需的一组参数，部分参数还会用于网络覆盖范围之外的sidelink通信，例如参数可以硬写到UE本身或存储在SIM卡上，这就是所谓的“pre-configuration”，这样可以区分来自网络覆盖下UE的传统配置。 

如前所述，sidelink通信包括车对车的场景，且LTE已经支持这种操作， 因此可能会出现在NR网络的覆盖控制下，使用基于LTE的sidelink通信； 同样，在某些情况下，也会出现在LTE网络覆盖下使用NR sidelink的场景，3GPP也支持上述场景。 但这里说的是NR sidelink 在NR网络的覆盖范围内运行或者在覆盖范围外运行的情况。

 

传输模式

 

通过PC5接口支持的V2X服务可由NR sidelink通信和LTE V2X sidelink通信提供。 NR sidelink通信也可用于支持V2X 服务以外的其他服务。设计上NR sidelink通信支持3种传输模式(以AS中Source Layer-2 ID和Destination Layer-2 ID来区分destination和source)：

(1)单播传输：支持对等UE之间的一个PC5-RRC 连接，在sidelink中对等UE之间可以进行控制信息和用户流量的传输和接收，同时也支持sidelink HARQ反馈以及sidelink发射功率控制；单播传输支持RLC AM；还可以检测 PC5-RRC 连接的RLF。在单播传输这种情况下，sidelink以特定接收UE为目标。

(2)组播传输:在sidelink中，属于一个group内的UE之间可以进行用户流量的传输和接收，也支持sidelink HARQ 反馈。在组播场景下，sidelink传输针对的是特定接收group。

(3)广播传输: sidelink中UE之间进行用户流量的传输和接收，在这种情况下，sidelink传输的目标是网络内的任何UE。

 

三种传输模式的的图示如下：

 

上图是PC5 接口相关的几个架构图，分别是PC5 RRC SCCH，PC5-S SCCH，SBCCH以及STCH 的control plane结构，其中PC5-S 对应的是TS 23.287中规定的PC5-S协议，而PC5-RRC的有关规定则在38.331。

sidelink RB(SLRB)也分为两组：分别是用于用户面数据的sidelink data RB (SL DRB) 和用于控制面数据的sidelink SRB(SL SRB)。PC5-RRC 和 PC5-S 信令会配置的属于不同SCCH的单独SL SRB进行传输。

 

无线资源分配模式

 

对于 NR sidelink通信，支持两种资源分配模式，分为mode 1和mode 2。在mode 1中，sidelink资源分配由网络提供。 在mode 2中，UE决定资源池中的SL传输资源。UE 可以在上述两种模式下进行sidelink资源的分配：

(1)预定的资源分配，其特点是：UE需要在RRC_CONNECTED才能传输数据且要由NG-RAN 调度传输资源。

(2)UE自主资源选择，其特征在于：UE 可以在 NG-RAN 覆盖范围内传输数据(无论 UE 处于哪种 RRC 状态)，当然也可以在 NG-RAN覆盖范围之外传输数据；UE 可以自主地从资源池中选择传输资源。

(3)对于NR sidelink通信，UE仅能在单个载波上进行sidelink传输，不支持CA和DC场景的传输。

 

sidelink相关系统消息

除了SIB2/3/4 等的Other SI，对于sidelink，Other SI 还包括：SIB12包含的是与NR sidelink通信相关的信息；SIB13 包含的是与 LTE SystemInformationBlockType21相关V2X sidelink通信信息；SIB14 包含与LTE SystemInformationBlockType26相关的V2X sidelink通信。

 

RRC

 

RRC子层在PC5 接口的功能主要是是在对等UE之间传输PC5-RRC消息，这样就要维护和释放两个 UE 之间的 PC5-RRC 连接，除此之外还要检测 PC5-RRC 连接的sidelink RLF。

 

PC5-RRC连接是两个UE之间针对一对Source和Destination Layer-2 IDs 的逻辑连接，是在相应的PC5单播链路建立之后才能建立的，这里PC5-RRC连接与PC5单播链路是一一对应的。 重要的是，对于不同的Source和Destination Layer-2 ID pair，UE可以与一个或多个UE建立多个PC5-RRC连接。

不同的PC5-RRC 过程和消息主要用于将UE能力和sidelink的配置传输到对等UE。 两个对等 UE 可以在两个sidelink方向上使用单独的双向过程来交换它们自己的 UE 能力和sidelink配置。

如果UE对sidelink传输不感兴趣或如果在PC5-RRC 连接上的发生了sidelink RLF，以及完成了Layer-2 link的释放过程，则 UE就要释放PC5-RRC连接。

 

Uu接口上RRC子层的sidelink特定服务和功能包括：通过系统信息或专用信令配置sidelink资源分配；进行UE sidelink infomation的上报；与sidelink相关的测量配置和报告；报告SL traffic patterns流量模式的UE assistance info。

 

SDAP

Uu口下的SDAP进行的是，Qos flow到DRB之间的映射，那PC5接口下的SDAP 子层要进行就是QoS flow和sidelink DRB之间的映射，另外，PC5接口不支持Reflective QoS。更具体地，对于单播，组播和广播的每个target UE都有一个SDAP 实体与之关联。

 

PDCP

sidelink场景支持的功能包含对用户平面或控制平面的data进行传输；维护PDCP SN；使用 ROHC 协议进行头压缩和解压缩；使用 EHC 协议进行头压缩和解压缩；加密和解密；完整性保护和完整性验证；基于discardtimer的SDU丢弃；split bearers进行路由；Duplication；Reordering 及按顺序向上层传输data；也支持乱序向上层传输data；对重复的data进行丢弃。但是有一些限制，例如只有单播传输支持乱序传输而且PC5接口不支持duplication。

 

RLC

 

sidelink支持Uu接口的RLC子层的所有服务和功能。 但是也分场景，例如SBCCH采用TM mode；单播传输可以使用UM和AM ；组播或广播传输对应只能用UM，这时候组播和广播只支持单向传输。

 

MAC

 

PC5下的MAC层 除了Uu接口的功能外，还可以进行以下功能：

(1)无线资源选择；

(2)数据包过滤；

(3)对应指定UE UL和sidelink传输之间的优先级处理；

(4)Sidelink CSI reporting。

 

在MAC进行LCP 限制过程时，对于与目的地相关联的每个单播、组播和广播传输，只有属于同一目的地的sidelink逻辑信道才能复用到MAC PDU中。 NG-RAN还可以控制sidelink逻辑信道是否可以利用分配给configured sidelink grant Type1的资源。 对于使用SL DRX操作向 RX UE的传输，LCP要确保TX UE在RX UE 的active time内传输数据。

对数据包的过滤具体是通过在SL-SCH MAC header增加Source Layer-2 ID和Destination Layer-2 ID field，通过Layer-2 对进行过滤，而Source Layer-2 ID代表的就是数据发送方，Destination Layer-2 ID代表的就是数据接收方，有关这两个Layer-2 ID的具体内容，在后面单篇介绍单播，组播和广播时再看。 MAC sub header中包含的 LCID可以唯一地标识Source Layer-2 ID和Destination Layer-2 ID组合范围内的逻辑信道，SL-SCH 的LCID value代表的含义如上。

 

sidelink transport channel

 

sidelink传输信道类型只有两种SL-BCH和SL-SCH。其中Sidelink广播信道(SL-BCH)采用的是一种预定义的传输format。

Sidelink共享信道（SL-SCH）支持单播传输、组播传输和广播传输；支持 UE 自主资源选择和 NG-RAN 调度资源分配；

当UE由NG-RAN分配资源时，支持动态和半静态资源分配；支持HARQ；可以通过改变发射功率、调制和编码来支持动态链路适配；也支持SL DRX。

 

物理层模型

sidelink的SL-BCH和SL-SCH对应的物理层过程和常规的BCH以及DL/UL-SCH物理层处理过程是一样的，根据higher layer配置进行的，对高层数据进行传递；进行CRC和transport-block-error indicatoion；FEC和速率匹配；进行数据调制；映射到物理资源；多天线处理及支持L1 控制和HARQ相关信令等等。Sidelink Shared Channel传输的物理层模型如下图中的蓝色部分。

 

 

Sidelink Broadcast Channel 传输的物理层模型采用的是一种固定的预定义传输格式。当UE在SL-BCH 上传输时，那在每个时隙都会有一个TB。SL-BCH物理层处理过程如下图，包括传递物理层的high layer数据；进行CRC处理和transport-block-error indication ；FEC 和速率匹配；数据调制；映射到物理资源及多天线处理。

 

 

上面两个表对应的是UE在sidelink中可以同时发送的物理信道可能的组合情况。 table 6.3-1对应的是几种传输类型，例如type A 对应的是PSBCH和SL-BCH，type B对应PSSCH 和SL-SCH..... table 6.3-2对应的就是支持的传输类型的组合，例如type B和C可以同时传输等等。

 

与传输对应的就是接收type，如上图所示。

而sidelink中使用的逻辑通道信息如下：

 

(1)Sidelink Control Channel(SCCH)：用于从一个 UE 向其他 UE 传输控制信息（即 PC5-RRC 和 PC5-S 消息）和 NR sidelink discovery 消息的sidelink信道，而传输信道SCCH是要映射到SL-SCH；

(2)sidelink业务信道(STCH)：用于将用户信息从一个UE传输到其他UE的sidelink信道，传输信道STCH映射到SL-SCH；

(3)sidelink广播控制信道(SBCCH)：用于从一个UE向其他UE广播sidelink系统信息的sidelink信道，传输信道SBCCH要映射到SL-BCH。

 

sidelink shared channel(SL-SCH) 会映射到 physical sidelink shared channel(PSSCH)。 换句话说，PSSCH 传输的是UE之间实际的sidelink数据，主要是传输数据对应的TB以及用于HARQ 过程和 CSI 反馈触发等的控制信息，一个时隙内至少有 6 个 OFDM符号用于PSSCH传输。PSSCH会与其DMRS一同进行传输，某些场景还可能和PTRS一起进行传输。 因此，它的作用与用于DL通信的PDSCH 类似。 然而，与PDSCH不同的是，PSSCH还承载了一些L1/L2控制信令，NR sidelink将其称为2nd-state SCI(在38.212规范中，2nd-state SCI包含SCI format 2-A/2-B/2-C)。

physical sidelink control channel(PSCCH)指示UE用于PSSCH的资源和其他传输参数，PSCCH会与其DMRS一同进行传输 。PSCCH会携带sidelink control information(SCI)，更具体地说是1st-stage SCI 即SCI format 1-A。 1st-stage SCI 包括接收UE正确解调/检测PSSCH所需的信息。 因此，PSCCH和PDCCH的作用比较相似，而PDCCH承载接收UE正确解调/检测PDSCH所需的控制信息 (DCI)。 1st-stage SCI还包括与资源预留相关的信息。

和常规场景一样，接收UE在收到发送UE的数据后，需要反馈HARQ，这时HARQ信息就需要同physical sidelink feedback channel(PSFCH)进行传输，因而PSFCH 承载的是从接收UE到发送UE的sidelink HARQ 反馈；当PSFCH用于承载DL数据传输相关的UL HARQ 反馈时，PSFCH的用途与 PUCCH 类似。PSFCH序列会在一个PRB中传输，具体地是在一个时隙中靠近sidelink资源末尾的两个OFDM符号上重复传输，具体后面讲PSFCH序列及映射时再说。

如之前所述，sidelink 控制信息 (SCI) 分为两部分，即1st-stage SCI 和2nd-stage SCI。 除了PSSCH的解调和检测所需的信息外，1st-stage SCI还包括与资源预留相关的信息，这些信息与多个UE相关，原则上与所在资源分配mode 2下运行的UE相关。因此，即使sidelink数据传输是单播的，1st-stage SCI 也必须以已知格式进行广播。

 

相比之下，2nd-stage SCI仅包含与实际sidelink数据传输所针对的UE或UE group相关的信息。 这包括例如目的地ID，即sidelink数据传输所针对的UE或UEgroup的标识，以及与HARQ相关的信息。 此外，2nd-stage SCI的格式可以是可变的，因为它在1st-stage SCI中会有对应的2nd-stage SCI format field指示。 因此，可以对2nd-stage SCI 进行波束成形，并且可以调整其格式以匹配传输data的实际信道条件。

 

sidelink 同步信号

 

Sidelink同步信号由sidelink primary和sidelink secondary同步信号(S-PSS，S-SSS)组成，每个同步信号时域占用2个符号，频域对应127个子载波。 PSBCH在正常CP和扩展 CP情况下分别占用 9 个和 7 个符号，也包括相关的DMRS在内。

在覆盖网络的小区覆盖范围内，应该直接从小区获取其同步。 为了使网络直接覆盖之外的设备也能同步，UE可以从另一个UE通过间接的方式和小区的获得同步。 

如上图，在覆盖区域内的UE，根据SSB，即传统的方式获得DL 同步，处于非覆盖区域的UE，通过在覆盖区内的UE，间接获得网络的DL 同步。为了使UE能够通过另一个UE间接地获得同步，UE可以通过配置传输 sidelink S-SS/PBSCH block(S-SSB)。 S-SSB的基本结构与小区的SSB类似，它包括S-PSS和S-SSS以及 PSBCH(承载sidelink MIB)。但是时频域结构和SSB有所不同。

 

在时域上，S-SS/PSBCH block 分为对应13个OFDM符号(normal CP)和11个OFDM符号(extended CP)，符号从0开始计数，S-SSB的第一个OFDM符号对应的是某个slot中的第一个OFDM符号的位置。在频域S-SSB由132个连续的subcarriers组成，subcarriers计算范围对应0～131。时频域的具体分布如上面的表格所示。因而S-PSS和S-SSS都各自占用2个符号，在频域占用127个子载波，PSBCH在normal CP下占用9个符号，extended CP占用7个符号。S-PSS ，S-SSS和PSBCH及其DMRS的时频域分布示图如下，有关S-SSB的具体内容，下一篇再谈。

 

 sidelink物理层过程

 

Sidelink HARQ 反馈在PSFCH上进行传输，对应两个options。 其中一个option对应的是单播和组播配置，这里UE使用dedicated PSFCH资源进行ACK 或 NACK的发送。第二个option对应的是组播配置，这里的PSFCH对应的是多个发送UE共享的PSFCH资源，可以进行NACK或不发送任何PSFCH信号的反馈方式。

 

在sidelink资源分配mode 1中(sidelink资源分配由网络提供)，接收到PSFCH的UE可以通过PUCCH或PUSCH向gNB报告sidelink HARQ 反馈。

对于覆盖范围内的操作，可以根据来自 gNB 的路径损耗调整sidelink传输的功率谱密度。

对于单播，可以根据两个通信UE之间的路径损耗来调整某些sidelink传输的功率谱密度。

对于单播，支持根据CSI-RS进行CSI 测量并上报对应的CSI信息。 CSI report在sidelink MAC CE中携带，对应Sidelink CSI Reporting MAC CE，其LCID对应62，其中RI对应1bit，CQI对应4bits。

 

而sidelink PSSCH仅支持1～2 layers传输，PSSCH是否支持 2 layers传输，还需要rankTwoReception-r16以band为单位进行上报。

 

对于sidelink的测量，UE measurement quantities可以是PSBCH参考信号接收功率（PSBCH RSRP）；PSSCH参考信号接收功率（PSSCH-RSRP）；PSCH参考信号接收功率（PSCCH-RSRP）；Sidelink接收信号强度指示器（SL RSSI）；Sidelink信道占用率（SL CR）；Sidelink 信道繁忙率 (SL CBR)。

 

 

Traffic pattern

 

UE 可以向 NG-RAN 报告SL流量模式以便获得周期性流量

支持在RRC_CONNECTED 的NR sidelink通信过程中提供配置的grant assistance info的 UE 可以启动该过程，启动的场景包括在被配置为提供traffic pattern 信息时和在traffic pattern改变时，具体描述如下。

 

如果收到的otherConfig包含 sl-AssistanceConfigNR，则UE要向提供NR sidelink的configured grant assistance info。

 

这时候UE要设置 UEAssistanceInformation 消息的内容，作为 NR sidelink通信配置的grant辅助信息：

如果UE收到要为NR sidelink通信提供grant辅助信息的配置，则UE要在UEassistanceInformation中包含sl-UE-AssistanceInformationNR IE，何时以及如何为 NR sidelink通信触发已配置的grant辅助信息取决于UE实现。

timingOffset：该字段指示数据包到达sidelink逻辑信道的估计timing。 具体地，该值指示相对于SFN 0的 subframe 0的timing offset(以ms为单位)。

trafficPeriodicity:该字段指示sidelink 逻辑信道中估计的数据到达周期。 value ms20 代表20 ms，ms50代表50 ms，依此类推。

messageSize:为UE基于观察到的traffic pattern的最大TB size选择的value，对应 8bits，对应 value 0

～255，具体代表的size大小如下38.321中的index 对应的Buffer size。

 

 

NR sidelink/V2X sidelink 通信相关的ID

最后在sidelink场景下有几个ID值得注意下：

 

Source Layer-2 ID：用于标识NR sidelink通信中数据的发送方。 Source Layer-2 ID的长度为 24bits，在MAC层中分为两个bit string，one bit string是Source Layer-2 ID的LSB 部分(对应8 bits)，并转发到发送方的物理层。 这标识了sidelink控制信息中预期数据的来源，并用于在接收端的物理层过滤数据包；second bit string是Source Layer-2 ID的 MSB 部分(对应16  bits)，会在MAC  hearder中携带。 用于在接收端的MAC层进行数据包的过滤。

 

Destination Layer-2 ID：标识 NR sidelink路通信中数据的接收端。 对于 NR sidelink通信，Destination Layer-2 ID长 24 bits，在 MAC 层中分为两个bit string，one bit string是 Destination Layer-2 ID 的 LSB 部分(16 bits)，并转发到发送方的物理层。 这标识了sidelink控制信息中预期数据的目标，并用于在接收器的物理层过滤数据包；Second bit string是Destination Layer-2 ID的MSB 部分(8 bits)，在 MAC header中携带。 这用于在接收端的 MAC 层过滤数据包。

 

例如上图SL-SCH MAC subheader中， SRC field代表 16 bits 的Source Layer-2 ID,DST 代表8 bits的Destiantion Layer-2 ID；正好对应上面的“second bit string是Source Layer-2 ID的 MSB 部分(对应16  bits)，会在MAC  hearder中携带”和"Second bit string是Destination Layer-2 ID的MSB 部分(8 bits)，在 MAC header中携带"，主要用于根据SRC DST对MAC layer的包进行过滤。

 

如上SCI format 2-A/2-B/2-C中的Source ID 对应 Source Layer-2 ID的LSB 部分(对应8 bits)，标识了sidelink控制信息中预期数据的来源，并用于在接收端的物理层过滤数据包；Destination ID对应

Destination Layer-2 ID 的 LSB 部分(16 bits)，标识了sidelink控制信息中预期数据的目标，并用于在接收器的物理层过滤数据包。

 

每个UE都有一个或多个用于通过 PC5参考点进行V2X通信的layer-2 ID，包括source Layer-2 ID和Destiantion Layer-2 ID。

source/destination Layer-2包含在 PC5 参考点的layer-2 link上发送的layer-2 frames中，用于标识这些帧的layer-2 source和Destination。 source Layer-2 ID 始终由发起相应layer-2 frames的 UE 自主分配。

UE 对source/destination Layer-2 ID 的选择取决于该layer-2 link的 PC5 参考点上的 V2X 通信的通信模式，例如广播，单播以及组播， 不同的通信模式下，source Layer-2 ID可能不同。具体这些layer-2 ID UE如何配置和获知，后面在unicast，broadcast，groupcast过程再具体说。

 

PC5 link Identifier：在 PC5 unicast link的生命周期内是UE 中 PC5 unicast link的唯一标识。 PC5 link Identifier用于向上层指示 PC5 unicast link，在发生sidelink RLF和相关PC5-RRC connection release时，通过PC5 link Identifier向上层指示对应link信息。