51学通信

深度解析 3GPP TS 38.523-3：5.3 NR Sidelink (V2X车联网测试模型)

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深度解析 3GPP TS 38.523-3：5.3 NR Sidelink (V2X车联网测试模型)

本文技术原理深度参考了3GPP TS 38.523-3 V18.2.0 (2025-03) Release 18规范中，关于“5.3 NR Sidelink”的核心章节，旨在为读者全面解析5G V2X（Vehicle-to-Everything）车联网通信的核心测试模型，揭示终端设备直通（D2D）通信能力的验证之道。

前言：“智行一号”的“社交”能力大考

在成功验证了旗舰手机“Pioneer-5G”在NSA和SA模式下的核心通信能力后，测试工程师李工迎来了一个全新的、充满未来感的挑战。公司的产品线延伸到了汽车领域，他们将“Pioneer-5G”的核心通信模组集成到了名为“智行一号”的智能网联汽车上。这辆车不仅能通过蜂窝网络（Uu接口）与云端服务器通信，更具备一项革命性的能力——NR Sidelink，即车辆之间、车辆与路边单元（RSU）、车辆与行人（V2P）之间的直接通信（PC5接口）。

这项技术是实现V2X（Vehicle-to-Everything）车联网，达成L4/L5级自动驾驶的关键。通过Sidelink，“智行一号”可以在几毫秒内将自己的位置、速度、意图等信息广播给周围的车辆，也能实时接收来自其他车辆的“心跳”，实现“超视距感知”，避免潜在的碰撞。更重要的是，即使在没有蜂窝网络覆盖的隧道或偏远地区，车辆也能通过Sidelink自发组网，维持基本的安全通信。

李工的任务，就是对“智行一号”的这项“社交”能力进行严苛的认证测试。他需要验证：

  1. 在有网络覆盖时，“智行一号”能否听从网络（gNB）的统一调度，有序地进行V2X通信（Mode-1）？
  2. 在脱离网络覆盖时，它能否独立自主地感知资源、选择信道，并与其他车辆建立可靠的直接通信（Mode-2）？
  3. 无论是广播（Broadcast）、组播（Groupcast）还是单播（Unicast），其数据传输的每一环节，从高层协议到底层物理层，是否都精确符合3GPP的规范？

本篇文章，我们将跟随李工进入虚拟的智能交通测试场，深入TS 38.523-3的5.3章节，剖析NR Sidelink的L3和L2测试模型，揭示如何为自动驾驶汽车的“火眼金睛”和“顺风耳”进行最权威的质量认证。

1. Sidelink测试的新伙伴：NR-SS-UE与GNSS模拟器

与传统的蜂窝通信测试不同，Sidelink测试引入了两个全新的测试设备，它们是构建V2X测试场景的关键。

For testing NR sidelink, the system simulator (SS) can implement one or several simulated NR cells as specified in clause 5.1.1.1 and one or several simulated UEs, called hereafter NR-SS-UE. The NR-SS-UE is used to send/receive data with the UE under test over the PC5 interface. A GNSS Simulator is configured when GNSS synchronisation source or a geographical position is required in the test.

这段话为我们介绍了两位新伙伴：

  • NR-SS-UE (NR System Simulator UE)：由测试系统（SS）模拟出的一个或多个UE。它不再仅仅是作为网络侧的gNB，现在SS还能“分身”扮演一个或多个“陪练车辆”。李工可以完全控制这个“NR-SS-UE”的行为，让它向“智行一号”发送特定的V2X消息，或者接收并验证“智行一号”发出的消息。它是“智行一号”在虚拟世界中的主要社交对象。
  • GNSS Simulator：全球导航卫星系统模拟器。在V2X通信中，精确的时间和位置信息至关重要，尤其是在没有网络覆盖、无法从gNB获取统一时钟的场景下。GNSS模拟器为“智行一号”和所有“NR-SS-UE”提供了一个统一、高精度的时空基准，确保它们的通信能够在正确的时间点上同步。

L3测试的核心是验证“智行一号”在不同网络环境下，能否正确执行高层的信令交互和资源选择逻辑。规范为此定义了两大核心场景：网络覆盖下（In Coverage）和网络覆盖外（Out of Coverage）。

2.1 场景一：网络覆盖下的“统一调度” (Mode-1)

在这种场景下，gNB是整个区域V2X通信的“总指挥”。它会通过广播或专用信令，为车辆分配用于Sidelink通信的资源池。车辆需要“听指挥”，在指定的时频资源上进行通信。

  • 架构解读：这张图展示了一个典型的“In Coverage”模型。左侧的“NR V2X PTC”模拟了gNB，它通过Uu接口与“智行一号”（UE）连接。右侧的“NR Sidelink PTC”则控制着“NR-SS-UE”。gNB通过RRC信令为UE配置Sidelink资源。同时，UE和NR-SS-UE之间通过PC5接口直接通信。

  • 场景故事：十字路口的紧急制动告警 “智行一号”正在虚拟城市的十字路口等待绿灯。突然，一辆由“NR-SS-UE”模拟的、在其视线盲区的“先行者-02”号卡车紧急制动。

    1. gNB调度资源：李工控制gNB（NR V2X PTC）通过系统信息广播（SIB12）了一个用于传输安全告警的Sidelink资源池。
    2. “先行者-02”广播告警：“先行者-02”（NR-SS-UE）在gNB指定的资源上，通过PC5接口**广播（Broadcast）**了一条BSM（Basic Safety Message），其中包含了紧急制动事件。
    3. “智行一号”接收并处理：“智行一号”的Sidelink模块在监听该资源池，成功接收并解码了这条告警消息。虽然司机看不见卡车，但车载系统立即在屏幕上弹出“前方盲区车辆紧急制动”的告警，并预备辅助驾驶系统介入。
    4. 验证：李工通过测试系统的log，确认“智行一号”正确接收并上报了该BSM，测试通过。
  • 架构解读：与广播模型类似，但此模型专门用于测试一对一的单播（Unicast）通信。单播通信需要先通过一个发现和连接建立的过程。
  • 场景故事：请求变道协作 “智行一号”想向右侧车道的“先行者-02”请求一个变道空间。
    1. 连接建立：在gNB的“主持”下，“智行一号”与“先行者-02”通过PC5接口上的信令交互，建立了一个安全的单播链路。
    2. 发送单播请求：“智行一号”通过这条链路，单播了一条消息给“先行者-02”：“请求变道，请保持速度”。
    3. 接收并响应：“先行者-02”（NR-SS-UE）收到请求后，将消息上报给TTCN。李工的脚本验证消息内容正确，并可以控制“先行者-02”回复一条“同意”的消息。 这个测试验证了UE在网络调度下，建立和维持点对点Sidelink通信的能力。

2.2 场景二：脱离网络的“自力更生” (Mode-2)

这是Sidelink技术的“硬核”所在。当车辆驶入隧道、地下车库或偏远山区，失去gNB的信号后，必须能够自主地进行通信。

When UE is out of coverage of an NR cell, this is depicted in the NR sidelink test model of Figure 5.3.1-3 for PC5 broadcast and groupcast and Figure 5.3.1-4 for PC5 unicast.

  • 架构解读：“Figure 5.3.1-3”和“Figure 5.3.1-4”展示了“Out of Coverage”模型。最显著的变化是，图中左侧模拟gNB的“NR V2X PTC”消失了！测试环境中只剩下控制“NR-SS-UE”的Sidelink PTC，以及为所有设备提供时钟同步的GNSS模拟器。

  • 资源选择：在这种模式下，不再有gNB来分配资源。UE必须自己通过**Sensing（感知）**机制，监听信道上的能量，找到一个“相对空闲”的资源来发送自己的消息。这是Mode-2测试的核心和难点。

  • 场景故事：隧道内的车队协同 “智行一号”跟随“先行者-02”组成的车队驶入了一条长长的隧道，gNB信号完全中断。

    1. GNSS同步：所有车辆都通过GNSS信号保持了统一的时间基准。
    2. 自主感知与广播：“智行一号”需要广播自己的状态信息。它的MAC层首先在预配置的资源池中进行Sensing，发现了一个能量较低的子信道。它随机选择了一个资源块，并在上面广播了自己的BSM。
    3. “先行者-02”接收：作为“陪练”，李工控制的“先行者-02”也在监听信道，它成功接收到了“智行一号”的广播，并上报给TTCN。
    4. 验证：李工的脚本不仅要验证消息内容的正确性，还要通过SS的底层信息，确认“智行一号”选择的资源确实是在它Sensing过的、合法的资源池内。这证明了UE在无网络环境下的自主资源选择能力。

在验证了L3的“社交规则”后，李工需要对PC5接口上的数据传输本身进行“压力测试”。为此，规范引入了一种新的测试模式——Test Loop Mode E。

The UE is configured in normal mode or in Test Loop Mode E. … On the UE side on NR-PC5 interface, the NULL integrity algorithm and NULL ciphering is applied and header compression is not configured.

  • Test Loop Mode E：这是专门为Sidelink设计的环回模式。当UE处于此模式时，它会将从PC5接口上某个NR-SS-UE接收到的所有数据，经过L2协议栈处理后，再通过PC5接口环回给同一个NR-SS-UE。

与Uu接口的环回不同，这里的整个数据回路完全发生在PC5接口上，与蜂窝网络（Uu接口）完全解耦。

L2各子层的“透明化”测试

与我们之前熟悉的L2测试模型一样，为了隔离和精确控制，SS侧（即NR-SS-UE侧）的L2协议栈在测试不同子层时，也采用了“透明化”的设计。

  • SDAP测试 (5.3.2.1)：环回点在SDAP之上。NR-SS-UE侧的SDAP处于“特殊模式”，由TTCN负责构造带PQFI（PC5 QoS流ID）的SDAP头，验证UE能否在PC5接口上正确处理QoS流。

  • PDCP测试 (5.3.2.2)：环回点在PDCP之上。NR-SS-UE侧的PDCP处于“特殊模式”，由TTCN构造完整的PDCP PDU，验证UE的PDCP层在Sidelink通信中的序列号管理、安全等功能。

  • RLC测试 (5.3.2.3)：环回点在PDCP之上，NR-SS-UE侧的RLC处于“透明模式”，TTCN负责构造完整的RLC PDU，验证UE的RLC层在Sidelink通信中的分段、重组和（AM模式下的）可靠传输能力。

  • MAC测试 (5.3.2.4)：环回点在PDCP之上，NR-SS-UE侧的MAC和RLC都处于“透明模式”，TTCN负责构造最终的MAC PDU，验证UE的MAC层在Sidelink中的HARQ流程、逻辑信道复用等功能。

这些L2测试模型的设计理念与5.2.2章节中的模型高度一致，都是通过逐层“透明化”SS侧协议栈，将控制权上移至TTCN，从而实现对UE侧特定协议层的精准刺激和验证。

总结：为“智行一号”颁发“社交许可证”

通过对5.3章节Sidelink测试模型的系统性测试，李工全面检阅了“智行一号”的V2X通信能力。从L3层面的网络协同（Mode-1）与自主通信（Mode-2），到L2层面的数据处理细节，每一个环节都得到了严苛的验证。

TS 38.523-3为Sidelink这一复杂的D2D通信技术，提供了一套完整、严谨、可自动化的测试解决方案。它通过引入NR-SS-UE、GNSS模拟器和Test Loop Mode E等创新设计，成功地在实验室环境中复现了真实的V2X通信场景。

对于“智行一号”而言，通过这些测试，就相当于获得了一张由3GPP颁发的“社交许可证”。这证明了它在未来的智能交通网络中，将是一个可靠、守规矩的参与者，能够与其他车辆高效、安全地“交谈”，为自动驾驶的最终实现铺平了道路。

在接下来的文章中，我们将继续探索5G的更多前沿技术，例如在非授权频谱上运行的NR-U（共享频谱），看看3GPP又是如何为这些新技术制定测试规则的。

FAQ

Q1：NR Sidelink与传统的蜂窝网络通信（Uu接口）最根本的区别是什么？

A1：最根本的区别在于通信路径。传统蜂窝通信中，任意两个UE之间的数据交互都必须经过基站（gNB）和核心网的中转，路径是“UE → gNB → 核心网 → gNB → 另一个UE”。而NR Sidelink是一种直接通信技术，数据在UE之间直接通过PC5接口传输，路径是“UE → 另一个UE”，完全绕过了基站和核心网。这使得Sidelink具有更低的时延和更高的频谱效率，并且能够在没有网络覆盖的区域工作。

Q2：测试模型中的“NR-SS-UE”是什么角色？为什么Sidelink测试必须要有它？

A2：“NR-SS-UE”是由系统模拟器（SS）模拟的一个UE。在Sidelink测试中，被测设备（DUT，如“智行一号”）需要一个通信的对象。NR-SS-UE就扮演了这个“陪练”或“通信伙伴”的角色。测试工程师可以完全控制它的行为，让它发送特定的Sidelink消息给DUT，或者接收并验证来自DUT的消息。没有NR-SS-UE，就无法构成一个完整的PC5接口通信链路，Sidelink测试也就无从谈起。

Q3：Sidelink的Mode-1（网络调度）和Mode-2（UE自主）在测试中的核心差异点是什么？

A3：核心差异点在于资源分配的方式：

  • Mode-1测试：重点验证UE遵循网络调度的能力。测试系统（SS）会模拟gNB，通过RRC信令（如SIB或专用信令）为UE分配Sidelink的传输资源。测试需要确认UE是否在gNB指定的、正确的时频资源上进行收发。
  • Mode-2测试：重点验证UE自主选择资源的能力。测试环境中没有gNB，UE必须通过**Sensing（信道感知）**来监听资源池，并从中选择一个合适的、冲突概率较低的资源进行发送。测试需要验证UE的Sensing机制和资源选择算法是否符合规范。

Q4：什么是“Test Loop Mode E”？它和之前用于Uu接口测试的环回模式（如Mode A）有什么不同？

A4：“Test Loop Mode E”是专门为Sidelink（PC5接口）设计的测试环回模式。它和Mode A等用于Uu接口的模式最关键的不同在于环回的路径：

  • Mode A/B：数据从Uu接口接收，在协议栈的某个层次（如PDCP之上）环回，再从Uu接口发送出去。整个环路是网络 -> UE -> 网络。
  • Mode E：数据从PC5接口接收，在协议栈的某个层次环回，再从PC5接口发送出去。整个环路是NR-SS-UE -> UE -> NR-SS-UE。它完全独立于Uu接口和蜂窝网络。

Q5：GNSS模拟器在Sidelink测试，尤其是在“Out-of-Coverage”场景下，为什么是必不可少的？

A5：在没有网络覆盖（Out-of-Coverage）的场景下，所有车辆失去了来自gNB的统一时间同步源。为了能够成功进行通信（例如，准确地知道一个时隙的开始和结束），它们必须依赖一个共同的外部时间基准，而GNSS（如GPS, Galileo等）是最佳选择。GNSS模拟器在测试中提供了这个高精度的、统一的时间信号，确保被测的“智行一号”和所有模拟的“NR-SS-UE”都在同一个时间节拍上工作，这是进行任何有效通信和测试的前提。

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