深度解析 3GPP TR 21.917：8 Proximity/D2D/Sidelink and V2X (近距离通信与车联网)

本文技术原理深度参考了3GPP TR 21.917 V17.0.1 (2023-01) Release 17规范中，关于“8 Proximity/D2D/Sidelink related and V2X (邻近业务/D2D/Sidelink及V2X相关)”的核心章节。本章是5G“万物互联”愿景从广域走向近域的关键，旨在为读者全面揭示Rel-17如何通过一个多层次、端到端的Sidelink（直通链路）技术体系，实现设备间的直接通信，并赋能车联网等革命性应用。

1. 隧道内的“通信黑洞”：李队长的生死救援

“滨海智慧新区”的综合应急演练，进入了最惊险的环节。模拟的隧道火情，因结构损坏导致了小规模的坍塌，将一段数十米长的隧道变成了与世隔绝的“通信黑洞”。所有的公网信号，在这里都戛然而止。

消防指挥官李队长，带领他的“尖刀”突击队，正准备深入隧道进行搜救。他手中的，是一台军工级的5G多功能终端。但在踏入隧道口的那一刻，他知道，传统的通信方式即将失效。他面临着一系列生死攸关的通信难题：

• 团队失联：进入隧道后，他和队员们之间如何保持实时、清晰的语音通话和战术协同？没有了基站，手机就变成了“砖头”。

• 孤岛求援：搜救队携带的一台生命探测仪（本身是一个5G UE）在隧道深处发现了生命迹象，但它自身无法连接到网络。如何将这个“救命”的信息，从信号黑洞里传出去？

• 续航焦虑：救援行动可能会持续数小时，他手中的这台多功能终端，既是通话器，又是中继站，电池续航能力将受到严峻考验。

• 外部协同：隧道外，救护车、消防车、警车正从四面八方赶来。如何避免它们在混乱的交通中发生碰撞，并安全、高效地抵达指定位置？

这些难题，不再是简单的“信号好不好”的问题，而是考验5G网络在极端环境下、甚至在网络消失时的生存与协作能力。3GPP Rel-17的第8章，正是为应对这些极限挑战，而精心打造的“近距离通信”全套解决方案。现在，让我们跟随李队长的脚步，深入这个“通信黑洞”，见证Sidelink技术如何点亮希望。

2. 战略先行：REFEC，为5G中继定义“作战纲领” (8.1)

在行动开始前，指挥中心的林工（智慧新区总设计师）正在向观摩团解释本次救援通信方案的设计思路。他的第一份PPT，标题就是“REFEC”。

8.1 Enhanced Relays for Energy eFficiency and Extensive Coverage

REFEC introduces a number of requirements on 5G ProSe relaying.

…

The other topics covered n Stage 1 by REFEC and that have been taken into account into Stage 2 work to some extend are:

• Support of all kinds of data types

• Indicate QoS that can be provided

• Service continuity

• …

【深度解读】

REFEC，虽然名字里有“能效”，但它实际上是一个定义5G中继（Relay）业务需求的研究项目（SI）。它如同为即将投入战场的5G中继“特种兵”制定的“作战纲领”，回答了“我们需要一个什么样的中继？”这个问题。

林工解释道，REFEC的研究，为李队长的任务设定了明确的能力目标：

• 业务通用性 (Support of all kinds of data types)：李队长的终端作为中继时，不仅能传回生命探测仪的简单告警数据，还要能传输IP摄像头回传的实时视频流。

• QoS感知 (Indicate QoS that can be provided)：中继链路的质量是动态变化的。李队长的终端需要能够评估并告知被中继的设备，“我当前能为你提供的连接，大概是视频通话级别，还是只能发文字消息级别”，让业务应用可以智能适配。

• 服务连续性 (Service continuity)：当李队长在隧道中移动时，他作为中继的这个角色不能中断。即使他切换了服务基站，被他中继的设备也应该“无感”。

REFEC的研究，为后续所有Sidelink中继技术的标准化工作，指明了方向。

3. 核心架构：5G ProSe，近距离通信的“大脑” (8.2)

REFEC定义了“要做什么”，而“5G ProSe（邻近业务）”则定义了“系统架构要怎么设计”。这是由SA2工作组主导的核心架构工作，是整个Sidelink体系的“大脑”。

8.2 Proximity-based Services in 5GS

The 5G ProSe features are specified in TS 23.304 and consist of 5G ProSe Direct Discovery, 5G ProSe Direct Communication and 5G ProSe UE-to-Network Relay.

【深度解读】

TS 23.304是5G ProSe的“圣经”。它将邻近业务清晰地分为了三大核心功能，这三大功能，在李队长的救援行动中得到了完美的体现。

3.1 ProSe直接发现 (Direct Discovery)

场景：李队长和三名队员进入隧道，公网信号消失。他们如何知道彼此就在附近，并能建立起一个通信小组？

【深度解读】

直接发现，就是UE在没有网络的情况下，互相“打招呼”的机制。它分为两种模式：

• Model A (“宣告式”)：每个队员的终端周期性地广播一个“我是消防员01，我在这里”的信号。

• Model B (“请求式”)：李队长的终端广播一个“我是指挥官，请附近的医疗兵应答”的信号。

Rel-17对这个流程进行了增强，引入了5G DDNMF（直接发现名称管理功能） 这样一个网络侧实体，可以在有网络时，对发现流程进行更精细的管理和授权。

3.2 ProSe直接通信 (Direct Communication)

场景：发现彼此后，李队长需要向他的三名队员下达指令：“02、03从左翼搜索，04跟我走右翼！”

【深度解读】

这是Sidelink的核心价值所在。它利用PC5接口（UE到UE的接口，与之对应的是连接基站的Uu接口），在设备之间建立直接的数据链路。Rel-17支持三种通信模式：

• 广播 (Broadcast)：李队长可以向周边所有设备（不分敌我）广播一条紧急撤离通知。

• 组播 (Groupcast)：这是最常用的模式。李队长的“尖刀”突击队，形成一个加密的通信群组。他的每一句话，都会通过组播，只发送给他指定的队员。

• 单播 (Unicast)：李队长可以与02号队员建立一个一对一的、加密的私密通话，讨论一个敏感的战术决策。

Rel-17还为PC5接口引入了per-flow QoS模型，这意味着在直接通信时，也可以对不同业务流（如语音、视频、数据）进行优先级区分。

3.3 ProSe UE到网络中继 (UE-to-Network Relay)

场景：04号队员在隧道深处，通过生命探测仪发现了一名被困的幸存者。探测仪（一个独立的5G UE）自身没有信号，但它发现了04号队员的终端。

【深度解读】

这是Rel-17 Sidelink增强的“点睛之笔”。04号队员的终端，此刻化身为一个UE-to-Network Relay（U2N中继）。

• L3中继（IP层中继）：04号队员的终端，表现得像一个移动的路由器。生命探测仪将它的IP数据包发送给04号队员的终端，终端再通过自己与外界网络的Uu连接，将数据包转发出去。这个过程对生命探测仪来说是透明的。

• L2中继（数据链路层中继）：这是一种更高效的模式。04号队员的终端，表现得像一个二层交换机或网桥。它在MAC层面对数据帧进行转发，时延更低，效率更高。

通过U2N中继，被困在“通信黑洞”里的生命探测仪，成功地借用了04号队员的“数字翅膀”，将“发现生还者”的关键情报，实时传回了地面指挥中心。

4. 无线实现：NR Sidelink，让连接更省电、更可靠 (8.3)

ProSe架构定义了“大脑”如何思考，而“NR Sidelink”则规定了“四肢”如何执行。这是RAN工作组负责的无线层实现，它让Sidelink通信变得真正可用、好用。

4.1 NR Sidelink增强 (8.3.1): “节流”与“疏导”

李队长的终端电池电量正在下降，他必须尽可能地节省电能。同时，救援现场可能有多个小组在使用Sidelink通信，如何避免相互干扰？

The key functionalities of NR sidelink enhancement are detailed below.

Power Savings Resource Allocation

The SL UE in Mode 2 can support partial sensing-based resource allocation and random resource selection as power saving resource allocation methods.

SL DRX

Sidelink supports SL DRX for unicast, groupcast, and broadcast.

Inter-UE Coordination (IUC)

The SL UE can support inter-UE coordination (IUC) in Mode 2, whereby a UE-A sends information about resources to UE-B, which UE-B then uses for resource (re)selection.

【深度解读】

Rel-17为Sidelink引入了两大核心增强：

1. 省电机制 (Power Savings)：

   • 部分感知 (Partial Sensing)：在Mode 2（UE自主选择资源）模式下，终端不再需要时刻监听整个信道来寻找空闲资源，而是可以在一个更小的、预先定义的“感知窗口”内进行监听，大大减少了接收机的功耗。

   • Sidelink DRX (SL DRX)：这是最重要的省电机制。它将地面网络成熟的DRX（非连续接收）思想引入了Sidelink。李队长的团队可以协商一个DRX周期，例如，每100毫秒中，只有10毫秒是“唤醒”的，用于收发数据，其余90毫秒都可以“休眠”。这对于以语音为主、数据突发的救援场景，节能效果极其显著。

2. 干扰协调机制 (Inter-UE Coordination, IUC)：

   • 当多个UE都想在Sidelink信道上发送数据时，很容易发生“碰撞”（干扰）。IUC机制允许UE之间进行“礼貌的协商”。例如，李队长的终端可以向附近其他小组的终端发送一个“协调信息”，告知“接下来这几个时隙的资源我预定了，请你们避让”，从而实现了分布式的资源协调，提升了整个区域的Sidelink通信容量。

4.2 NR Sidelink中继 (8.3.2): 中继的无线协议细节

这一节是8.2.3中U2N中继在RAN侧的具体实现。它定义了发现、选择、连接、转发的全套无线流程。

In order to enable remote UE and relay UE to identify each other and to establish sidelink connection, the scheme of sidelink discovery is introduced…

…relay (re)selection mechanism is introduced, in order for remote UE to base on the sidelink link quality to select proper relay UE.

…an adaptation layer is introduced, between RLC … and PDCP… to support bearer mapping…

【深度解读】

• 发现与选择：生命探测仪（Remote UE）通过广播“发现”消息，寻找周边的中继UE。04号队员的终端（Relay UE）响应后，生命探测仪会根据PC5链路的信号质量（SL-RSRP），来选择04号队员的终端作为它的最佳中继。

• 适配层 (Adaptation Layer)：这是L2中继的关键。它如同一个“翻译官”，位于PC5链路的RLC层和端到端（E2E）的PDCP层之间。它的任务，是在数据包从PC5链路转发到Uu链路时，正确地进行承载映射（bearer mapping），确保来自生命探测仪的数据，能够被正确地放入04号队员终端的上行数据管道中。

5. 明星应用：V2X，为道路安全注入“感知” (8.4)

当隧道内的救援在紧张进行时，隧道外的世界同样面临挑战。大量救援车辆汇集，交通几近瘫痪，行人和非机动车在车流中穿行，险象环生。

5.1 为弱者发声：V2P与PC5 DRX (8.4.1)

8.4.1 Support of advanced V2X services - Phase 2

…it deals with V2X communication over NR PC5 reference point … with power efficiency for pedestrian UEs, i.e. UEs for Vulnerable Road Users (VRU).

…PC5 DRX operations are supported to enable pedestrian UE power saving.

【深度解读】

Rel-17的V2X Phase 2，将关注的重点，从“车与车（V2V）”、“车与路（V2I）”，扩展到了“车与人（V2P）”。“人”在这里被称为VRU（弱势道路使用者）。

最大的挑战是功耗。我们不能要求一个行人的手机像汽车一样，时刻不停地广播自己的位置信息。为此，Rel-17将Sidelink的DRX机制，正式引入了V2X。

• PC5 DRX：一个行人的手机App，可以以一个较长的周期（如每秒一次）短暂唤醒，广播一个“我是行人，我的位置是…”的V2X消息，然后迅速回到休眠。这在提供必要的安全预警的同时，将功耗降到了最低。一辆正在接近路口的救护车，就能提前“感知”到这个正在过马路的行人，并及时预警。

5.2 应用的升华：VAE，V2X的“应用商店” (8.4.2)

8.4.2 Enhanced application layer support for V2X services

This is an enhancement to the features specified for the application layer support for V2X applications… The enhancement features support advanced V2X services (e.g. Tele-Operated Driving, HD Maps)…

【深度解读】

与无人机的UAE类似，V2X也有一个应用使能层——VAE（V2X Application Enabler）。它同样基于SEAL，为V2X应用提供了更高级的服务：

• 高清地图动态更新 (HD map dynamic information)：指挥中心可以将隧道的临时交通管制信息，通过VAE平台，实时下发给所有正在赶来的救援车辆的导航系统。

• 远程驾驶 (Tele-Operated Driving)：允许后方的专家，远程接管隧道口的一台无人排爆机器人。

• 车辆编队 (Platooning)：多辆救护车可以组成一个紧密的自动驾驶编队，以最高效率通过拥堵路段。

6. 总结：Sidelink，开启5G“局域”新纪元

随着隧道内的幸存者被成功救出，隧道外的交通也在V2X系统的调度下恢复了秩序，这场综合演练画上了圆满的句号。李队长的任务，完美诠释了3GPP TR 21.917第8章的深刻内涵。

Sidelink技术体系，不再是一个简单的“D2D”功能，而是一个从需求、到架构、到无线、再到应用的、完整而强大的近距离通信平台。

• 它向下扎根：通过对RAN层的深度改造（省电、协调、中继），让无线连接本身变得更强壮、更持久。

• 它向上生长：通过ProSe架构和VAE/UAE等应用使能层，为开发者提供了一个丰富的“API生态”，催生了无数创新的可能。

• 它向外辐射：以U2N中继为支点，实现了广域覆盖与近域通信的无缝协同；以V2X为尖兵，正在深刻地改变着我们的出行方式。

对于李队长和他的战友们，Sidelink是黑暗中最可靠的“战术内网”。对于林工和他的智慧城市，Sidelink则是激活设备间“化学反应”、实现“群体智能”的催化剂。5G的宏大叙事，也因此增添了最精彩的“局域”篇章。

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FAQ

Q1：5G Sidelink和我们手机上的Wi-Fi Direct有什么本质区别？

A1：主要区别在于可管理性、服务质量（QoS）和频谱。Wi-Fi Direct运行在免授权频谱，易受干扰，且通常是一种点对点的、缺乏网络侧管理的连接。而5G Sidelink可以运行在授权频谱（更可靠），并且其整个生命周期（从发现、授权到资源分配）都可以受到5G网络的统一管理和调度。网络可以为Sidelink通信提供差异化的QoS保障（例如，语音优先于文件传输），并能协调多个Sidelink群组之间的资源使用，避免干扰。这是Wi-Fi Direct无法比拟的。

Q2：什么是UE-to-Network中继？它和我们家里的Wi-Fi中继器有什么不同？

A2：UE-to-Network中继是指一台UE（如手机）充当“移动中继站”，为另一台没有网络信号的UE提供接入网络的服务。它与Wi-Fi中继器的功能类似，都是为了扩展覆盖。但技术和场景不同。5G U2N中继是3GPP标准化的蜂窝技术，可以在广域移动网络中动态、按需地形成中继链路，尤其适用于应急救援、V2X等移动场景。而Wi-Fi中继器通常是固定部署，用于解决家庭或办公室内的固定覆盖问题。

Q3：什么是Sidelink DRX（SL DRX）？它为什么对Sidelink很重要？

A3：SL DRX是将蜂窝网络成熟的DRX（非连续接收）省电机制，应用到Sidelink（PC5接口）通信中。它允许一组正在进行直接通信的UE，可以协商一个共同的“睡眠-唤醒”周期，在没有数据传输时集体进入低功耗的“睡眠”状态。这对于电池供电的Sidelink设备（如手持终端、可穿戴设备、VRU行人手机）至关重要，是平衡**“永远在线”** 的通信需求与**“有限电池”** 的物理现实之间的关键技术。

Q4：V2X中的VRU是什么意思？为什么Rel-17特别关注它？

A4：VRU是**“Vulnerable Road User”** 的缩写，即“弱势道路使用者”，特指行人、骑行者等。Rel-17特别关注VRU，是因为V2X的终极目标是实现“零事故”的智慧交通，而保护VRU是其中最重要、也是最困难的一环。相比于车辆，VRU的通信设备（手机）功耗更敏感，行为模式更不可预测。Rel-17通过引入PC5 DRX等技术，解决了VRU终端的功耗难题，为实现“车对人（V2P）”的安全预警奠定了基础。

Q5：我是否可以随时用我的5G手机，为朋友的手机提供中继（Relay）服务？

A5：目前还不能。UE-to-Network中继是一项特殊的UE能力，需要手机芯片、软件和运营商网络的共同支持。首先，你的手机必须在硬件和软件上都实现了Rel-17定义的U2N中继功能。其次，运营商必须在网络策略上授权并开启这项服务（可能会作为一种付费增值业务）。未来，随着标准和生态的成熟，这项功能可能会像“个人热点”一样，成为高端5G终端的一个标配功能。