5G車聯(lián)網(wǎng)C-V2X概述

源源不斷 2020-03-12

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C-V2X到底是什么？

l 按照中國汽車工業(yè)協(xié)會對搭載V2X功能汽車的定義來看，它是搭載先進的車載傳感器、控制器、執(zhí)行器等裝置，并融合現(xiàn)代通信與網(wǎng)絡技術，實現(xiàn)車與X（人、車、路、后臺等）智能信息的交換共享，具備復雜的環(huán)境感知、智能決策、協(xié)同控制和執(zhí)行等功能，可實現(xiàn)安全、舒適、節(jié)能、高效行駛，并最終可替代人來操作的新一代汽車。

l 與自動駕駛技術中常用的攝像頭或激光雷達相比，V2X擁有更廣的使用范圍，它具有突破視覺死角和跨越遮擋物的信息獲取能力，同時可以和其他車輛及設施共享實時駕駛狀態(tài)信息，還可以通過研判算法產(chǎn)生預測信息。另外，V2X是唯一不受天氣狀況影響的車用傳感技術，無論雨、霧或強光照射都不會影響其正常工作。

l 此外，在傳統(tǒng)智能汽車信息交換共享和環(huán)境感知的功能之外，V2X還強調了“智能決策”、“協(xié)同控制和執(zhí)行”功能，以強大的后臺數(shù)據(jù)分析、決策、調度服務系統(tǒng)為基礎。而且要實現(xiàn)自動駕駛，車輛必須具備有感知系統(tǒng)，像人一樣能夠觀察周圍的環(huán)境，所以除了傳感器，V2X技術也屬于自動駕駛的一個感知手段。

C-V2X，應用場景

V2X的主要應用場景包括四大類：

l 信息服務。其中信息服務實際上是目前應用最廣泛也是比較成熟的一類。

l 交通安全。

l 交通效率。

l 自動駕駛或者無人駕駛。

V2X中的X代表不同的通信目標，至少包括：

l V2V（車間通訊， Vehicle to Vehicle ）。

l V2I（車輛與路側設施、基礎建設之間通訊，Vehicle-to-Infrastructure ）。

l V2N（車對網(wǎng)絡， Vehicle-to-Network ）。

l V2P（車對行人， Vehicle-to-Pedestrian ）。

l 對于電動車還有，V2L(電動車作為移動電源，Vehicle to Load)、V2H/B(電動車與住宅/商業(yè)樓電能互動，Vehicle to Home/Buildings)

車用無線通信技術

C-V2X是指基于3G/4G/5G等蜂窩網(wǎng)通信技術演進形成的車用無線通信技術。LTE-V2X是指基于LTE移動通信技術演進形成的車用無線通信技術，包括蜂窩通信（Uu）和直接通信（PC5）兩種工作模式。

l 蜂窩通信模式借助已有的LTE 蜂窩網(wǎng)絡，支持高帶寬、廣覆蓋、長距離的通信連接，滿足道路事故/施工提醒、信號燈提醒、車速引導、動態(tài)地圖等信息服務、交通效率類車聯(lián)網(wǎng)應用需求；

l 直接通信模式既可以在網(wǎng)絡覆蓋內(nèi)工作又可以在網(wǎng)絡覆蓋外工作，使用5.9GHz附近的專用頻譜進行終端設備之間的直接通信，實現(xiàn)車輛與周邊車輛、路側基礎設施、行人等節(jié)點的低時延、高可靠的通信。

C-V2X，需求

LTE-V2X是一種相對較新的技術（首次討論發(fā)生于2015年），是3GPP Rel-12設備到設備（D2D）功能的擴展，本身依賴于使用LTE上行鏈路傳輸和上行鏈路頻譜資源實現(xiàn)設備間的直接通信。V2V基礎安全功能最早出現(xiàn)在LTE Rel-14規(guī)范中。

LTE-V2X設計時就考慮了多種部署場景，因此提出了以下要求：

能夠在沒有eNB（基站）覆蓋的條件工作。Rel-14中的LTE-V2X基于的是PC5接口，允許用戶在沒有網(wǎng)絡覆蓋的條件下彼此間直接廣播消息。在蜂窩覆蓋下的操作可以利用同步網(wǎng)絡的所有好處，其中的中心協(xié)調、調度和管理是用一系列基站實現(xiàn)的。然而需要注意的是，存在這種裝置無法工作的許多情景，比如覆蓋率很差的農(nóng)村地區(qū)、高速公路以及會發(fā)生頻繁切換基站的快速移動用戶。LTE-V2X技術必須能夠在沒有基站覆蓋的區(qū)域實現(xiàn)可靠的工作；
在專用的免許可載波或有許可的頻譜條件下獨立工作；
增強D2D空中接口功能，以便支持低延時、高密度和高速度。

C-V2X， Sidelink傳輸模式滿足需求

為了滿足提高了的要求，Rel-14 LTE-V2X引入了新的Sidelink傳輸模式（傳輸模式3&4）。由于引入了低延時傳輸技術，因此這些模式有別于Rel-12 D2D模式（傳輸模式1&2），改進了對更高速度和新的分布式信道訪問機制的支持。

對安全關鍵應用來說最相關的也是最具挑戰(zhàn)性的C-V2X操作模式是Sidelink傳輸模式4，這個模式可以被看作是自組網(wǎng)模式。與IEEE802.11p技術的比較重點就放在這個模式上。

C-V2X， Sidelink傳輸模式

定義了兩種通信方式：集中式（LTE-V-Cell）和分布式（LTE-V-Direct）。

集中式也稱為蜂窩式，Uu口，需要基站作為控制中心，集中式定義車輛與路側通信單元以及基站設備的通信方式；Uu通訊就是車輛和平臺之間的通訊，目前很多車輛都已經(jīng)應用了，比如交通部要求營運車輛必須聯(lián)網(wǎng)將它的位置傳送到交通部的平臺，工信部要求所有新能源車輛也必須和工信部的平臺進行連接，也是傳一些位置和安全的信息。還有今年實施國六標準，環(huán)保部也要求所有國六商務車必須跟環(huán)保部的平臺進行連接。這樣來看，大部分車輛已經(jīng)應用了車聯(lián)網(wǎng)技術。

分布式也稱為直通式，PC5口，無需基站作為支撐，也稱為LTE-Direct（LTE-D）及LTED2D（Device-to-Device）?；赑C5的直連通訊技術，通過短距離通訊實現(xiàn)車輛的位置、速度和軌跡的傳輸，從而實現(xiàn)車與車之間，還有車與路邊設施之間的傳輸。PC5接口是在side link基礎上定義的接口，使用這種接口，UE之間可以直接進行通信傳輸。PC5接口可以在OOC（Out Of Coverage）和IC（In Coverage）下使用，但只有授權的UE才能使用PC5接口進行傳輸。

C-V2X 的基礎技術LTE的局限性

C-V2X 的基礎技術LTE 同樣存在一定局限性。

l 目前的蜂窩網(wǎng)絡無法提供足夠的數(shù)據(jù)帶寬以及滿足要求的低延遲，而D2D 僅能在緊急情況下運行、設備發(fā)現(xiàn)協(xié)議極慢，因此難以支持時間要求嚴格的應用場景;

l LTE采用增強型多媒體廣播多播(Evolved Multimedia Broadcast Multicast Service，eMBMS) 等技術進行單點到多點的接口管理，但主要支持靜態(tài)場景，對于大量車輛擁擠的情況可能無法提供所需的效能;

l LTE涉及移動網(wǎng)絡運營商之間的移交和應用服務供應商之間的合作，針對V2X 應用如何構建新的合作模式尚不明確；

l LTE或鄰近通信服務的安全機制并不適用于V2V通信，因為其僅提供安全信息的加密，但對信息真實性并無保障。

5G-V2X 技術突破LTE限制

與4G相比，5G將支持更加多樣化的場景，融合多種無線接入方式，并充分利用低頻和高頻等頻譜資源。同時，5G還將滿足網(wǎng)絡靈活部署和高效運營維護的需求，大幅提升頻譜效率、能源效率和成本效率，實現(xiàn)移動通信網(wǎng)絡的可持續(xù)發(fā)展。

C-V2X具備清晰的5G演進路徑，并支持前向及后向兼容。

具體來說，2018年，3GPP提出的Release-16 C-V2X擁有向基于5G新空口的C-V2X的強勁演進路徑，可通過補充型及全新功能增強Release-14，同時保持后向兼容。

與用于車輛間基礎安全通信的Release-14相比，基于5G新空口的C-V2X可提供高吞吐量、寬帶載波支持、超低時延和高可靠性，從而支持眾多面向自動駕駛的先進用例，如傳感器分享、意圖分享和3D高清地圖更新。

5G 能夠協(xié)助解決車輛感知、協(xié)同駕駛、遠程控制等問題，將是實現(xiàn)完全自動駕駛的關鍵通信技術。

但要使5G 技術能夠適應汽車用例的嚴格要求，還需要從頻譜管理機制、近鄰服務( Proximity －based Services，ProSe) 的直接發(fā)現(xiàn)程序和中繼功能、Uu 和PC5 接口選擇等方面進一步優(yōu)化和提升現(xiàn)有LTE 技術。

目前全球正在加緊制定5G 國際技術標準，中國已于2017 年展開5G 第二階段測試，最快將在2020 年正式實現(xiàn)5G 網(wǎng)絡的商用化。

由于LTE 網(wǎng)絡未來將平滑演進到5G 網(wǎng)絡，基于LTE 的C-V2X 技術能夠與未來5G 網(wǎng)絡進行復用，因此高通等公司正在加快研發(fā)基于5G 新空口的C-V2X 產(chǎn)品及功能。

C-V2X頻段， 5905- 5925MHz

2018年10月21日，在世界智能網(wǎng)聯(lián)汽車大會閉幕式上，工信部無線電管理局局長謝遠生說：“工信部已正式發(fā)布《車聯(lián)網(wǎng)（智能網(wǎng)聯(lián)汽車）直連通信使用5905- 5925MHz頻段的管理規(guī)定》，用于智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的核心無線電直聯(lián)通信，支持LTE－V2X技術在智能網(wǎng)汽車的應用和發(fā)展?！?/span>

這項規(guī)定，確定將5905-5925MHz頻段作為基于LTE-V2X技術的車聯(lián)網(wǎng)直連通信的工作頻段，與國際主流頻段保持一致，并為未來發(fā)展預留擴展的可行性。

此次規(guī)劃了20兆帶寬的頻率資源，能夠滿足智能汽車發(fā)展中長期的需求，即便再過15年甚至20年，頻率資源也足夠滿足車聯(lián)網(wǎng)的使用。