?一文讀懂蜂窩車聯(lián)網(wǎng)C-V2X

V2X 是什么

V2X，即 vehicle to everything，車聯(lián)萬(wàn)物。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是賦予車輛通信能力，通過(guò) V2V（車對(duì)車）、V2P（車對(duì)行人）、V2I（車對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施）、V2N（車對(duì)網(wǎng)絡(luò)），讓駕乘體驗(yàn)更加舒適，交通環(huán)境更加安全，使能未來(lái)的自動(dòng)駕駛。

來(lái)源: Rohde & Schwarz

相信很多開車人都有這樣的體會(huì)：行駛在一條道路，連續(xù)好幾個(gè)路口都遇到紅燈，一路走走停停，不僅浪費(fèi)時(shí)間，而且特別耗油。有時(shí)候，明明前方一輛車也沒(méi)有，卻還要傻等紅燈變綠。你一定會(huì)想，如果交通燈也有眼睛和大腦，那該多好啊！

其實(shí)，利用 V2I（車對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施）、V2N（車對(duì)網(wǎng)絡(luò)）技術(shù)，就可以掌控全局的交通流量，大幅縮減等待時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)“綠燈暢行”。

再舉一個(gè)例子，你平時(shí)在開車的時(shí)候，有沒(méi)有遇到過(guò)突然竄出的行人或者電瓶車，被他們嚇個(gè)半死？

這個(gè)時(shí)候，V2P（車對(duì)行人）技術(shù)就可以派上用場(chǎng)了。它能夠在非視距情況下，捕捉周圍環(huán)境的信息，讓我們擁有“上帝視角”，對(duì)潛在威脅進(jìn)行提前準(zhǔn)備。

來(lái)源: KEYSIGHT

實(shí)際上，我們應(yīng)該把 V2X 技術(shù)理解為高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）的一部分。V2X 和其它多種多樣的傳感器（如攝像頭，激光雷達(dá)等）相輔相成，共同輔助完成高級(jí)別的自動(dòng)駕駛。

從理論上來(lái)說(shuō)，單車（例如 Google 的自動(dòng)駕駛汽車）不計(jì)成本地堆砌傳感器，也能完成自動(dòng)駕駛。

但是，缺少了 V2X 的自動(dòng)駕駛汽車，就好像是一座信息孤島。它沒(méi)辦法有效地和周圍車輛或者基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行溝通交流，在感知和決策上存在極大的限制。

兩種方案（DSRC vs?C-V2X）對(duì)比

目前，國(guó)際上有兩套主流的 V2X 通信技術(shù)規(guī)范，它們分別是：

DSRC（專用短距離無(wú)線通信）：基于 IEEE 802.11p，歐洲的 ITS-G5 同樣是基于該物理層技術(shù)，我們?cè)谶@里只討論 DSRC 即可

C-V2X（蜂窩車聯(lián)網(wǎng)）：基于 3GPP LTE

來(lái)源: KEYSIGHT

DSRC 已經(jīng)存在很多年了，因?yàn)榇嬖谝恍┫忍斓牟蛔悖l(fā)展過(guò)程并不順利。相比之下，3GPP 的 C-V2X 有很多優(yōu)勢(shì)，所以這幾年發(fā)展很快。

我們不妨從各個(gè)角度來(lái)比較一下這兩種技術(shù)方案：

首先，從技術(shù)角度來(lái)看。

5GAA（5G 汽車聯(lián)盟）針對(duì) DSRC 和 C-V2X，在實(shí)驗(yàn)室及外場(chǎng)進(jìn)行了試驗(yàn)對(duì)比。結(jié)果證實(shí)，C-V2X 在很多方面的性能，都要優(yōu)于 DSRC。比如，C-V2X 支持更遠(yuǎn)的通信距離、更佳的非視距性能、更強(qiáng)的可靠性、更高的容量和更佳的擁塞控制等。（詳細(xì)的測(cè)試報(bào)告請(qǐng)參考文末附件）

來(lái)源: 5GAA 測(cè)試報(bào)告 P-190033

其次，再?gòu)某杀竞蜆?biāo)準(zhǔn)化的角度來(lái)看。

在這兩方面，C-V2X 也有一些顯著的優(yōu)勢(shì)：

C-V2X 基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，與目前的 4G 和 5G 網(wǎng)絡(luò)可以復(fù)用，網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣，部署成本較低。相反，基于 802.11p 的 DSRC 技術(shù)，在組網(wǎng)時(shí)需要新建更大量的路側(cè)單元 RSU，部署成本很高

C-V2X 基于 3GPP 標(biāo)準(zhǔn)，全球范圍內(nèi)具備更佳的兼容性

C-V2X 演進(jìn)路線非常清晰，且后向兼容（LTE C-V2X ?NR C-V2X）

來(lái)源: Qualcomm

最后，從政策支持的角度來(lái)看。

在這方面，C-V2X 也有后來(lái)居上之勢(shì)：

C-V2X 的 3GPP 標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展

C-V2X 未來(lái)能否走向成功，僅靠通信行業(yè)的支持是不夠的。它還需要來(lái)自汽車行業(yè)代表的有力支持。

2016 年 9 月，5GAA 聯(lián)盟成立，截至目前已有一百多名汽車和通信行業(yè)代表參與其中，共同推進(jìn)全球 C-V2X 的開發(fā)部署。

針對(duì) C-V2X，3GPP 采取了分階段迭代的發(fā)展策略：

美國(guó)之前一直支持 DSRC，但是最近的態(tài)度開始有所轉(zhuǎn)變，偏向 C-V2X。美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì) FCC 最近針對(duì) 5.9GHz 的重新分配進(jìn)行了投票，結(jié)果，劃了 20MHz 給 C-V2X 專用

歐洲的態(tài)度比較糾結(jié)，DSRC 和 C-V2X 兩種技術(shù)都表示支持

中國(guó)擁有全球最大的 LTE 網(wǎng)絡(luò)，綜合考慮應(yīng)用價(jià)值、成本、性能、專利、政策、產(chǎn)業(yè)成熟度等各方面因素，C-V2X 無(wú)疑是我國(guó) V2X 技術(shù)路線的首選。頻譜方面，劃定了 20MHz 給 C-V2X 專用

第一階段，是 LTE-V2X （R14）和 LTE-eV2X （R15），主要是針對(duì) V2X 進(jìn)行安全增強(qiáng)

第二階段，是 NR-V2X （R16 及其演進(jìn)版本）, 聚焦自動(dòng)駕駛場(chǎng)景

來(lái)源: KEYSIGHT

R16 已經(jīng)支持車輛編隊(duì)、高級(jí)駕駛、外延傳感、遠(yuǎn)程駕駛等場(chǎng)景。

來(lái)源: 3GPP TS 22.186

筆者預(yù)計(jì)，與 LTE-V2X 類似，NR-V2X 也將經(jīng)歷至少兩個(gè)版本（甚至更多）的演進(jìn)和迭代。當(dāng)前 3GPP 已經(jīng)啟動(dòng)了 R17 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究工作，初步規(guī)劃了 R17 的主要增強(qiáng)技術(shù)，繼續(xù)對(duì)現(xiàn)有版本進(jìn)行演進(jìn)。

來(lái)源: 3GPP 官網(wǎng)

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C-V2X 的關(guān)鍵技術(shù)

首先從架構(gòu)的角度看。非漫游場(chǎng)景下，5G 支持 V2X 的架構(gòu)如下圖所示：

來(lái)源: 3GPP TS 23.287

筆者認(rèn)為，MEC 將會(huì)是 V2X 很重要的一個(gè)關(guān)注點(diǎn)（并沒(méi)有在架構(gòu)圖中直接畫出）。

根據(jù) Intel 的研究報(bào)告，2020 年，一輛自動(dòng)駕駛汽車每天將使用 4000GB 的數(shù)據(jù)。相比之下，一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)用戶每天使用的數(shù)據(jù)大約是 1.5GB。車輛和道路的數(shù)量龐大且復(fù)雜，加之傳感器數(shù)量的增加，由此會(huì)帶來(lái)的大數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)的難題。

MEC 是解決這一難題的有效手段。借助 MEC 技術(shù)，很多服務(wù)可以部署到更加靠近車輛和道路等數(shù)據(jù)源的地方，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)資源并降低延遲。

接下來(lái)，我們從接口的角度看。

常常有人會(huì)問(wèn)：“在沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)覆蓋的條件下，C-V2X 如何工作？”

前面的架構(gòu)圖告訴我們，即使是在沒(méi)有 4G/5G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋的環(huán)境下，C-V2X 還是可以利用 PC5 接口進(jìn)行彼此通信的。

Uu 接口主要是用來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)延不敏感業(yè)務(wù)，進(jìn)行信息共享和提前預(yù)測(cè)。

PC5 接口主要是用來(lái)實(shí)現(xiàn)低時(shí)延的業(yè)務(wù)，提高非視距條件下的可靠性。

來(lái)源: Qualcomm

PC5 接口進(jìn)一步區(qū)分為兩種工作模式：

模式 3：借助基站，通過(guò)控制信令接口 Uu 實(shí)現(xiàn) V2V 數(shù)據(jù)的調(diào)度和接口管理。在這種情況下，采用動(dòng)態(tài)的方式進(jìn)行資源的調(diào)度，車車間采用 PC5 接口通信。

模式 4：V2V 數(shù)據(jù)調(diào)度和接口的管理是基于車車間的分布算法實(shí)現(xiàn)。

來(lái)源: Rohde & Schwarz

再?gòu)膮f(xié)議棧的角度來(lái)看。

基于 PC5 接口的協(xié)議棧，如下所示（基于 Uu 接口的協(xié)議棧和傳統(tǒng)的 5G 協(xié)議棧一樣，這里不再贅述）：

來(lái)源: Qualcomm

3GPP 定義了其中的 PHY 和 MAC 層，完全重用 DSRC 既有的高層協(xié)議規(guī)范（它們由 SAT 和 IEEE 制定）。這就意味著，用戶從 DSRC 遷移到 C-V2X 的成本會(huì)相對(duì)較低。

最后，我們來(lái)簡(jiǎn)單了解一下最新的 NR-V2X 在物理層和協(xié)議層方面做了哪些提升（3GPP TR 38.885 的第 5、6 章節(jié)有較為詳細(xì)的描述。備注:協(xié)議規(guī)范中通常使用 Sidelink 這個(gè)詞來(lái)描述 PC5 所承擔(dān)的具體功能,簡(jiǎn)稱 SL），這里僅針對(duì) PC5 的提升方面進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明：

概念上提出了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)播、組播的概念，之前 PC5 只支持廣播

物理層處理方面，SL 的 PSSCH、PSCCH 的資源分配上更規(guī)整，便于實(shí)現(xiàn)（如下圖所示），此外 SL 支持開環(huán)功率控制（OLPC）

同步方面，SL 可以使用 S-PSS, S-SSS 完成同步

協(xié)議層方面，明確定義 SL 通信有三種模式: RRC 連接模式（RRC_CONNECTED）、空閑模式（RRC_IDLE）和未激活模式（NR 情況下）（RRC_INACTIVE）。在空閑或未激活模式下 UE 的 SL 通信是通過(guò) SIB 消息里的小區(qū)配置信息來(lái)完成的。

結(jié)語(yǔ)

目前，全球的 C-V2X 試驗(yàn)案例正在不斷增加。

圍繞 C-V2X 的通信芯片、模組、終端、整車制造、測(cè)試驗(yàn)證、運(yùn)營(yíng)服務(wù)、高精度定位和地圖服務(wù)等上下游廠商，都在積極進(jìn)行布局，希望搶占市場(chǎng)先機(jī)。

行業(yè)普遍認(rèn)為，基于 C-V2X 的車聯(lián)網(wǎng)，很可能成為 5G 時(shí)代最先成功的垂直行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景。

來(lái)源: IMT-2020 推進(jìn)組 C-V2X 白皮書

在我們國(guó)家，政府層面非常鼓勵(lì)包括 C-V2X 在內(nèi)的車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。工信部、發(fā)改委、交通部、公安部、科技部等部委及地方政府，都針對(duì)性給出了一些明確的政策支持。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前全國(guó)已經(jīng)擁有超過(guò) 30 個(gè)測(cè)試示范區(qū)，其中包括上海、北京 - 河北、重慶、無(wú)錫（先導(dǎo)區(qū)）、杭州 - 桐鄉(xiāng)、浙江、武漢、長(zhǎng)春、廣州、長(zhǎng)沙、西安、成都、泰興、襄陽(yáng)等 16 個(gè)國(guó)家級(jí)示范區(qū)。

這些示范區(qū)涵蓋了無(wú)人駕駛和 V2X 測(cè)試場(chǎng)景建設(shè)、LTE-V2X/5G 車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、智慧交通技術(shù)應(yīng)用等功能，提供了涉及安全、效率、信息服務(wù)、新能源汽車應(yīng)用以及通信能力等的測(cè)試內(nèi)容。

雖然車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正在飛速發(fā)展，我們也仍需意識(shí)到，車聯(lián)網(wǎng)最終目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)（包括自動(dòng)駕駛的落地），是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程。除了技術(shù)和資金之外，還涉及到法律和倫理的問(wèn)題。更重要的是，它是否能獲得最終用戶的信任和認(rèn)可，被用戶接受。

行業(yè)曾經(jīng)指出，自動(dòng)駕駛將分為若干個(gè)過(guò)程，逐步實(shí)現(xiàn)：

第一個(gè)階段：輔助駕駛安全和提高交通效率第二個(gè)階段：在封閉園區(qū)的（商用車）的自動(dòng)駕駛第三個(gè)階段：在開放道路的（乘用車）的自動(dòng)駕駛

來(lái)源: 5GAA 白皮書

總而言之，路漫漫其修遠(yuǎn)兮，C-V2X 將上下而求索。