5G车联网C-V2X概述

C-V2X到底是什么？

l 按照中国汽车工业协会对搭载V2X功能汽车的定义来看，它是搭载先进的车载传感器、控制器、执行器等装置，并融合现代通信与网络技术，实现车与X（人、车、路、后台等）智能信息的交换共享，具备复杂的环境感知、智能决策、协同控制和执行等功能，可实现安全、舒适、节能、高效行驶，并最终可替代人来操作的新一代汽车。

l 与自动驾驶技术中常用的摄像头或激光雷达相比，V2X拥有更广的使用范围，它具有突破视觉死角和跨越遮挡物的信息获取能力，同时可以和其他车辆及设施共享实时驾驶状态信息，还可以通过研判算法产生预测信息。另外，V2X是唯一不受天气状况影响的车用传感技术，无论雨、雾或强光照射都不会影响其正常工作。

l 此外，在传统智能汽车信息交换共享和环境感知的功能之外，V2X还强调了“智能决策”、“协同控制和执行”功能，以强大的后台数据分析、决策、调度服务系统为基础。而且要实现自动驾驶，车辆必须具备有感知系统，像人一样能够观察周围的环境，所以除了传感器，V2X技术也属于自动驾驶的一个感知手段。

 

C-V2X，应用场景

V2X的主要应用场景包括四大类：

l 信息服务。其中信息服务实际上是目前应用最广泛也是比较成熟的一类。

l 交通安全。

l 交通效率。

l 自动驾驶或者无人驾驶。

 

V2X中的X代表不同的通信目标，至少包括：

l V2V（车间通讯， Vehicle to Vehicle ）。

l V2I（车辆与路侧设施、基础建设之间通讯，Vehicle-to-Infrastructure ）。

l V2N（车对网络， Vehicle-to-Network ）。

l V2P（车对行人， Vehicle-to-Pedestrian ）。

l 对于电动车还有，V2L(电动车作为移动电源，Vehicle to Load)、V2H/B(电动车与住宅/商业楼电能互动，Vehicle to Home/Buildings)

 

车用无线通信技术

C-V2X是指基于3G/4G/5G等蜂窝网通信技术演进形成的车用无线通信技术。LTE-V2X是指基于LTE移动通信技术演进形成的车用无线通信技术，包括蜂窝通信（Uu）和直接通信（PC5）两种工作模式。

l 蜂窝通信模式借助已有的LTE 蜂窝网络，支持高带宽、广覆盖、长距离的通信连接，满足道路事故/施工提醒、信号灯提醒、车速引导、动态地图等信息服务、交通效率类车联网应用需求；

l 直接通信模式既可以在网络覆盖内工作又可以在网络覆盖外工作，使用5.9GHz附近的专用频谱进行终端设备之间的直接通信，实现车辆与周边车辆、路侧基础设施、行人等节点的低时延、高可靠的通信。

 

C-V2X，需求

LTE-V2X是一种相对较新的技术（首次讨论发生于2015年），是3GPP Rel-12设备到设备（D2D）功能的扩展，本身依赖于使用LTE上行链路传输和上行链路频谱资源实现设备间的直接通信。V2V基础安全功能最早出现在LTE Rel-14规范中。

 

LTE-V2X设计时就考虑了多种部署场景，因此提出了以下要求：

1. 能够在没有eNB（基站）覆盖的条件工作。Rel-14中的LTE-V2X基于的是PC5接口，允许用户在没有网络覆盖的条件下彼此间直接广播消息。在蜂窝覆盖下的操作可以利用同步网络的所有好处，其中的中心协调、调度和管理是用一系列基站实现的。然而需要注意的是，存在这种装置无法工作的许多情景，比如覆盖率很差的农村地区、高速公路以及会发生频繁切换基站的快速移动用户。LTE-V2X技术必须能够在没有基站覆盖的区域实现可靠的工作；
2. 在专用的免许可载波或有许可的频谱条件下独立工作；
3. 增强D2D空中接口功能，以便支持低延时、高密度和高速度。

 

C-V2X， Sidelink传输模式满足需求

为了满足提高了的要求，Rel-14 LTE-V2X引入了新的Sidelink传输模式（传输模式3&4）。由于引入了低延时传输技术，因此这些模式有别于Rel-12 D2D模式（传输模式1&2），改进了对更高速度和新的分布式信道访问机制的支持。

 

对安全关键应用来说最相关的也是最具挑战性的C-V2X操作模式是Sidelink传输模式4，这个模式可以被看作是自组网模式。与IEEE802.11p技术的比较重点就放在这个模式上。

 

C-V2X， Sidelink传输模式

定义了两种通信方式：集中式（LTE-V-Cell）和分布式（LTE-V-Direct）。

 

集中式也称为蜂窝式，Uu口，需要基站作为控制中心，集中式定义车辆与路侧通信单元以及基站设备的通信方式；Uu通讯就是车辆和平台之间的通讯，目前很多车辆都已经应用了，比如交通部要求营运车辆必须联网将它的位置传送到交通部的平台，工信部要求所有新能源车辆也必须和工信部的平台进行连接，也是传一些位置和安全的信息。还有今年实施国六标准，环保部也要求所有国六商务车必须跟环保部的平台进行连接。这样来看，大部分车辆已经应用了车联网技术。

 

分布式也称为直通式，PC5口，无需基站作为支撑，也称为LTE-Direct（LTE-D）及LTED2D（Device-to-Device）。基于PC5的直连通讯技术，通过短距离通讯实现车辆的位置、速度和轨迹的传输，从而实现车与车之间，还有车与路边设施之间的传输。PC5接口是在side link基础上定义的接口，使用这种接口，UE之间可以直接进行通信传输。PC5接口可以在OOC（Out Of Coverage）和IC（In Coverage）下使用，但只有授权的UE才能使用PC5接口进行传输。

 

C-V2X 的基础技术LTE的局限性

C-V2X 的基础技术LTE 同样存在一定局限性。

l 目前的蜂窝网络无法提供足够的数据带宽以及满足要求的低延迟，而D2D 仅能在紧急情况下运行、设备发现协议极慢，因此难以支持时间要求严格的应用场景;

l LTE采用增强型多媒体广播多播(Evolved Multimedia Broadcast Multicast Service，eMBMS) 等技术进行单点到多点的接口管理，但主要支持静态场景，对于大量车辆拥挤的情况可能无法提供所需的效能;

l LTE涉及移动网络运营商之间的移交和应用服务供应商之间的合作，针对V2X 应用如何构建新的合作模式尚不明确；

l LTE或邻近通信服务的安全机制并不适用于V2V通信，因为其仅提供安全信息的加密，但对信息真实性并无保障。

 

5G-V2X 技术突破LTE限制

与4G相比，5G将支持更加多样化的场景，融合多种无线接入方式，并充分利用低频和高频等频谱资源。同时，5G还将满足网络灵活部署和高效运营维护的需求，大幅提升频谱效率、能源效率和成本效率，实现移动通信网络的可持续发展。

 

C-V2X具备清晰的5G演进路径，并支持前向及后向兼容。

 

具体来说，2018年，3GPP提出的Release-16 C-V2X拥有向基于5G新空口的C-V2X的强劲演进路径，可通过补充型及全新功能增强Release-14，同时保持后向兼容。

 

与用于车辆间基础安全通信的Release-14相比，基于5G新空口的C-V2X可提供高吞吐量、宽带载波支持、超低时延和高可靠性，从而支持众多面向自动驾驶的先进用例，如传感器分享、意图分享和3D高清地图更新。

 

5G 能够协助解决车辆感知、协同驾驶、远程控制等问题，将是实现完全自动驾驶的关键通信技术。

 

但要使5G 技术能够适应汽车用例的严格要求，还需要从频谱管理机制、近邻服务( Proximity －based Services，ProSe) 的直接发现程序和中继功能、Uu 和PC5 接口选择等方面进一步优化和提升现有LTE 技术。

 

目前全球正在加紧制定5G 国际技术标准，中国已于2017 年展开5G 第二阶段测试，最快将在2020 年正式实现5G 网络的商用化。

 

由于LTE 网络未来将平滑演进到5G 网络，基于LTE 的C-V2X 技术能够与未来5G 网络进行复用，因此高通等公司正在加快研发基于5G 新空口的C-V2X 产品及功能。

 

C-V2X频段， 5905- 5925MHz

2018年10月21日，在世界智能网联汽车大会闭幕式上，工信部无线电管理局局长谢远生说：“工信部已正式发布《车联网（智能网联汽车）直连通信使用5905- 5925MHz频段的管理规定》，用于智能网联汽车中的核心无线电直联通信，支持LTE－V2X技术在智能网汽车的应用和发展。”

 

这项规定，确定将5905-5925MHz频段作为基于LTE-V2X技术的车联网直连通信的工作频段，与国际主流频段保持一致，并为未来发展预留扩展的可行性。

 

此次规划了20兆带宽的频率资源，能够满足智能汽车发展中长期的需求，即便再过15年甚至20年，频率资源也足够满足车联网的使用。