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V2X即Vehicle-to-Everything，是智能汽车和智能交通的支撑技术之一。如图1所示，V2X包含车辆与车辆V2V(Vehicle-to-Vehicle)、车辆与基础设施V2I（Vehicle-to-Infrastructure）、车辆与行人V2P(Vehicle-to-Pedestrian)、车辆与外部网络V2N（Vehicle-to-Network）等各种应用通信应用场景。目前而言，基于V2V通信车辆能实现前方碰撞预警、变道辅助、左转辅助、协同式自适应巡航控制等，基于V2I通信可以实现速度建议、交通优先权、路况预警、闯红灯预警、当前天气影响预警、停车位和充电桩寻位等应用；基于V2P通信，能实现弱势道路使用者的预警和防护，基于V2N通信可实现实时交通路线规划、地图更新等服务。
图1 V2X示例 V2X的目的是减少交通事故，降低交通拥堵提高交通效率，减少汽车污染物的排放等。美国交通部研究表明，如果全国所有车辆具备基于V2V的交叉口移动辅助和左转辅助功能，每年能够减少40~60万的碰撞事故和19~27万的伤亡人数，挽救780~1080条生命，另外如果再加上其他的V2V和V2I应用，V2X系统最高能够减少80%的非酒精类汽车交通事故。此外V2X技术将使自适应协同驾驶成为可能，从而减少CO2、CO、铅及硫氧化合物等污染物的排放，欧洲eCoMove项目研究成果表明，具备V2X功能的车辆能减少4%~25%的油耗和污染物排放。同时V2X也是实现自动驾驶的重要手段，能够弥补摄像头、雷达等车载传感器视距不足的缺陷，并且提高车辆在交叉口、恶劣天气环境等特殊条件下的感知能力。 V2X技术方案 目前国际上主要有DSRC（专用短程通信）和C-V2X（基于蜂窝网络的V2X）两种技术方案。其中DSRC技术发展时间较久，早在1992年美国ASTM就开始发展DSRC技术，美国和日本已经形成了完善的标准体系和产业布局；C-V2X技术依靠移动网络的发展，正处于快速发展的阶段，得到中国、欧盟等国家的高度重视。 DSRC技术 DSRC由物理层标准IEEE 802.11P和网络层标准IEEE1609构成，信息内容和结构由SAE的SAEJ2735、SAE2945标准规范构成。DSRC是一种双向半双工中短距无线通信技术，通信距离一般在数十米（10m~30m）,可实现高速数据传输，带宽可达3~27Mb/s。能指定授权带宽，实现安全可靠的通信；能快速获取网络，实现主动安全相关应用的高速更新；通信延迟能达到毫秒级，满足车辆信息交互的时间要求；高可靠性满足车辆高速行驶下工作，并且性能不会受极端天气的影响，支持V2V和V2I通信，有助于普遍部署应用。 美国将DSRC视为V2X系统的主要实现手段。依托IEEE和SAE两大协会完成了标准协议框架的制定，如图2所示。早在1999年美国交通部便选定DSRC作为V2V通信方案，迄今为止已经投入了大约10亿美元进行开发测试。2011年8月启动的“轻型车辆驾驶员接受度诊所”项目，在美国6个地方设立不同的应用环境，用于评估用户对V2V安全应用的接受程度，得到了通用、福特、丰田、奔驰等车企的参与。结果表明58%的受访者愿意以200美元以下的价格购买V2V相关安全功能。美国高速公路安全管理局在2016年12月发布了V2V通信法规提案，计划从2021年起实施新的法规，要求所有新增轻型车必须搭载基于DSRC的V2V技术。
图2 DSRC协议栈 尽管DSRC技术发展早，并且得到了广泛的实际验证和应用，但是也存在局限性： 1.DSRC采用载波监听多路访问协议，在高密度的交通情况下会出现数据包译码失败的可能； 2.DSRC物理成的正交频分复用技术限制了最大的传输功率和传输范围； 3.DSRC属于视距传输技术，障碍物较多的城市工况对其构成挑战； C-V2X技术 针对DSRC技术可能存在的问题，通信产业提出了C-V2X解决方案。C-V2X是一项利用和提高现有的长期演进技术（Long Term Evolution，LTE）特点及网络要素的信息技术，是3GPP Realease-14规范的一部分，该初始标准侧重于V2V通信，并逐渐增强对其他V2X操作场景的支持。目前3GPP组织已经完成了LTE-V2X的业务需求、网络架构、无线接入技术和V2V/V2X业务方面的研究和标准化，并将LTE-V2X标准立项申请提交到国际标准化组织ISO。2018年11月针对智能交通系统中的LTE-V2X应用ISO/DIS17515-3标准已经进入最终的国际标准草案阶段。 相比于DSRC技术，C-V2X具有独有的优势和特点，如图3所示。首先C-V2X物理层采用频分复用技术，提高了链路预算增益，能比DSRC提供更长的预警时间和2倍的通信范围；其次5G技术的导入以及移动生态系统的完善将为C-V2X制定清晰的技术演变路线支持；另外利用移动蜂窝技术，能够快速的实现C-V2X系统的商业化，并且和车载远程信息处理服务相结合，进一步提高效率、降低成本。
图3 DSRC与C-V2X特点对比 然而目前C-V2X的基础技术LTE还存在不足： 1. 目前蜂窝网络难以达到毫秒级的低延迟； 2. LTE采用增强型多媒体广播多波等技术进行单点到多点的接口管理，但是主要支持静态场景，对于车辆拥挤的情况可能无法提供所需的效能； 未来5G将充分考虑这方面的特殊场景，针对汽车使用场景，5G V2X将具备如下特点： 1 . 采用毫米波频谱提升频谱带宽，实现超高速数据传输； 2. 吞吐量达到1Gb/s以上，具有更好的网络覆盖均匀性； 3 . 实现毫秒级的端对端延迟； 4 . 实现穿透式增强现实，查看前方车辆反馈的视频，并发现弱势道路使用者； 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，在2018年进行大规模组网实验，于今年6月正式发放5G牌照，标志中国5G由试运行转至商用。由于LTE的V2X平滑演进至5G，基于LTE的C-V2X能够与未来5G进行复用。 欧洲和亚洲是C-V2X的积极倡导者，并且结成了各种旨在开发、测试，推进C-V2X的伙伴关系，包括法国“驶向5G”战略合作、德国“汽车连接未来一切”等。中国将V2X作为智能网联车和智能交通的一部分，“互联网+”等国家战略。目前国内积极在开展5G车辆网方面的部署，北京积极推动5G车辆网重点示范应用城市，并且2020年将在重点区域完成5G车联网建设；2019年7月14日国内首个自动驾驶5G车联网示范区在在广州黄埔区开建；南京铁塔、开沃汽车和大唐移动合作，共同推荐5G智能网联汽车业务的合作。另外由于美国在继续使用DSRC还是使用C-V2X上存在分歧，丰田公司搁置了原定2021在美国车型部署DSRC技术。 |
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