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5G車聯(lián)網(wǎng)C-V2X概述
C-V2X到底是什么?
l 按照中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)對(duì)搭載V2X功能汽車的定義來看,它是搭載先進(jìn)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(luò)技術(shù),實(shí)現(xiàn)車與X(人、車、路、后臺(tái)等)智能信息的交換共享,具備復(fù)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(shí)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(dòng)駕駛技術(shù)中常用的攝像頭或激光雷達(dá)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(shí)可以和其他車輛及設(shè)施共享實(shí)時(shí)駕駛狀態(tài)信息,還可以通過研判算法產(chǎn)生預(yù)測(cè)信息。另外,V2X是唯一不受天氣狀況影響的車用傳感技術(shù),無論雨、霧或強(qiáng)光照射都不會(huì)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(qiáng)調(diào)了“智能決策”、“協(xié)同控制和執(zhí)行”功能,以強(qiáng)大的后臺(tái)數(shù)據(jù)分析、決策、調(diào)度服務(wù)系統(tǒng)為基礎(chǔ)。而且要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(shù)也屬于自動(dòng)駕駛的一個(gè)感知手段。
 
C-V2X,應(yīng)用場(chǎng)景
V2X的主要應(yīng)用場(chǎng)景包括四大類:
l 信息服務(wù)。其中信息服務(wù)實(shí)際上是目前應(yīng)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(dòng)駕駛或者無人駕駛。
 
V2X中的X代表不同的通信目標(biāo),至少包括:
l V2V(車間通訊, Vehicle to Vehicle )。
l V2I(車輛與路側(cè)設(shè)施、基礎(chǔ)建設(shè)之間通訊,Vehicle-to-Infrastructure )。
l V2N(車對(duì)網(wǎng)絡(luò), Vehicle-to-Network )。
l V2P(車對(duì)行人, Vehicle-to-Pedestrian )。
l 對(duì)于電動(dòng)車還有,V2L(電動(dòng)車作為移動(dòng)電源,Vehicle to Load)、V2H/B(電動(dòng)車與住宅/商業(yè)樓電能互動(dòng),Vehicle to Home/Buildings)
 
車用無線通信技術(shù)
C-V2X是指基于3G/4G/5G等蜂窩網(wǎng)通信技術(shù)演進(jìn)形成的車用無線通信技術(shù)。LTE-V2X是指基于LTE移動(dòng)通信技術(shù)演進(jìn)形成的車用無線通信技術(shù),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(luò),支持高帶寬、廣覆蓋、長(zhǎng)距離的通信連接,滿足道路事故/施工提醒、信號(hào)燈提醒、車速引導(dǎo)、動(dòng)態(tài)地圖等信息服務(wù)、交通效率類車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求;
l 直接通信模式既可以在網(wǎng)絡(luò)覆蓋內(nèi)工作又可以在網(wǎng)絡(luò)覆蓋外工作,使用5.9GHz附近的專用頻譜進(jìn)行終端設(shè)備之間的直接通信,實(shí)現(xiàn)車輛與周邊車輛、路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施、行人等節(jié)點(diǎn)的低時(shí)延、高可靠的通信。
 

C-V2X,需求
LTE-V2X是一種相對(duì)較新的技術(shù)(首次討論發(fā)生于2015年),是3GPP Rel-12設(shè)備到設(shè)備(D2D)功能的擴(kuò)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(shí)現(xiàn)設(shè)備間的直接通信。V2V基礎(chǔ)安全功能最早出現(xiàn)在LTE Rel-14規(guī)范中。
 
LTE-V2X設(shè)計(jì)時(shí)就考慮了多種部署場(chǎng)景,因此提出了以下要求
  1. 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(luò)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(luò)的所有好處,其中的中心協(xié)調(diào)、調(diào)度和管理是用一系列基站實(shí)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(huì)發(fā)生頻繁切換基站的快速移動(dòng)用戶。LTE-V2X技術(shù)必須能夠在沒有基站覆蓋的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)可靠的工作;
  2. 在專用的免許可載波或有許可的頻譜條件下獨(dú)立工作;
  3. 增強(qiáng)D2D空中接口功能,以便支持低延時(shí)、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(shí)傳輸技術(shù),因此這些模式有別于Rel-12 D2D模式(傳輸模式1&2),改進(jìn)了對(duì)更高速度和新的分布式信道訪問機(jī)制的支持。
 
對(duì)安全關(guān)鍵應(yīng)用來說最相關(guān)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(gè)模式可以被看作是自組網(wǎng)模式。與IEEE802.11p技術(shù)的比較重點(diǎn)就放在這個(gè)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(cè)通信單元以及基站設(shè)備的通信方式;Uu通訊就是車輛和平臺(tái)之間的通訊,目前很多車輛都已經(jīng)應(yīng)用了,比如交通部要求營(yíng)運(yùn)車輛必須聯(lián)網(wǎng)將它的位置傳送到交通部的平臺(tái),工信部要求所有新能源車輛也必須和工信部的平臺(tái)進(jìn)行連接,也是傳一些位置和安全的信息。還有今年實(shí)施國(guó)六標(biāo)準(zhǔn),環(huán)保部也要求所有國(guó)六商務(wù)車必須跟環(huán)保部的平臺(tái)進(jìn)行連接。這樣來看,大部分車輛已經(jīng)應(yīng)用了車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。
 
分布式也稱為直通式,PC5口,無需基站作為支撐,也稱為L(zhǎng)TE-Direct(LTE-D)及LTED2D(Device-to-Device)?;赑C5的直連通訊技術(shù),通過短距離通訊實(shí)現(xiàn)車輛的位置、速度和軌跡的傳輸,從而實(shí)現(xiàn)車與車之間,還有車與路邊設(shè)施之間的傳輸。PC5接口是在side link基礎(chǔ)上定義的接口,使用這種接口,UE之間可以直接進(jìn)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(quán)的UE才能使用PC5接口進(jìn)行傳輸。
 
C-V2X 的基礎(chǔ)技術(shù)LTE的局限性
C-V2X 的基礎(chǔ)技術(shù)LTE 同樣存在一定局限性。
l 目前的蜂窩網(wǎng)絡(luò)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(yùn)行、設(shè)備發(fā)現(xiàn)協(xié)議極慢,因此難以支持時(shí)間要求嚴(yán)格的應(yīng)用場(chǎng)景;
l LTE采用增強(qiáng)型多媒體廣播多播(Evolved Multimedia Broadcast Multicast Service,eMBMS) 等技術(shù)進(jìn)行單點(diǎn)到多點(diǎn)的接口管理,但主要支持靜態(tài)場(chǎng)景,對(duì)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(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商之間的移交應(yīng)用服務(wù)供應(yīng)商之間的合作,針對(duì)V2X 應(yīng)用如何構(gòu)建新的合作模式尚不明確;
l LTE或鄰近通信服務(wù)的安全機(jī)制并不適用于V2V通信,因?yàn)槠鋬H提供安全信息的加密,但對(duì)信息真實(shí)性并無保障。
 
5G-V2X 技術(shù)突破LTE限制
與4G相比,5G將支持更加多樣化的場(chǎng)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(shí),5G還將滿足網(wǎng)絡(luò)靈活部署和高效運(yùn)營(yíng)維護(hù)的需求,大幅提升頻譜效率、能源效率和成本效率,實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的可持續(xù)發(fā)展。
 
C-V2X具備清晰的5G演進(jìn)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(qiáng)勁演進(jìn)路徑,可通過補(bǔ)充型及全新功能增強(qiáng)Release-14,同時(shí)保持后向兼容。
 
與用于車輛間基礎(chǔ)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(shí)延和高可靠性,從而支持眾多面向自動(dòng)駕駛的先進(jìn)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(yuǎn)程控制等問題,將是實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)駕駛的關(guān)鍵通信技術(shù)。
 
但要使5G 技術(shù)能夠適應(yīng)汽車用例的嚴(yán)格要求,還需要從頻譜管理機(jī)制、近鄰服務(wù)( 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(jìn)一步優(yōu)化和提升現(xiàn)有LTE 技術(shù)。
 
目前全球正在加緊制定5G 國(guó)際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),中國(guó)已于2017 年展開5G 第二階段測(cè)試,最快將在2020 年正式實(shí)現(xiàn)5G 網(wǎng)絡(luò)的商用化。
 
由于LTE 網(wǎng)絡(luò)未來將平滑演進(jìn)到5G 網(wǎng)絡(luò),基于LTE 的C-V2X 技術(shù)能夠與未來5G 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行復(fù)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(huì)閉幕式上,工信部無線電管理局局長(zhǎng)謝遠(yuǎn)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(shù)在智能網(wǎng)汽車的應(yīng)用和發(fā)展。”
 
這項(xiàng)規(guī)定,確定將5905-5925MHz頻段作為基于LTE-V2X技術(shù)的車聯(lián)網(wǎng)直連通信的工作頻段,與國(guó)際主流頻段保持一致,并為未來發(fā)展預(yù)留擴(kuò)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(zhǎng)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。
 
 

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