?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)萬物。

簡單來說，就是賦予車輛通信能力，通過 V2V（車對車）、V2P（車對行人）、V2I（車對基礎(chǔ)設(shè)施）、V2N（車對網(wǎng)絡(luò)），讓駕乘體驗更加舒適，交通環(huán)境更加安全，使能未來的自動駕駛。

來源: Rohde & Schwarz

相信很多開車人都有這樣的體會：行駛在一條道路，連續(xù)好幾個路口都遇到紅燈，一路走走停停，不僅浪費時間，而且特別耗油。有時候，明明前方一輛車也沒有，卻還要傻等紅燈變綠。你一定會想，如果交通燈也有眼睛和大腦，那該多好?。?/p>

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

再舉一個例子，你平時在開車的時候，有沒有遇到過突然竄出的行人或者電瓶車，被他們嚇個半死？

這個時候，V2P（車對行人）技術(shù)就可以派上用場了。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”，對潛在威脅進(jìn)行提前準(zhǔn)備。

來源: KEYSIGHT

實際上，我們應(yīng)該把 V2X 技術(shù)理解為高級駕駛輔助系統(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，共同輔助完成高級別的自動駕駛。

從理論上來說，單車（例如 Google 的自動駕駛汽車）不計成本地堆砌傳感器，也能完成自動駕駛。

但是，缺少了 V2X 的自動駕駛汽車，就好像是一座信息孤島。它沒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）對比

目前，國際上有兩套主流的 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)，我們在這里只討論 DSRC 即可

C-V2X（蜂窩車聯(lián)網(wǎng)）：基于 3GPP LTE

來源: KEYSIGHT

DSRC 已經(jīng)存在很多年了，因為存在一些先天的不足，發(fā)展過程并不順利。相比之下，3GPP 的 C-V2X 有很多優(yōu)勢，所以這幾年發(fā)展很快。

我們不妨從各個角度來比較一下這兩種技術(shù)方案：

首先，從技術(shù)角度來看。

5GAA（5G 汽車聯(lián)盟）針對 DSRC 和 C-V2X，在實驗室及外場進(jìn)行了試驗對比。結(jié)果證實，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)的測試報告請參考文末附件）

來源: 5GAA 測試報告 P-190033

其次，再從成本和標(biāo)準(zhǔn)化的角度來看。

在這兩方面，C-V2X 也有一些顯著的優(yōu)勢：

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）

來源: Qualcomm

最后，從政策支持的角度來看。

在這方面，C-V2X 也有后來居上之勢：

C-V2X 的 3GPP 標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展

C-V2X 未來能否走向成功，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 C-V2X，3GPP 采取了分階段迭代的發(fā)展策略：

美國之前一直支持 DSRC，但是最近的態(tài)度開始有所轉(zhuǎn)變，偏向 C-V2X。美國聯(lián)邦通信委員會 FCC 最近針對 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

中國擁有全球最大的 LTE 網(wǎng)絡(luò)，綜合考慮應(yīng)用價值、成本、性能、專利、政策、產(chǎn)業(yè)成熟度等各方面因素，C-V2X 無疑是我國 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 V2X 進(jìn)行安全增強(qiáng)

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

來源: KEYSIGHT

R16 已經(jīng)支持車輛編隊、高級駕駛、外延傳感、遠(yuǎn)程駕駛等場景。

來源: 3GPP TS 22.186

筆者預(yù)計，與 LTE-V2X 類似，NR-V2X 也將經(jīng)歷至少兩個版本（甚至更多）的演進(jìn)和迭代。當(dāng)前 3GPP 已經(jīng)啟動了 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)對現(xiàn)有版本進(jìn)行演進(jìn)。

來源: 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。非漫游場景下，5G 支持 V2X 的架構(gòu)如下圖所示：

來源: 3GPP TS 23.287

筆者認(rèn)為，MEC 將會是 V2X 很重要的一個關(guān)注點（并沒有在架構(gòu)圖中直接畫出）。

根據(jù) Intel 的研究報告，2020 年，一輛自動駕駛汽車每天將使用 4000GB 的數(shù)據(jù)。相比之下，一個互聯(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，由此會帶來的大數(shù)據(jù)處理和存儲的難題。

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，我們從接口的角度看。

常常有人會問：“在沒有網(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 接口主要是用來實現(xiàn)時延不敏感業(yè)務(wù)，進(jìn)行信息共享和提前預(yù)測。

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

來源: 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，通過控制信令接口 Uu 實現(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現(xiàn)。

來源: Rohde & Schwarz

再從協(xié)議棧的角度來看。

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 的成本會相對較低。

最后，我們來簡單了解一下最新的 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 這個詞來描述 PC5 所承擔(dān)的具體功能,簡稱 SL），這里僅針對 PC5 的提升方面進(jìn)行簡要說明：

概念上提出了點對點播、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 SIB 消息里的小區(qū)配置信息來完成的。

結(jié)語

目前，全球的 C-V2X 試驗案例正在不斷增加。

圍繞 C-V2X 的通信芯片、模組、終端、整車制造、測試驗證、運營服務(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 時代最先成功的垂直行業(yè)應(yīng)用場景。

來源: IMT-2020 推進(jìn)組 C-V2X 白皮書

在我們國家，政府層面非常鼓勵包括 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，都針對性給出了一些明確的政策支持。

據(jù)不完全統(tǒng)計，目前全國已經(jīng)擁有超過 30 個測試示范區(qū)，其中包括上海、北京 - 河北、重慶、無錫（先導(dǎo)區(qū)）、杭州 - 桐鄉(xiāng)、浙江、武漢、長春、廣州、長沙、西安、成都、泰興、襄陽等 16 個國家級示范區(qū)。

這些示范區(qū)涵蓋了無人駕駛和 V2X 測試場景建設(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，我們也仍需意識到，車聯(lián)網(wǎng)最終目標(biāo)的實現(xiàn)（包括自動駕駛的落地），是一個漫長的過程。除了技術(shù)和資金之外，還涉及到法律和倫理的問題。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，自動駕駛將分為若干個過程，逐步實現(xiàn)：

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

來源: 5GAA 白皮書

總而言之，路漫漫其修遠(yuǎn)兮，C-V2X 將上下而求索。