王碩 李璇 高洪偉

（中國第一汽車集團有限公司 智能網聯(lián)開發(fā)院，長春 130000）

主題詞：C-V2X 車路協(xié)同 5G 智能網聯(lián)汽車 DSRC

1 前言

V2X作為當前車聯(lián)網行業(yè)的技術熱點，不僅能夠使車載網絡從4G平滑過渡到5G時代，同時也在智能交通系統(tǒng)（ITS）中發(fā)揮了重要作用。V2X是自動駕駛[1]、車聯(lián)網領域的研究重點，得到了多方面的高度關注，如通信行業(yè)、交通管理部門、互聯(lián)網、保險金融行業(yè)等。國際上對V2X通信技術和應用的研究領先于國內，相關標準體系比較完善[2]。2015年前后，歐美已由政府和行業(yè)組織牽頭完成了大規(guī)模組網試驗和應用測試。國內相關研究起步較晚，需要參考借鑒國際相關領域的發(fā)展路徑和經驗。本文將對V2X所涉及的諸多主要技術領域的國際發(fā)展現(xiàn)狀進行梳理，并基于所收集到的資料，對發(fā)展趨勢進行分析。

2 V2X概述

2.1 V2X通信及標準

車用互聯(lián)通信技術（Vehicle to Everything,V2X）是將車輛與一切事物相連接的新一代信息通信技術，能夠實現(xiàn)車與車（Vehicle to Vehicle,V2V）、車與路側基礎設施（Vehicle to Infrastructure,V2I）、車與人（Vehicle to Pedestrian,V2P）、車與云平臺（Vehicle to Network/Cloud,V2N/V2C）等全方位的連接和信息交互。從通信標準體系來看，國際上存在兩個陣營，一個是以美國為首的DSRC(Dedicated Short Range Communications)標準陣營，另一個是由華為、高通、愛立信牽頭的C-V2X標準陣營。DSRC標準體系的底層通信技術源于WiFi標準體系（IEEE 802.11[3]）。早在2010年7月，就已發(fā)布首版物理層和數(shù)據(jù)鏈路層標準IEEE 802.11p，各層標準較為完整。而C-V2X標準體系，則是基于蜂窩網絡通信技術構建而成。

2.2 5G與V2X

5G，即第五代移動通信技術，在各方面的指標都比4G有了大幅提升。IMT-2020(5G)推進組于2015年頒布的《5G概念白皮書》[4]中，對5G的主要技術場景、關鍵性能指標進行了定義，并明確了相關參數(shù)。

表1 5G關鍵性能指標

為了最終實現(xiàn)5G在核心網絡以及其他相關領域的推廣應用，需要多方配合完成專業(yè)的部署。5G相關的新技術、新協(xié)議由3GPP組織內成員進行研討，并統(tǒng)一定期發(fā)布。每一發(fā)布版本（Release）都會有新的協(xié)議、標準以及海量技術內容被鎖定。此外，也會對先前發(fā)布的版本進行修訂。

我們關注的C-V2X，正是5G給出的重要應用場景之一，相關標準也在隨著3GPP版本更新而不斷完善。在國內，華為、大唐等企業(yè)已經在各個試驗場，利用基于R14版本的LTE(Long Term Evolution)-V2X產品進行模擬實驗。

隨著R15版本的凍結[5]，3GPP V2X也進入了第2階段（Phase2），即增強型車聯(lián)網（LTE-eV2X）階段。但這些都是基于LTE網絡的V2X，3GPP的V2X第3階段（Phase3）開始的NR V2X（如圖1所示）才是真正意義上基于5G的C-V2X。

圖1 3GPP的C-V2X標準研究進展[6]

從上圖可以看出，R14的LTE-V2X和R15的LTE-eV2X都只是最終的C-V2X的過渡階段。但很多企業(yè)仍然投入了大量資金和人力進行相應的開發(fā)工作。主要原因在于，5G網絡并不會完全取代LTE網絡，LTE和5G網絡將在很長一段時間內處于共存狀態(tài)。即使在5G全面鋪開后，LTE網絡依然會為用戶提供服務。因此，對于C-X2V應用，3GPP為各種場景均提供了有針對性的解決方案。應用場景按不同網絡覆蓋情況分三類：LTE和5G網絡覆蓋外區(qū)域、只有LTE網絡覆蓋的區(qū)域、LTE和5G同時覆蓋的區(qū)域。5G NR(New Radio)按不同網絡邊界情況分兩類：NRLTE切換和NR-NR切換。

2.3 相關技術

車輛定位技術已成為V2X應用必需的基礎技術，定位精度需求達到了亞米級別[7]。若想基于V2X應用數(shù)據(jù)融合輔助自動駕駛，則定位精度要求會上升為厘米級。另一方面，復雜環(huán)境下的車輛定位需求也隨著車輛智能化水平的發(fā)展而不斷提升。在隧道、地下停車場等室內場景的定位方法已成為技術發(fā)展的新方向。如何實現(xiàn)低成本、高可靠性的室內定位，將是面向自動駕駛應用的定位技術急需解決的問題。目前室內定位技術主要有基于圖像識別的輔助定位、基于無線通信的分布式定位等。

2.4 V2X應用

V2X應用可分為三類：駕駛安全類、交通效率類和信息娛樂類。V2X駕駛安全類應用的核心場景，是基于V2X技術向駕駛員進行車輛碰撞預警，提升駕駛員對駕駛環(huán)境、其他交通參與者的感知能力，從而減少交通事故的發(fā)生。典型的V2X駕駛安全類應用有十字路口碰撞預警、緊急電子剎車燈等，都能有效為駕駛員提供視野之外的危險信息。

V2X交通效率類應用，則需要與智慧交通基礎設施配合完成。路側智能設備負責收集道路信息，如交通燈狀態(tài)、限速信息、限行信息、事故占道信息、交通管制信息等，發(fā)給附近行駛車輛，駕駛員或智能導航根據(jù)實時信息規(guī)劃出行路線，動態(tài)控制車速，從而降低等待焦慮和出行時間，提高出行效率和舒適感。典型的V2X交通效率類應用有交通燈信息提示、車速引導、編隊行駛等。

V2X信息娛樂類應用，可基于通信制式分為兩類，基于云端服務的車聯(lián)網應用（Telematics）和基于近程通信的位置服務（Location Based Service-LBS）。車聯(lián)網應用讓車輛不再是孤立節(jié)點，而成為互聯(lián)網中的重要一環(huán)。相關業(yè)務也已得到整車廠、互聯(lián)網企業(yè)的高度重視。LBS主要指基于近程通信技術實現(xiàn)的對周邊小范圍的信息推送應用，如停車位引導、路側商務推廣等。

3 V2X國外研究進展

3.1 歐洲C-V2X研究進展

3.1.1 C-ITS平臺以及C-Roads平臺

歐洲的C-V2X應用研究主要由智能交通項目負責推進。合作式智能交通系統(tǒng)（C-ITS）允許道路使用者和交通管理者共享信息，并最終實現(xiàn)更加高效、自動化的交通規(guī)劃協(xié)調。

C-Roads平臺由歐洲國家和道路運營機構在2016年設立，主要用于協(xié)調車聯(lián)網部署和測試。歐盟各成員國制定和分享測試規(guī)范，并利用該平臺進行互操作測試驗證。通過這些聯(lián)合部署和測試活動，C-Roads平臺使得在歐盟范圍內構建跨境的C-ITS成為可能。

3.1.2 車聯(lián)網組織

2016年9月，歐洲數(shù)字經濟與社會專員和來自汽車、電信行業(yè)的代表，正式宣布成立歐洲汽車電信聯(lián)盟（EATA）。其主要目標是實現(xiàn)網聯(lián)化自動駕駛在歐洲區(qū)域的部署，并推進相關法律法規(guī)落地實施。

5G汽車協(xié)會（5GAA）是一個跨行業(yè)的組織，成立于2016年9月。該協(xié)會致力于開發(fā)、測試和推廣基于下一代通信技術的車聯(lián)網解決方案，加速相關產業(yè)的全球商業(yè)化和市場化進程[8]。5GAA認為，基于3GPP的蜂窩技術，能夠提供比IEEE 802.11p更優(yōu)越的通信性能[9]。同時，該技術有較好的前/后向兼容特性。

3.1.3 歐洲車聯(lián)網通信標準

歐洲車聯(lián)網通信標準由歐洲電信標準協(xié)會（ET?SI）制定，主要內容包含地理位置路由協(xié)議，和支持在5.9 GHz頻段進行車車通信的接入層協(xié)議，即ITS-G5。

3.2 美國V2X研究進展

美國政府在2015年推出了ITS五年（2015-2019）規(guī)劃。主題為“改變社會移動方式”，技術目標是“實現(xiàn)網聯(lián)汽車應用”和“加快自動駕駛”。五年規(guī)劃定義了六個項目大類，包括加速部署、網聯(lián)汽車、自動駕駛、新興能力、互操作和企業(yè)數(shù)據(jù)。

在標準化進程方面，從本世紀初，美國就開展了車聯(lián)網標準的研究和制訂工作。美國采納了IEEE 1609定義的系統(tǒng)架構，在物理層和MAC層上應用了IEEE 802.11p協(xié)議。該協(xié)議利用802.11a的終端之間的直接通信機制，簡化了發(fā)送數(shù)據(jù)前的鑒權、關聯(lián)流程以及數(shù)據(jù)發(fā)送流程，讓車輛能夠直接向周邊車輛和行人廣播相關的安全信息。

為了推動車車通信技術發(fā)展和后續(xù)的立法決策，從2012年8月到2013年8月，美國交通部在密歇根州安娜堡東北部主導了基于車車、車路通信技術的“安全試點示范部署”項目。此項測試顯示，采用車車通訊技術能夠減少80%的非酒精類交通事故[10]。

在V2X的認證方面，美國目前已經有一套完備的認證體系，由US DoT與OmniAir、Danlaw、7Layers合作提出，用于支持試驗示范項目。目前國家在考慮將對V2X的認證從政府管理轉成產業(yè)行為（由OmniAir運行）。目前通信層的測試規(guī)范已經完備，后續(xù)OmniAir將對具體執(zhí)行實驗室進行認證，并控制一致性證書以及認證logo的使用[11]。此外，OmniAir正在考慮與5GAA在上層通信認證方面進行合作（底層由GCF或者其他實體進行認證）。認證主要包含協(xié)議/消息一致性、性能需求和終端之間的互通性三大類內容。

3.3 日本V2X研究進展

日本政府很重視自動駕駛汽車和車聯(lián)網的發(fā)展，在政策、標準等方面為其提供了良好的平臺。日本政府于2016年發(fā)布了高速公路自動駕駛和無人駕駛的實施路線報告書，明確指出計劃2020年在部分地區(qū)實現(xiàn)自動駕駛功能。除了政府的支持，日本工業(yè)界對車聯(lián)網的發(fā)展也積極進行推進，在技術評估、測試等方面已經形成跨行業(yè)合作的態(tài)勢。日本智能交通系統(tǒng)信息交流論壇也在組織進行802.11p和LTE-V2X的技術性能評估。

2015年10月，日本首相在國際論壇的演講中提到，2020年東京將要實現(xiàn)車輛的自動駕駛。這標志著東京奧運會自動駕駛技術實用化方針的明確。為此，日本啟動了名為SIP（戰(zhàn)略性創(chuàng)新創(chuàng)造方案）的項目。其中，自動駕駛，即SIP-adus是它的核心之一。SIP-adus，又被稱為Innovation of Automated Driving for Uni?versal Services，是由日本政府牽頭推進的自動駕駛技術研發(fā)和應用項目。內容包括：自動駕駛系統(tǒng)所需的技術、動態(tài)地圖以及高精度地圖、網絡安全、人機交互等。在此之上，日本計劃建立基于實用化的ART（智能軌道快運系統(tǒng)）和ITS（智能交通系統(tǒng)）以及測試用的FOT（場地操作測試）系統(tǒng)。

3.4 韓國V2X研究進展

韓國在智能交通領域的終極發(fā)展目標，是在全國范圍內實現(xiàn)智能道路交通系統(tǒng)，即通過連接車、路和人，實現(xiàn)高度的自動化和交通資源利用最大化。目前的發(fā)展規(guī)劃，是在2040年之前建成連接路與一切交通功能實體（CoRE）的智能交通系統(tǒng)。韓國在建項目均計劃采用WAVE作為主要的車輛通信技術。隨著5G標準的推進和完善，韓國也在考慮利用5G蜂窩通信系統(tǒng)高速率和低時延的特點，進一步提高車輛通信的性能，即以LTE和5G蜂窩通信技術作為WAVE的補充。

4DSRC與C-V2X之爭

上述國家雖然都已在進行不同階段的V2X研究測試，但主要應用的都是基于DSRC標準開發(fā)的系統(tǒng)，使用C-V2X的系統(tǒng)或產品進行測試的項目還比較少。高通聯(lián)合福特、奧迪等公司在華盛頓特區(qū)舉行了C-V2X的互操作實驗[12]。

我國大唐電信公司也在這方面進行了前瞻性探索，聯(lián)合福特公司在京津高速公路上進行了車車通信的研究。測試場景中，雙方車輛分別以80 km/h、100 km/h、120 km/h的速度行駛，持續(xù)發(fā)送信息直到對方車輛無法接收到任何數(shù)據(jù)。圖2是大唐電信公司的分析結果。

圖2 京津高速LTE-V2X與DSRC實驗結果對比[13]

從測試結果可以看出，采用C-V2X通信制式的車輛，全程的數(shù)據(jù)包誤差率（PER,Packet Error Rate）都低于采用DSRC制式通信的車輛?？芍?，基于第一階段（R14）的產品性能優(yōu)于DSRC的通信性能。另外，DSRC技術的發(fā)展演進路線尚不明朗，應對未來出行需求的策略也不夠清晰。但基于LTE的C-V2X技術已由通信、汽車等多個行業(yè)的主流聯(lián)盟在積極推進發(fā)展，顯然，C-V2X技術具備了平滑演進到5G的條件，其行業(yè)投入、生態(tài)建設和市場應用可以預期[14]。

5 結束語

由以上分析可知，國際上各項V2X技術都尚未實現(xiàn)大規(guī)模商用。DSRC在歐美遲遲不能落地，一方面受制于DSRC技術的局限性，另一方面則是由V2X應用的特殊性決定的。車輛、道路和其他交通參與者都需要增加具有V2X通信功能的設備，才能實現(xiàn)互聯(lián)互通。這需要多方的聯(lián)合工作，科研院所、整車廠、芯片設備供應商、交通管理部門，以及普通用戶，都需要積極應對V2X推廣所帶來的產業(yè)變革。