［楊燕玲］

1 引言

在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命的大潮中，智能網(wǎng)聯(lián)汽車成為全球汽車產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略發(fā)展方向。中國為加快推進(jìn)智能汽車創(chuàng)新發(fā)展，近期由國家發(fā)展改革委聯(lián)合多個部門印發(fā)了《智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略》[1]，將智能網(wǎng)聯(lián)汽車的快速發(fā)展提高到國家戰(zhàn)略層面，智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展走上快車道。將通信技術(shù)與汽車的電子化、智能化相融合是智能網(wǎng)聯(lián)汽車的重要特征，V2X 技術(shù)支持汽車與X（人、車、路、云端等）的信息交互，可以推動智能網(wǎng)聯(lián)汽車的進(jìn)一步發(fā)展。NR-V2X 技術(shù)作為3GPP 標(biāo)準(zhǔn)化的第三階段，可以支持車輛與互聯(lián)網(wǎng)之間的全面信息交互，將成為5G 在智能網(wǎng)聯(lián)汽車垂直應(yīng)用的主要關(guān)鍵技術(shù)之一。

2 NR-V2X 應(yīng)用場景

汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向是智能網(wǎng)聯(lián)汽車。根據(jù)《智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略》的定義：智能汽車，即智能網(wǎng)聯(lián)汽車是指通過搭載先進(jìn)傳感器等裝置，運(yùn)用人工智能等新技術(shù)，具有自動駕駛功能，逐步成為智能移動空間和應(yīng)用終端的新一代汽車。汽車正在從人工操控的機(jī)械產(chǎn)品逐步向電子信息系統(tǒng)控制的智能產(chǎn)品轉(zhuǎn)變；汽車將與信息通信等相關(guān)產(chǎn)業(yè)全面融合，向智能化，網(wǎng)聯(lián)化全面發(fā)展。智能網(wǎng)聯(lián)汽車已經(jīng)成為汽車強(qiáng)國的戰(zhàn)略選擇[2]。

基于V2X 的協(xié)同通信是智能網(wǎng)聯(lián)的一種基本通信方式。V2X 協(xié)同通信是車輛與車輛、行人和路側(cè)設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)和信息交換的通信方式[3]。與基于蜂窩移動通信的通信方式相比，V2X 協(xié)同通信包含在車輛、道路和行人之間直接進(jìn)行數(shù)據(jù)和信息交換的通信方式，它將一個個獨(dú)立的車輛通過信息通信連成一體，采用自組網(wǎng)技術(shù)，通過車輛間或車輛與路側(cè)通信設(shè)施之間的無線通信，使駕駛員能夠在超視距范圍內(nèi)獲得其他車輛的狀況信息（如車輛位置，行駛方向，行車速度，剎車操作等）和實(shí)時(shí)路況信息，還可以通過路邊的站點(diǎn)接入互聯(lián)網(wǎng)[4]。

3GPP SA1 定義了V2X 的4 種應(yīng)用[5]：

（1）V2V（Vehicle to Vehicle，車到車）：主要提供車輛位置，運(yùn)動狀態(tài)等信息，提供安全預(yù)警，提高行車安全性。

（2）V2I（Vehicle to Infrastructure，車到路）：主要提供及時(shí)有效的車輛交通環(huán)境信息。

（3）V2N（Vehicle to Network，車到網(wǎng)）：主要提供云端服務(wù)接入，實(shí)現(xiàn)更大范圍的網(wǎng)聯(lián)服務(wù)，提供交通效率提升服務(wù)；

（4）V2P（Vehicle to Pedestrian，車到人）：主要提供行人車輛的安全提醒，側(cè)重于保護(hù)行人安全。

3GPP 的V2X 標(biāo)準(zhǔn)化工作分為：面向輔助駕駛應(yīng)用的LTE-V2X，實(shí)現(xiàn)部分增強(qiáng)業(yè)務(wù)的LTE-V2X 和面向自動駕駛應(yīng)用的5G 新空口NR-V2X 三個階段[6]。NR-V2X 具有增強(qiáng)的新NR 系統(tǒng)以及NR 直通鏈路傳輸模式，可以滿足車輛通信過程中對高可靠、低時(shí)延的要求，旨在提供車輛編隊(duì)駕駛（Vehicle Platooning）、傳感共享（Sensor and state map sharing，SSMS)、遠(yuǎn)程駕駛（Remote Drive）等能力[7]。

編隊(duì)駕駛：實(shí)現(xiàn)多個車輛自動編隊(duì)行駛，隊(duì)伍中所有車輛接受頭車周期性的廣播數(shù)據(jù)。編隊(duì)操作可以實(shí)現(xiàn)后車跟隨式的自動駕駛。

傳感共享：車輛和路邊單元通過傳感器獲得的數(shù)據(jù)共享給周邊車輛，允許車輛協(xié)調(diào)運(yùn)動軌跡或操作，從而提高駕駛安全性，提高交通效率；實(shí)現(xiàn)車、路、人、網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)交換，擴(kuò)展車輛傳感器的探測范圍，從而使車輛增強(qiáng)了對自身環(huán)境的感知能力。

遠(yuǎn)程駕駛：實(shí)現(xiàn)在某些駕駛條件受限或者行駛軌跡相對固定的場景下，由駕駛?cè)藛T或程序遠(yuǎn)程駕駛車輛。

3GPP 針對每種應(yīng)用場景提供了用例說明，其對于數(shù)據(jù)速率、可靠性、時(shí)延要求和車輛行駛速度等需求不盡相同，NR-V2X 采用了不同的技術(shù)組合來滿足這些需求。下面，將對3GPP所給出的部分用例及其技術(shù)支持進(jìn)行分析[8][9][10]。

（1）編隊(duì)駕駛

編隊(duì)駕駛使車輛能夠緊密地在一起安全行駛。這就減少了高速公路上許多車輛使用的空間。因此，更多的車輛可以使用公路而沒有交通堵塞。通過編隊(duì)行駛，可以減小車輛阻力，提高安全和舒適性，同時(shí)也可以減少總體油耗。為了保持編隊(duì)中車輛之間的距離，車輛需要共享速度、航向和制動、加速等意圖等狀態(tài)信息。編隊(duì)駕駛應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)需要支持車輛的加入或離開；完成編隊(duì)操作的通知或者告警；以及在編隊(duì)中進(jìn)行群組通信等功能。

正常密度編隊(duì)的車輛間距可以大于2 m。當(dāng)編隊(duì)以100 公里/小時(shí)的速度行駛時(shí)，車輛以36 ms 的速度行駛1 m，考慮到往返時(shí)間和處理延遲，要求300～400 字節(jié)左右的信息傳輸時(shí)延應(yīng)小于25 ms。對于車輛間距為1 m 的高密度編隊(duì)，當(dāng)編隊(duì)以100 公里/小時(shí)的速度移動時(shí)，車輛在36 ms 內(nèi)移動1 米?？紤]到往返時(shí)間和處理延遲要求50～1200 字節(jié)左右的信息傳輸時(shí)延應(yīng)小于10 ms。

（2）傳感共享

傳感共享全稱為傳感器和狀態(tài)地圖共享，它通過共享原始或經(jīng)過處理的傳感器數(shù)據(jù)來建立集群的狀態(tài)感知，以實(shí)現(xiàn)從局部范圍到網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的狀態(tài)感知。這一應(yīng)用將利用高可靠性傳輸?shù)忍匦詫?shí)現(xiàn)協(xié)同駕駛，路口安全等行人和車輛的緊急通信。由于在這一應(yīng)用中涉及到大量的傳感器，因此需要大于25 Mbps 的數(shù)據(jù)帶寬，小于10 毫秒端到端時(shí)延，還應(yīng)支持高精度的定位技術(shù)。

（3）遠(yuǎn)程駕駛

遠(yuǎn)程駕駛不同于自動駕駛，可以由操作人員根據(jù)實(shí)時(shí)視頻輕松了解車輛的潛在危險(xiǎn)，發(fā)送遠(yuǎn)程命令。其實(shí)時(shí)視頻流不僅包括外部圖像，還包括內(nèi)部圖像，同時(shí)還需要對如乘客上下車等更多樣化的場景做出反應(yīng)，并通過云數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)車輛之間的協(xié)調(diào)，這種協(xié)調(diào)將減少潛在的交通擁堵，整體出行時(shí)間，導(dǎo)致更好的燃油效率。遠(yuǎn)程駕駛必須滿足高質(zhì)量視頻流的可靠性傳輸需求，假設(shè)H.265/HEVC HD 流高達(dá)10 Mbps，則該應(yīng)用需要系統(tǒng)應(yīng)支持99.999%或更高的UL 和DL 可靠性，同時(shí)可以滿足250 km/h 的移動性需求。

3 NR-V2X 在智能網(wǎng)聯(lián)中的應(yīng)用

NR-V2X 為滿足低時(shí)延和高可靠性的的性能需求，采用直通鏈路和資源池等關(guān)鍵技術(shù)作為支撐。在本節(jié)中，將研究NR-V2X 在智能網(wǎng)聯(lián)應(yīng)用中的資源分配，設(shè)計(jì)最適合智能網(wǎng)聯(lián)性能需求的應(yīng)用模式。

在NR-V2X 通信中，終端可以從共享許可載波或?qū)Ｓ玫闹蓖ㄦ溌份d波中分配資源，分配資源的模式為基站分配資源和用戶設(shè)備自主選擇資源兩種。

基站分配資源模式：由基站負(fù)責(zé)NR 直通鏈路調(diào)度，在信令控制方式上可以選擇高層信令完全控制和高層信令與物理信道下行控制信息配合的方式。

基站分配資源分配模式具體過程如圖1 所示。

圖1 基站分配資源分配模式

用戶設(shè)備自主選擇資源模式：該模式下，用戶設(shè)備可以自主完成資源選擇，其選擇需要通過頻譜感知和資源選擇來完成。在一定時(shí)間范圍內(nèi)，用戶設(shè)備感知資源池中的信息，為隨后的信息傳輸選擇合適的資源。用戶設(shè)備根據(jù)自身預(yù)配置信息，自主感知選擇直通鏈路，通過PSCCH傳輸直通鏈路控制信息（Sidelink Control Information，SCI），由于用戶設(shè)備利用預(yù)配置信息進(jìn)行資源分配，則該模式下，網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)外的用戶設(shè)備都可以使用該模式。用戶設(shè)備自主選擇資源模式具體過程如圖2 所示。

圖2 用戶設(shè)備自主選擇資源模式

對比上述兩種模式，由于在智能網(wǎng)聯(lián)應(yīng)用中，車際網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)車輛間或車輛與路側(cè)通信設(shè)施之間中短程距離通信的動態(tài)網(wǎng)絡(luò)，是NR-V2X 技術(shù)重點(diǎn)應(yīng)用的場景。在車輛、道路和行人之間直接進(jìn)行數(shù)據(jù)和信息交換，將一個個獨(dú)立的車輛通過信息通信連成一體，采用自組網(wǎng)技術(shù)，通過車輛間或車輛與路側(cè)通信設(shè)施之間的無線通信，使駕駛員能夠在超視距范圍內(nèi)獲得其他車輛的狀況信息（如車輛位置，行使駛方向，行車速度，剎車操作等）和實(shí)時(shí)路況信息，還可以通過路邊的站點(diǎn)接入互聯(lián)網(wǎng)，使司機(jī)和乘客可以方便地獲取天氣狀況，實(shí)時(shí)交通狀況，商店購物或網(wǎng)絡(luò)娛樂等相關(guān)信息。由此可見，采用圖2 所示的用戶設(shè)備自主選擇資源模式，可以更方便地進(jìn)行直通鏈路的資源選擇，進(jìn)一步支持智能網(wǎng)聯(lián)業(yè)務(wù)需求的實(shí)現(xiàn)。

NR-V2X 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)目前仍在制定過程中，預(yù)計(jì)將于2022 年完成完整標(biāo)準(zhǔn)版本的制定。在未來全天候、全天候的無人駕駛，NR-V2X 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)將作為基于5G 新空口的演進(jìn)階段，成為智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)的重要補(bǔ)充。

4 小結(jié)

智能網(wǎng)聯(lián)是將通信技術(shù)與汽車的電子化、智能化相融合的技術(shù)體系，需要車輛之間以及車輛與X（人、車、路、云端等）的信息交互的支持。NR-V2X 技術(shù)作為3GPP 標(biāo)準(zhǔn)化的第三階段，可以支持車輛與互聯(lián)網(wǎng)之間的全面信息交互，其關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)可以滿足智能網(wǎng)聯(lián)汽車的業(yè)務(wù)需求。本文結(jié)合目前3GPP NR-V2X 標(biāo)準(zhǔn)化的最新進(jìn)展，介紹了NR-V2X 的應(yīng)用場景，并對其在智能網(wǎng)聯(lián)中的應(yīng)用模式進(jìn)行了研究和總結(jié)，后續(xù)將對NR-V2X 的應(yīng)用方案做進(jìn)一步的研究，以期推動汽車產(chǎn)業(yè)網(wǎng)聯(lián)化的進(jìn)一步發(fā)展。