車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)C-V2X之10件事

基于蜂巢式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的C-V2X是一項(xiàng)極為先進(jìn)的無線連接技術(shù)，以符合潮流的安全駕駛以及自動(dòng)化駕駛解決方案，具備未來升級(jí)5G的延展性。C-V2X可透過采用直接通訊模式，支持與其他汽車、行人終端及道路旁基礎(chǔ)設(shè)施(如交通信號(hào)和施工區(qū)域)進(jìn)行直接通訊，無需使用蜂巢式網(wǎng)絡(luò)或成為移動(dòng)數(shù)據(jù)電信用戶。

在先進(jìn)的車聯(lián)網(wǎng)(vehicle-to-everything)技術(shù)方面，高通公司在C-V2X(Cellular Vehicle-to-Everything或Cellular-V2X)和基于802.11p的DSRC業(yè)務(wù)方面都非常重要(我們將兩款芯片商品化)。高通公司剛推出商用802.11p / DSRC解決方案，并宣布今年(2018)底推出首款C-V2X直接通信芯片組。

高通是最早支持802.11p的公司之一，并且在過去十年中參與了全球示范和試點(diǎn)項(xiàng)目。在C-V2X方面，高通目前與奧迪(Audi)、PSA、福特(Ford)、日產(chǎn)(Nissan)和其他生態(tài)系統(tǒng)參與者之間展開合作，于歐洲、北美、中國、日本和韓國進(jìn)行測(cè)試計(jì)劃。

V2X的兩項(xiàng)無線電技術(shù)

存在兩套關(guān)于V2X直接通信的關(guān)鍵規(guī)范，這兩種技術(shù)都設(shè)計(jì)于5.9 GHz ITS頻譜上運(yùn)行，并且都能夠獨(dú)立于蜂巢式網(wǎng)絡(luò)，覆蓋范圍或網(wǎng)絡(luò)營運(yùn)商的參與而工作，以下是各自的簡(jiǎn)要說明：

基于802.11p-based技術(shù)：IEEE 802.11于1999年接受標(biāo)準(zhǔn)化的802.11a Wi-Fi技術(shù)，以分別支持美國和歐洲的802.11p無線電，通常分別稱為DSRC和ITS-G5。802.11p規(guī)范于2012年完成，使用802.11a的半時(shí)鐘版本，利用現(xiàn)在已有二十年歷史的無線電技術(shù)，該無線電技術(shù)用于替代無線以太網(wǎng)絡(luò)(Ethernet)電纜，而不是高速移動(dòng)應(yīng)用程序。802.11p由于容易受到擁塞和低性能的缺點(diǎn)而導(dǎo)致在有限范圍和未確定的性能領(lǐng)域紀(jì)載，限制可以服務(wù)的實(shí)用性和整體應(yīng)用程序組，當(dāng)然會(huì)對(duì)其支持安全能力產(chǎn)生懷疑。當(dāng)802.11p具有創(chuàng)新性，但汽車現(xiàn)在有很多主動(dòng)式傳感器，包括攝影機(jī)、雷達(dá)和激光雷達(dá)(LiDar)，所有這些都強(qiáng)制V2X無線傳感器提供額外的價(jià)值，包括更遠(yuǎn)距離和可靠性，特別是在其他車輛和建筑物妨礙車輛視覺系統(tǒng)的非視距傳輸系統(tǒng)(NLOS)方案中。

C-V2X：最近3GPP標(biāo)準(zhǔn)組織優(yōu)化了LTE Direct技術(shù)，并于2017年3GPP版本14中定義了汽車應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，通常稱為Cellular-V2X直接通信，或稱為PC5或Sidelink。C-V2X的優(yōu)勢(shì)在于基于高速移動(dòng)應(yīng)用的技術(shù)，并針對(duì)汽車使用案例進(jìn)行了進(jìn)一步改進(jìn)，基于802.11p在多年研究，觀察到無線通信的基礎(chǔ)性發(fā)展以及需要支持安全和自動(dòng)駕駛的增強(qiáng)一系列新的汽車應(yīng)用。C-V2X包括直接通信和基于網(wǎng)絡(luò)的通信，但在本文中，我們完全專注于支持車對(duì)車(V2V)、車對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施(V2I)和車對(duì)人( V2P)，雖然汽車到網(wǎng)絡(luò)(V2N)的價(jià)值和重要性非常重要。因?yàn)橐褟淖畛醯幕具h(yuǎn)程訊息處理服務(wù)、連接訊息娛樂，到現(xiàn)在旨在支持無人駕駛車遠(yuǎn)程操作的汽車應(yīng)用。

近20年來，將802.11p和Cellular-V2X直接通信分開，無線通信發(fā)展演變，從2G蜂巢式網(wǎng)絡(luò)演變到5G的出現(xiàn)，以及移動(dòng)裝置的根本性變化。即使在Wi-Fi領(lǐng)域，在802.11a之后，還有802.11b、802.11g、802.11n、802.11ac和現(xiàn)在的802.11ax 幾代的改進(jìn)。802.11p是一項(xiàng)開拓性技術(shù)，有助于未來5G的協(xié)議和應(yīng)用。

明了C-V2X的10件事

1、準(zhǔn)備時(shí)間邁入到商業(yè)化：預(yù)計(jì)2019年稍早C-V2X就已準(zhǔn)備好使用高通9150 C-V2X芯片組投入生產(chǎn)的產(chǎn)品，邁入競(jìng)爭(zhēng)生態(tài)系統(tǒng)的解決方案。3GPP Release 14 PC5已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，支持汽車制造商、一級(jí)供貨商、二級(jí)模塊制造商、汽車軟件開發(fā)商、移動(dòng)營運(yùn)商、全球半導(dǎo)體公司、測(cè)試設(shè)備供貨商、電信供貨商、交通信號(hào)供貨商和道路營運(yùn)商。從5G汽車協(xié)會(huì)(5GAA)80多個(gè)全球成員，其中包括來自主要地區(qū)的汽車制造商，透過C-V2X利用多年來標(biāo)準(zhǔn)化和開發(fā)的ITS軟件和應(yīng)用程序，促進(jìn)汽車投資，盡管采用了無線電交換技術(shù)，但仍可以充分利用。生態(tài)系統(tǒng)(汽車供貨商和軟件供貨商)已準(zhǔn)備好在車輛和受限制的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行商業(yè)化。C-V2X縮短了無線技術(shù)中常見的直接無線電換出(straight-forward radio swap-out)的開發(fā)時(shí)間，改變了PHY / MAC并保留了軟件和應(yīng)用。將C-V2X結(jié)合到車載嵌入式無線調(diào)制解調(diào)器中可以節(jié)省成本，從而可以加快C-V2X直接通信的市場(chǎng)附加費(fèi)率。

2、卓越的射程和無線電性能：通過改進(jìn)調(diào)制和編碼以及更好的接收器和LTE技術(shù)帶來的整體技術(shù)進(jìn)步，C-V2X可以提供更高的通信范圍(約2倍的視距)，更好的非視距(Non-Line-of-Sight)性能，提高可靠性(更低的封包數(shù)據(jù)錯(cuò)誤率)，更高的容量與基于IEEE 802.11p的無線電技術(shù)相比，在更密集的環(huán)境中擁有出色的擁塞控制能力。這只是基于基礎(chǔ)物理。802.11p在CSMA協(xié)議中隱藏節(jié)點(diǎn)的眾所周知的問題，可能導(dǎo)致過度的數(shù)據(jù)包沖突，但是C-V2X旨在確?？拷膬膳_(tái)設(shè)備不會(huì)在同一個(gè)框架中挑選資源，從而提高密集環(huán)境中的性能。這透過實(shí)證分析、模擬、實(shí)驗(yàn)室結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果得到證實(shí)。

C-V2X直接通信方面的增強(qiáng)功能可為安全和未來自動(dòng)駕駛在不同情境下(例如不同道路/交通狀況和車輛速度)帶來卓越性能。經(jīng)過嚴(yán)格的測(cè)試，汽車制造商證明了C-V2X PC5與IEEE 802.11p的優(yōu)越性能。

3、可預(yù)測(cè)的效能：有別于802.11p不同，C-V2X直接通信旨在基于3GPP無線電規(guī)范中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)化最低性能要求，在現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中提供可預(yù)測(cè)和一致的性能。例如3GPP針對(duì)不同頻道條件和速度高達(dá)500km / h的可靠通信定義誤塊率(BLER)的最低要求(如在存在高多普勒效應(yīng)(Doppler)、衰落、時(shí)間和頻率誤差的情況下)。與基于IEEE 802.11p的技術(shù)不同，C-V2X直接通信收發(fā)器/芯片組供貨商必須遵守這些規(guī)范，從而實(shí)現(xiàn)可預(yù)測(cè)和統(tǒng)一的性能。由于802.11p沒有規(guī)定最低性能要求，因此其性能可能無法預(yù)測(cè)，并且不適用于真實(shí)汽車部署場(chǎng)景中的安全應(yīng)用。802.11p容易受到干擾，因?yàn)槿狈ο笳鹘徊娲嫒∈沟脗鬏斎菀资艿蕉堂}沖的影響。

4、兼容性：C-V2X旨在為5G提供一個(gè)演進(jìn)路徑，并且可以向前/向后兼容。透過設(shè)計(jì)，C-V2X演進(jìn)可以利用無線通信的最新進(jìn)展，同時(shí)保持向后兼容性。Rel-14 C-V2X向基于5G NR的C-V2X進(jìn)行了強(qiáng)大的演進(jìn)，可以在補(bǔ)充以及新功能的同時(shí)增強(qiáng)Rel-14，同時(shí)保持向后兼容性。Rel-14可用于車輛之間的基本安全通信，基于5G NR的C-V2X可用于先進(jìn)的自動(dòng)駕駛車使用案例?；?G NR的C-V2X旨在為自動(dòng)駕駛車使用案例提供高生產(chǎn)率、支持寬帶、超低潛伏期和可靠性，例如傳感器共享、意向共享和3D HD地圖更新。由于C-V2X直接通信不依賴蜂巢式網(wǎng)絡(luò)，因此R14和未來版本可以在不依賴或依賴無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋的情況下運(yùn)行。從Rel-14到基于5G NR的C-V2X的C-V2X技術(shù)平臺(tái)具有安全意識(shí)、堅(jiān)固又可靠，并且可以提供豐富的差異化體驗(yàn)。

5、成本效益：C-V2X可以整合到蜂巢式調(diào)制解調(diào)器芯片組產(chǎn)品中，與802.11p / DSRC相比，基于C-V2X的解決方案更經(jīng)濟(jì)高效。

6、ITS頻譜和投資可重復(fù)利用：C-V2X直接通信設(shè)計(jì)用于ITS頻譜，其無線電換出可縮短其開發(fā)時(shí)間，可重復(fù)使用多年的V2X軟件投資?？梢詮钠嚇?biāo)準(zhǔn)組織定義已建立的安全和傳輸層以及應(yīng)用協(xié)議中受益，包括：汽車工程師協(xié)會(huì)(SAE)、國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)、歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(ETSI)和電氣與電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE 1609工作組)。

7、低延遲：C-V2X專為低延遲直接通信而設(shè)計(jì)。安全訊息(如道路危險(xiǎn)警告)可以使用全球統(tǒng)一的5.9 GHz ITS頻譜中的低延遲傳輸直接通信來發(fā)送。C-V2X的最小傳輸延遲最多為4ms，并且可能會(huì)更低，具體取決于執(zhí)行。

8、高速移動(dòng)使用：不同于取代以太網(wǎng)布線的Wi-Fi技術(shù)，蜂巢式系統(tǒng)專為高速移動(dòng)而設(shè)計(jì)。由于物理層缺乏增強(qiáng)功能，802.11p需要高級(jí)接收器實(shí)現(xiàn)以高速運(yùn)行。另一方面，C-V2X直接通信利用其蜂巢式傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，專為高速車輛使用案例而設(shè)計(jì)。透過分析得知，R14 C-V2X直接通信在5.9 GHz頻段內(nèi)可以達(dá)到500 km / h的相對(duì)速度。C-V2X直接通信信號(hào)設(shè)計(jì)提升可在高速下實(shí)現(xiàn)的穩(wěn)定性能，而無需采用先進(jìn)的接收器來執(zhí)行(即使使用編碼位的高級(jí)接收器實(shí)現(xiàn)是非常可能的并且可以提供更高的性能)。此外與802.11p不同的是，存在高多普勒效應(yīng)、衰落、時(shí)間和頻率誤差的情況下，通過定義最低性能要求，其性能是可能的。

9、健全的同步性：即使沒有全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)，C-V2X也擁有強(qiáng)大的機(jī)制，可支持來自不同來源的經(jīng)濟(jì)高效的同步。實(shí)際上，兩種V2X技術(shù)都依賴GNSS獲取位置信息，這對(duì)于ITS安全應(yīng)用的運(yùn)行是必需的。獲取微秒級(jí)timing比從GNSS獲取定位信息更可靠，因?yàn)槎〞r(shí)對(duì)于多路徑誤差穩(wěn)健。此外，在GNSS覆蓋范圍較小的情況下，V2X系統(tǒng)在定時(shí)精準(zhǔn)度丟失之前可能會(huì)失去定位精準(zhǔn)度。在沒有GNSS的情況下，3GPP已經(jīng)為車輛定義了詳細(xì)的協(xié)議，以使用不同的同步源，包括其他汽車、eNodeB和RSU定時(shí)。

10、安全性：針對(duì)任何V2X應(yīng)用程序，以安全為中心的溝通都非常重要。C-V2X受益于上述汽車和無線標(biāo)準(zhǔn)組織定義的既定安全和傳輸層以及應(yīng)用協(xié)議。還有，蜂巢式通信(V2N)也可以受益的。

結(jié)語

專用短程通訊技術(shù)(DSRC)此一基于Wi-Fi技術(shù)的通訊方式。但這是一個(gè)相對(duì)傳統(tǒng)的技術(shù)，已經(jīng)有15年的歷史，而且在技術(shù)上也有一些缺陷，像是覆蓋范圍的限制。

如果兩輛汽車相向行駛的情況下，DSRC只有在達(dá)到C-V2X一半距離和速度的時(shí)候，才會(huì)開始運(yùn)行。舉例來說，如果兩輛車以每小時(shí)45公里的速度行駛，那么C-V2X可以在車距為450公尺的時(shí)候發(fā)出提醒。若使用DSRC技術(shù)，只能在約250公尺才能偵測(cè)到目標(biāo)。

C-V2X技術(shù)有助于在非直線性范圍內(nèi)進(jìn)行事故車輛檢測(cè)。當(dāng)前方道路轉(zhuǎn)彎處有一輛事故車輛，在正常的駕駛過程中，駕駛員的眼睛是看不到事故車輛的，但是當(dāng)車輛進(jìn)入到了C-V2X的范圍內(nèi)，車輛就會(huì)收到通知，知道前方車輛擋在哪個(gè)車道上，可以廣播車輛的位置。駕駛者因此可以知道前方有危險(xiǎn)，從而降低車速來規(guī)避危險(xiǎn)。

C-V2X是3GPP在R14的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)C-V2X也是一個(gè)持續(xù)演進(jìn)、不斷完善的標(biāo)準(zhǔn)。不僅如此，在4G時(shí)代對(duì)C-V2X的投資也可以延續(xù)到5G時(shí)代，應(yīng)用在5G的基礎(chǔ)設(shè)施中，這也是C-V2X優(yōu)于DSRC之一。