鮮棗課堂 發表於 2020-12-01 10:08:03
V2X是什麼
V2X，即vehicle to everything，車聯萬物。
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（車對基礎設施）、V2N（車對網絡），讓駕乘體驗更加舒適，交通環境更加安全，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，那該多好啊！
其實，利用V2I（車對基礎設施）、V2N（車對網絡）技術，就可以掌控全局的交通流量，大幅縮減等待時間，從而實現「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）技術就可以派上用場了。它能夠在非視距情況下，捕捉周圍環境的信息，讓我們擁有「上帝視角」，對潛在威脅進行提前準備。
來源: KEYSIGHT
實際上，我們應該把V2X技術理解為高級駕駛輔助系統（ADAS）的一部分。V2X和其它多種多樣的傳感器（如攝像頭，雷射雷達等）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設施進行溝通交流，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通信技術規範，它們分別是：
DSRC（專用短距離無線通信）：基於IEEE 802.11p，歐洲的ITS-G5同樣是基於該物理層技術，我們在這裡只討論DSRC即可
C-V2X（蜂窩車聯網）：基於3GPP LTE
來源: KEYSIGHT
DSRC已經存在很多年了，因為存在一些先天的不足，發展過程並不順利。相比之下，3GPP的C-V2X有很多優勢，所以這幾年發展很快。
我們不妨從各個角度來比較一下這兩種技術方案：
首先，從技術角度來看。
5GAA（5G汽車聯盟）針對DSRC和C-V2X，在實驗室及外場進行了試驗對比。結果證實，C-V2X在很多方面的性能，都要優於DSRC。比如，C-V2X支持更遠的通信距離、更佳的非視距性能、更強的可靠性、更高的容量和更佳的擁塞控制等。（詳細的測試報告請參考文末附件）
來源: 5GAA測試報告P-190033
其次，再從成本和標準化的角度來看。
在這兩方面，C-V2X也有一些顯著的優勢：
C-V2X基於蜂窩網絡，與目前的4G和5G網絡可以復用，網絡覆蓋範圍廣，部署成本較低。相反，基於802.11p的DSRC技術，在組網時需要新建更大量的路側單元RSU，部署成本很高
C-V2X基於3GPP標準，全球範圍內具備更佳的兼容性
C-V2X演進路線非常清晰，且後向兼容（LTE C-V2X NR C-V2X）
來源: Qualcomm
最後，從政策支持的角度來看。
在這方面，C-V2X也有後來居上之勢：
美國之前一直支持DSRC，但是最近的態度開始有所轉變，偏向C-V2X。美國聯邦通信委員會FCC最近針對5.9GHz的重新分配進行了投票，結果，劃了20MHz給C-V2X專用
歐洲的態度比較糾結，DSRC和C-V2X兩種技術都表示支持
中國擁有全球最大的LTE網絡，綜合考慮應用價值、成本、性能、專利、政策、產業成熟度等各方面因素，C-V2X無疑是我國V2X技術路線的首選。頻譜方面，劃定了20MHz給C-V2X專用
▉ C-V2X的3GPP標準化進展
C-V2X未來能否走向成功，僅靠通信行業的支持是不夠的。它還需要來自汽車行業代表的有力支持。
2016年9月，5GAA聯盟成立，截至目前已有一百多名汽車和通信行業代表參與其中，共同推進全球C-V2X的開發部署。
針對C-V2X，3GPP採取了分階段迭代的發展策略：
第一階段，是LTE-V2X （R14）和LTE-eV2X （R15），主要是針對V2X進行安全增強
第二階段，是NR-V2X （R16及其演進版本）, 聚焦自動駕駛場景
來源: KEYSIGHT
R16已經支持車輛編隊、高級駕駛、外延傳感、遠程駕駛等場景。
來源: 3GPP TS 22.186
筆者預計，與LTE-V2X類似，NR-V2X也將經歷至少兩個版本（甚至更多）的演進和迭代。當前3GPP已經啟動了R17技術標準的研究工作，初步規劃了R17的主要增強技術，繼續對現有版本進行演進。
來源: 3GPP官網
▉ C-V2X的關鍵技術
首先從架構的角度看。非漫遊場景下，5G支持V2X的架構如下圖所示：
來源: 3GPP TS 23.287
筆者認為，MEC將會是V2X很重要的一個關注點（並沒有在架構圖中直接畫出）。
根據Intel的研究報告，2020年，一輛自動駕駛汽車每天將使用4000GB的數據。相比之下，一個網際網路用戶每天使用的數據大約是1.5GB。車輛和道路的數量龐大且複雜，加之傳感器數量的增加，由此會帶來的大數據處理和存儲的難題。
MEC是解決這一難題的有效手段。藉助MEC技術，很多服務可以部署到更加靠近車輛和道路等數據源的地方，節省網絡資源並降低延遲。
接下來，我們從接口的角度看。
常常有人會問：「在沒有網絡覆蓋的條件下，C-V2X如何工作？」
前面的架構圖告訴我們，即使是在沒有4G/5G網絡覆蓋的環境下，C-V2X還是可以利用PC5接口進行彼此通信的。
Uu接口主要是用來實現時延不敏感業務，進行信息共享和提前預測。
PC5接口主要是用來實現低時延的業務，提高非視距條件下的可靠性。
來源: Qualcomm
PC5接口進一步區分為兩種工作模式：
模式3：藉助基站，通過控制信令接口Uu實現V2V數據的調度和接口管理。在這種情況下，採用動態的方式進行資源的調度，車車間採用PC5接口通信。
模式4：V2V數據調度和接口的管理是基於車車間的分布算法實現。
來源: Rohde & Schwarz
再從協議棧的角度來看。
基於PC5接口的協議棧，如下所示（基於Uu接口的協議棧和傳統的5G協議棧一樣，這裡不再贅述）：
來源: Qualcomm
3GPP定義了其中的PHY和MAC層，完全重用DSRC既有的高層協議規範（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。
最後，我們來簡單了解一下最新的NR-V2X在物理層和協議層方面做了哪些提升（3GPP TR 38.885的第5、6章節有較為詳細的描述。備註:協議規範中通常使用Sidelink這個詞來描述PC5所承擔的具體功能,簡稱SL），這裡僅針對PC5的提升方面進行簡要說明：
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 的資源分配上更規整，便於實現（如下圖所示），此外SL支持開環功率控制（OLPC）
同步方面，SL可以使用 S-PSS, S-SSS 完成同步
協議層方面，明確定義SL 通信有三種模式: RRC連接模式（RRC_CONNECTED）、空閒模式（RRC_IDLE）和未激活模式（NR情況下）（RRC_INACTIVE）。在空閒或未激活模式下UE的SL通信是通過SIB 消息裡的小區配置信息來完成的。
▉ 結語
目前，全球的C-V2X試驗案例正在不斷增加。
圍繞C-V2X的通信晶片、模組、終端、整車製造、測試驗證、運營服務、高精度定位和地圖服務等上下遊廠商，都在積極進行布局，希望搶佔市場先機。
行業普遍認為，基於C-V2X的車聯網，很可能成為5G時代最先成功的垂直行業應用場景。
來源: IMT-2020推進組C-V2X白皮書
在我們國家，政府層面非常鼓勵包括C-V2X在內的車聯網技術的發展。工信部、發改委、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。
據不完全統計，目前全國已經擁有超過30個測試示範區，其中包括上海、北京-河北、重慶、無錫（先導區）、杭州-桐鄉、浙江、武漢、長春、廣州、長沙、西安、成都、泰興、襄陽等16個國家級示範區。
這些示範區涵蓋了無人駕駛和V2X測試場景建設、LTE-V2X/5G車聯網應用、智慧交通技術應用等功能，提供了涉及安全、效率、信息服務、新能源汽車應用以及通信能力等的測試內容。
雖然車聯網技術正在飛速發展，我們也仍需意識到，車聯網最終目標的實現（包括自動駕駛的落地），是一個漫長的過程。除了技術和資金之外，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可，被用戶接受。
行業曾經指出，自動駕駛將分為若干個過程，逐步實現：
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， 路漫漫其修遠兮，C-V2X將上下而求索。
責任編輯：haq
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