LTE-V2X車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)與應(yīng)用

陳山枝，胡金玲，時(shí)巖，趙麗

（1.大唐電信科技產(chǎn)業(yè)集團(tuán)（電信科學(xué)技術(shù)研究院有限公司），北京 100191；2.北京郵電大學(xué)網(wǎng)絡(luò)與交換技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100876）

1 引言

車聯(lián)網(wǎng)指借助新一代信息通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車內(nèi)、車與人、車與車、車與路、車與服務(wù)平臺(tái)的全方位網(wǎng)絡(luò)連接，提升汽車智能化水平和自動(dòng)駕駛能力，從而提高交通效率，改善汽車駕乘感受，構(gòu)建汽車和交通服務(wù)新業(yè)態(tài)，為用戶提供智能、舒適、安全、節(jié)能、高效的綜合服務(wù)[1]。車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)預(yù)期在避免交通事故、提升道路安全、緩解擁堵、提高交通效率、降低能耗、降低環(huán)境污染等方面取得顯著效果。通信作為車聯(lián)網(wǎng)中的重要技術(shù)，是信息交互的載體，為車聯(lián)網(wǎng)提供全方位的網(wǎng)絡(luò)連接。

車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)向著智能化、網(wǎng)聯(lián)化方向演進(jìn)[1]，通信技術(shù)將聚焦于智能網(wǎng)聯(lián)汽車（intelligent and connected vehicle，ICV）、自動(dòng)駕駛等不同階段的應(yīng)用中。V2X（vehicle to everything）通信技術(shù)作為智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的信息交互關(guān)鍵技術(shù)，主要用于實(shí)現(xiàn)車間信息共享與協(xié)同控制的通信保障[2]。在未來的自動(dòng)駕駛應(yīng)用中，V2X通信技術(shù)是實(shí)現(xiàn)環(huán)境感知的重要技術(shù)之一，與傳統(tǒng)車載激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、攝像頭、超聲波等車載感知設(shè)備優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，為自動(dòng)駕駛汽車提供雷達(dá)無法實(shí)現(xiàn)的超視距和復(fù)雜環(huán)境感知能力。V2X通信通過和周邊車輛、道路、基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行通信，從時(shí)間、空間維度擴(kuò)大了車輛對(duì)交通與環(huán)境的感知范圍，能夠提前獲知周邊車輛操作信息、交通控制信息、擁堵預(yù)測(cè)信息、視覺盲區(qū)等周邊環(huán)境信息?？梢姡琕2X的應(yīng)用能夠增強(qiáng)環(huán)境感知能力、降低車載傳感器成本、使能多車信息融合決策。

目前，世界上用于V2X通信的主流技術(shù)包括專用短程通信（dedicated short range communication，DSRC）技術(shù)[3]和基于蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的C-V2X（cellular vehicle to everything）技術(shù)（包括LTE-V2X和5G NR-V2X）。美國(guó)、日本、歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)均積極開展了相關(guān)的技術(shù)研究和測(cè)試驗(yàn)證工作。

美國(guó)的V2X通信研究主要圍繞DSRC展開。在美國(guó)交通部與密歇根大學(xué)的支持下，通過SafetyPilot[4]、MCity[5]等項(xiàng)目驗(yàn)證了DSRC的有效性，并測(cè)試智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)。同時(shí)，美國(guó)積極推動(dòng)立法，于2016年12月頒布了關(guān)于聯(lián)邦機(jī)動(dòng)車安全標(biāo)準(zhǔn)中 V2V通信的 NPRM（notices of proposed rule making），對(duì)V2V通信設(shè)備的工作頻段、通信能力、市場(chǎng)滲透等給出了建議。2017年6 月，SAE（Society of Automotive Engineers）籌備成立了C-V2X工作組[6]，開展增強(qiáng)應(yīng)用、直通通信等研究。歐洲各國(guó)開展了Drive C2X[7]、C-ITS corridor[8]、simTD[9]等項(xiàng)目，對(duì)道路安全、交通管理與環(huán)境保護(hù)等應(yīng)用進(jìn)行了測(cè)試驗(yàn)證。日本于2012年2月發(fā)布了700 MHz頻段的10 MHz用于車車/車路防碰撞安全應(yīng)用的規(guī)范 ARIB STD-T109[10]；分別在廣島和東京進(jìn)行了外場(chǎng)測(cè)試，并已開始規(guī)模測(cè)試。

DSRC是美國(guó)主導(dǎo)的V2X通信協(xié)議，雖然產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)參與方包括許多車廠在DSRC系統(tǒng)上做了將近10年的研究和測(cè)試評(píng)估，但其商用進(jìn)展一直不理想，針對(duì)自動(dòng)駕駛等新應(yīng)用也沒有清晰的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)路線。中國(guó)亦因缺乏核心知識(shí)產(chǎn)權(quán)及產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，在DSRC的技術(shù)與應(yīng)用方面均不具有優(yōu)勢(shì)。

針對(duì)多樣化的車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景和需求，考慮LTE系統(tǒng)向垂直行業(yè)新業(yè)務(wù)的延伸，2010年大唐電信科技產(chǎn)業(yè)集團(tuán)（以下簡(jiǎn)稱大唐）率先開始面向智能交通應(yīng)用的LTE車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究，筆者在2013年代表大唐首次公開提出基于 LTE系統(tǒng)的LTE-V 技術(shù)[11,12]，現(xiàn)已成為 3GPP（The 3rd Generation Partnership Project）的LTE-V2X標(biāo)準(zhǔn)。LTE-V2X作為面向車路協(xié)同的通信綜合解決方案，能夠在高速移動(dòng)環(huán)境中提供低時(shí)延、高可靠、高速率、安全的通信能力，滿足車聯(lián)網(wǎng)多種應(yīng)用的需求，并且基于TD-LTE通信技術(shù)，從而能夠最大程度利用TD-LTE已部署網(wǎng)絡(luò)及終端芯片平臺(tái)等資源，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)投資，降低芯片成本。為此，本文將介紹LTE-V2X車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)研究及其演進(jìn)以及相關(guān)的研發(fā)和示范應(yīng)用。

2 LTE-V2X車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)

2.1 LTE-V2X車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

大唐在國(guó)內(nèi)外最早提出基于 LTE系統(tǒng)的LTE-V技術(shù)，包括蜂窩方式（LTE-V-cell）和直通方式（LTE-V-direct）兩種工作模式[11,12]。

（1）蜂窩方式

利用基站作為集中式的控制中心和數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)發(fā)中心，由基站完成集中式調(diào)度、擁塞控制和干擾協(xié)調(diào)等，可以顯著提高LTE-V2X的接入和組網(wǎng)效率，保證業(yè)務(wù)的連續(xù)性和可靠性。

（2）直通方式

車與車間直接通信，針對(duì)道路安全業(yè)務(wù)的低時(shí)延高可靠傳輸要求、節(jié)點(diǎn)高速運(yùn)動(dòng)、隱藏終端等挑戰(zhàn)，進(jìn)行了資源分配機(jī)制增強(qiáng)。

在實(shí)際應(yīng)用中，LTE-V-cell技術(shù)可以為車輛提供高速數(shù)據(jù)的連續(xù)性傳輸，LTE-V-direct技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)車車之間的信息交互，避免車輛碰撞發(fā)生事故。圖1為L(zhǎng)TE-V技術(shù)的典型工作場(chǎng)景。圖1（a）中，車輛通過基站或路側(cè)設(shè)備獲得與遠(yuǎn)端 ITS（intelligent transportation system，智能交通系統(tǒng)）服務(wù)器的IP地址接入；圖1（b）中，車輛通過不同的基站或路側(cè)設(shè)備，進(jìn)而通過云平臺(tái)，獲得分發(fā)的遠(yuǎn)距離車輛的信息；圖1（c）中，車輛間直接交互與道路安全相關(guān)的低時(shí)延安全業(yè)務(wù)信息；圖1（d）為非視距（not line of sight，NLOS）場(chǎng)景，車輛在十字路口由于建筑物的遮擋不能直接交互低時(shí)延安全業(yè)務(wù)，此時(shí)可以通過基站或路側(cè)設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)，獲得車輛間的道路安全信息。在上述場(chǎng)景中，圖1（c）可采用LTE-V-direct模式進(jìn)行通信，其他場(chǎng)景可采用LTE-V-cell模式進(jìn)行通信。

圖1 LTE-V典型工作場(chǎng)景

3GPP的LTE-V2X標(biāo)準(zhǔn)化過程中，為了加快進(jìn)程，確定基于 LTE-D2D（device-to-device）通信的物理層和高層進(jìn)行增強(qiáng)，以支持多種V2X業(yè)務(wù)。LTE-D2D系統(tǒng)主要為滿足商業(yè)應(yīng)用和公共安全的設(shè)備間通信，支持基站集中調(diào)度和分布式調(diào)度兩種方式。LTE-V2X由于要支持道路安全應(yīng)用，資源分配機(jī)制應(yīng)滿足低時(shí)延、高可靠、更高效等需求。與LTE-D2D類似，LTE-V2X也支持集中式調(diào)度（mode 3）和分布式調(diào)度（mode 4）。其中mode 3方式基于LTE-Uu接口進(jìn)行集中調(diào)度，mode 4方式基于PC5接口直通方式進(jìn)行分布式調(diào)度。

針對(duì)V2X通信中節(jié)點(diǎn)高速移動(dòng)、低時(shí)延高可靠傳輸需求等問題，3GPP LTE-V2X主要的技術(shù)增強(qiáng)包括以下方面[13-15]。

（1）子幀結(jié)構(gòu)增強(qiáng)設(shè)計(jì)

LTE-D2D的通信設(shè)備通常為靜止設(shè)備或低速移動(dòng)設(shè)備，而LTE-V2X中，車輛移動(dòng)速度較高，且可能工作在更高的頻段。假設(shè)車輛相對(duì)移動(dòng)速度為280 km/h，工作中心頻點(diǎn)為6 GHz，信道的相干時(shí)間約為0.277 ms。LTE-D2D中1個(gè)子幀1 ms中有2列參考信號(hào)，相隔為0.5 ms。如果不對(duì)參考信號(hào)設(shè)計(jì)進(jìn)行增強(qiáng)修改，高速移動(dòng)和高頻導(dǎo)致的多普勒效應(yīng)頻率偏移會(huì)對(duì)信道估計(jì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。因此LTE-V2X中重用LTE-D2D的解調(diào)參考信號(hào)（demodulation reference signal，DMRS）列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，但是將1個(gè)子幀1 ms中的2列DMRS參考信號(hào)增加到 4列，使得導(dǎo)頻密度在時(shí)域上有所增加，這樣LTE-V2X的DMRS參考信號(hào)時(shí)間間隔為0.25 ms，能夠有效處理典型高速場(chǎng)景高頻段的信道檢測(cè)、估計(jì)與補(bǔ)償。LTE-V2X PC5接口的控制信道及數(shù)據(jù)信道的子幀結(jié)構(gòu)如圖 2所示。

（2）資源復(fù)用

考慮 V2X業(yè)務(wù)分組大小可能發(fā)生變化，LTE-V2X仍重用 LTE-D2D中的控制信息 SA（scheduling assignment，調(diào)度分配）來指示初傳或重傳的數(shù)據(jù)分組大小。LTE-V2X的PC5口直通通信中設(shè)計(jì) SA指示的數(shù)據(jù)資源在同一個(gè)子幀進(jìn)行傳輸，即同一子幀中的 SA和數(shù)據(jù)的資源池進(jìn)行FDM（frequency division multiplexing，頻分復(fù)用）方式的資源復(fù)用。同時(shí)，SA和數(shù)據(jù)的資源池也可以采用TDM（time division multiplexing，時(shí)分復(fù)用）方式進(jìn)行復(fù)用。為進(jìn)一步降低SA的信令開銷，SA指示的資源粒度在頻域可以劃分為相同大小的子信道，數(shù)據(jù)傳輸可以使用一個(gè)或多個(gè)子信道。LTE-V2X資源池配置的頻域指示如圖3所示。

圖3 資源池配置的頻域指示方法

（3）資源分配機(jī)制

考慮到V2X業(yè)務(wù)的周期性，為了減少空口信令開銷，LTE-V2X直通通信的PC5接口采用了一種全新的分布式資源分配方案：感知（sensing）+預(yù)約的半持續(xù)調(diào)度（semi-persistent scheduling，SPS），如圖4所示。該方案充分利用V2X業(yè)務(wù)的周期性特點(diǎn)，一方面通過發(fā)送節(jié)點(diǎn)預(yù)約周期性的傳輸資源來承載待發(fā)送的周期性V2X業(yè)務(wù)；另一方面由于發(fā)送節(jié)點(diǎn)預(yù)約資源的周期性重復(fù)，有助于接收節(jié)點(diǎn)進(jìn)行資源狀態(tài)感知和沖突避免，提高了資源利用率，提升了傳輸可靠性。

圖4 LTE-V2X PC5接口的“感知+預(yù)約的半持續(xù)調(diào)度”機(jī)制時(shí)序

（4）同步機(jī)制

LTE-D2D系統(tǒng)中，基站作為同步源，蜂窩覆蓋內(nèi)節(jié)點(diǎn)與基站同步，部分覆蓋節(jié)點(diǎn)可以收到蜂窩覆蓋內(nèi)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的同步信號(hào)，因此部分覆蓋節(jié)點(diǎn)將蜂窩覆蓋內(nèi)節(jié)點(diǎn)的同步信息向覆蓋外節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)。LTE-V2X系統(tǒng)中，由于LTE-V2X通信節(jié)點(diǎn)支持GNSS（global navigation satellite system，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）模塊，可以直接獲得可靠GNSS信號(hào)的節(jié)點(diǎn)，由于定時(shí)和頻率精度較高，可直接作為同步源為周圍節(jié)點(diǎn)提供同步信息。如果在LTE-V2X與 LTE等蜂窩系統(tǒng)共享載波時(shí)，LTE-V2X直通通信的發(fā)送信號(hào)可能對(duì)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的上行造成干擾，在該場(chǎng)景下仍考慮以基站作為同步源，基站還可通過廣播的方式將基站與GNSS的時(shí)間偏差通知給UE（user equipment，用戶設(shè)備）進(jìn)行調(diào)整補(bǔ)償。因此在LTE-V2X中有GNSS、UE自同步和eNode B（evolved node B）3種同步源，由基站配置同步源和同步方式，覆蓋外采用預(yù)配置方式確定同步源，以便實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)統(tǒng)一的同步定時(shí)。

2.2 LTE-V2X與DSRC（IEEE 802.11p）的比較

作為車聯(lián)網(wǎng)的V2X無線通信技術(shù)，雖然IEEE 802.11p有先發(fā)優(yōu)勢(shì)，但是 LTE-V2X與 IEEE 802.11p相比，具有以下技術(shù)優(yōu)勢(shì)（見表1）。

除了表1所述的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，LTE-V2X還具有以下性能及網(wǎng)絡(luò)部署方面的優(yōu)勢(shì)。

表1 LTE-V2X與DSRC（IEEE 802.11p）的技術(shù)比較[3,13-16]

（1）更好的遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸可達(dá)性

IEEE 802.11p網(wǎng)絡(luò)采用多跳中繼進(jìn)行遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸，可能會(huì)受中繼節(jié)點(diǎn)的影響，可靠性不高。而LTE-V2X可利用LTE基站與云端服務(wù)器連接，進(jìn)行如高清影音等類型的高數(shù)據(jù)速率傳輸，具有更好的信息可達(dá)性。

（2）更高的非視距（NLOS）傳輸可靠性

LTE-V2X可利用蜂窩基站轉(zhuǎn)發(fā)的方式支持NLOS場(chǎng)景，由于基站可高架，天線高度更高，可提高NLOS場(chǎng)景的信息傳輸可靠性。

（3）網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和維護(hù)的優(yōu)勢(shì)

盡管IEEE 802.11p可利用現(xiàn)有的Wi-Fi基礎(chǔ)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)布局，由于 Wi-Fi接入點(diǎn)未達(dá)到蜂窩網(wǎng)絡(luò)的廣覆蓋和高業(yè)務(wù)質(zhì)量，不僅IEEE 802.11p的新建路側(cè)設(shè)備RSU（roadside unit）需要大量投資進(jìn)行部署，而且IEEE 802.11p的V2X通信安全相關(guān)設(shè)備、安全機(jī)制維護(hù)需要新投入資金。而LTE-V2X可以利用現(xiàn)有LTE網(wǎng)絡(luò)中的基站設(shè)備和安全等設(shè)備進(jìn)行升級(jí)擴(kuò)展，支持LTE-V2X實(shí)現(xiàn)車路通信和安全機(jī)制，可以利用已有LTE商用網(wǎng)絡(luò)，支持安全證書的更新以及路側(cè)設(shè)備的日常維護(hù)。

另外，LTE-V2X更有利于我國(guó)獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的自主創(chuàng)新。目前國(guó)內(nèi)在IEEE 802.11p系列技術(shù)和產(chǎn)業(yè)方面缺乏核心知識(shí)產(chǎn)權(quán)、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)及優(yōu)勢(shì)?；谖覈?guó)自主研發(fā)的 4G移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn) TD-LTE

①3GPP LTE-V2X標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展

在大唐等中國(guó)企業(yè)的推動(dòng)下，2015年2月，3GPP正式開始LTE-V2X技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，各工作組主要從業(yè)務(wù)需求、系統(tǒng)架構(gòu)、安全研究和空口技術(shù)4個(gè)方面開展工作。相關(guān)工作已經(jīng)取得了里程碑式的進(jìn)展，LTE-V2X標(biāo)準(zhǔn)已于2017年3月完成，并作為R14的重要特性發(fā)布。技術(shù)，進(jìn)行自主創(chuàng)新，LTE-V2X技術(shù)擁有核心自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，可打破國(guó)外產(chǎn)業(yè)在V2X通信技術(shù)壟斷，減少在知識(shí)產(chǎn)權(quán)方面的限制。

2.3 LTE-V2X車聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)及演進(jìn)

基于LTE-V2X相關(guān)技術(shù)研究進(jìn)展，國(guó)際、國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)組織關(guān)于LTE-V2X標(biāo)準(zhǔn)研制進(jìn)展迅速，并計(jì)劃開展5G NR V2X的相關(guān)研究。

（1）3GPP

3GPP的V2X通信標(biāo)準(zhǔn)化分為3個(gè)階段[17,18]，如圖5所示，其中，Q1、Q2、Q3、Q4分別表示第1季度、第2季度、第3季度、第4季度。支持LTE-V2X的3GPP R14版本標(biāo)準(zhǔn)（Phase 1）已在 2017年正式發(fā)布，支持 LTE-V2X增強(qiáng)的LTE-eV2X的R15版本標(biāo)準(zhǔn)（Phase 2）正在研究制定中，支持5G NR-V2X的標(biāo)準(zhǔn)只開始前期的評(píng)估研究，未正式開始標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)研究。

圖5 3GPP LTE-V2X及5G NR V2X標(biāo)準(zhǔn)研究進(jìn)展

空口技術(shù)由3GPP RAN工作組負(fù)責(zé)，由大唐、華為技術(shù)有限公司（以下簡(jiǎn)稱華為）和樂金電子（LGE）3家公司聯(lián)合牽頭進(jìn)行V2X標(biāo)準(zhǔn)研究第一階段工作，包括“基于LTE的V2X可行性研究”研究課題（study item，SI）、“基于LTE PC5接口的V2V”的標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)（work item，WI）以及“基于LTE的V2X業(yè)務(wù)”的標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)（WI）等，主要評(píng)估支持V2X業(yè)務(wù)增強(qiáng)技術(shù)的方法，研究基于PC5接口和Uu接口技術(shù)方案增強(qiáng)支持V2X業(yè)務(wù)，進(jìn)行信道結(jié)構(gòu)、同步過程、資源分配和相關(guān)的射頻指標(biāo)及性能要求等關(guān)鍵技術(shù)研究。

業(yè)務(wù)需求由3GPP SA1工作組負(fù)責(zé)，定義了LTE V2X支持的業(yè)務(wù)要求，包含車車、車路、車人以及車與網(wǎng)絡(luò)通信的27個(gè)用例，給出7種典型場(chǎng)景的性能要求。

系統(tǒng)架構(gòu)由3GPP SA2工作組負(fù)責(zé)，確定增強(qiáng)架構(gòu)至少要支持采用PC5接口傳輸?shù)腣2X業(yè)務(wù)和采用LTE-Uu接口的V2X業(yè)務(wù)。

安全方面由3GPP SA3工作組負(fù)責(zé)，調(diào)研V2X安全威脅，研究V2X安全需求并調(diào)研和評(píng)估對(duì)現(xiàn)有的安全功能和架構(gòu)的重用和增強(qiáng)以及支持V2X業(yè)務(wù)的LTE架構(gòu)增強(qiáng)。

② 3GPP LTE-eV2X標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展

2016年6月，3GPP SA1進(jìn)行“增強(qiáng)的V2X業(yè)務(wù)需求”的SI和WI標(biāo)準(zhǔn)研究工作[17]，在研究結(jié)果標(biāo)準(zhǔn) TS22.886[19]中，定義了 25個(gè)用例，共計(jì)五大類需求，包括自動(dòng)車隊(duì)駕駛、半/全自動(dòng)駕駛、支持?jǐn)U展傳感、遠(yuǎn)程駕駛和基本需求。

2017年3月，由大唐、華為和LGE 3家公司聯(lián)合牽頭“3GPP V2X第二階段標(biāo)準(zhǔn)研究”WI，主要包括載波聚合、發(fā)送分集、高階調(diào)制、資源池共享及減少時(shí)延、shorten TTI（shorten transmission time interval，短傳輸時(shí)間間隔）的可行性及增益等，預(yù)計(jì)將于2018年6月結(jié)項(xiàng)。

③ 5G NR-V2X標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展

2017年3月，3GPP RAN開始進(jìn)行V2X新型應(yīng)用評(píng)估方法研究的SI[18]，根據(jù)3GPP TS22.886[19]定義的增強(qiáng)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行評(píng)估研究，包括仿真場(chǎng)景、性能指標(biāo)、頻譜需求、信道模型和業(yè)務(wù)模型等，預(yù)計(jì)將于2018年6月結(jié)項(xiàng)。關(guān)于5G NR V2X通信技術(shù)研究立項(xiàng)工作正在開展，預(yù)計(jì)將于2018年下半年開始相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研究工作。

（2）ITU（International Telecommunication Union）

ITU-R（ITU Radio Communications Sector）研究了與智能交通相關(guān)的頻譜分配相關(guān)問題，將在2019年召開的WRC（World Radio communication Conference，世界無線電通信大會(huì)）上討論WRC-19 1.12議題“A globally or locally common frequency to be used in ITS applications”[20]，將在現(xiàn)有移動(dòng)業(yè)務(wù)劃分下，盡可能考慮全球或區(qū)域統(tǒng)一頻段。ITU-T（ITU Telecommunication Standardization Sector）也在車聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)方面積極展開工作，SG-17已開展協(xié)作智能交通安全標(biāo)準(zhǔn)研究工作。

（3）ISO（International Standardization Organization）

ISO TC204 WG#16工作組針對(duì)車聯(lián)網(wǎng)和智能交通系統(tǒng)中的通信技術(shù)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)研究。提出了CALM（communication access for land mobiles）的概念，支持蜂窩、短距等多種通信接入技術(shù)。已推動(dòng)CALM系統(tǒng)架構(gòu)對(duì)LTE-V2X技術(shù)的支持進(jìn)程，在ISO TC204 WG#16工作組立項(xiàng)制定標(biāo)準(zhǔn)ISO/CD 17515-3“Intelligent transport systems—evolved- universal terrestrial radio access network—part 3： LTE-V2X”[21]。

（4）國(guó)內(nèi)LTE-V2X標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展

國(guó)內(nèi)各行業(yè)協(xié)會(huì)和標(biāo)準(zhǔn)化組織高度重視LTE-V2X，如中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（CCSA）、中國(guó)智能交通產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（C-ITS）以及車載信息服務(wù)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用聯(lián)盟（TIAA）都已積極開展 LTE-V2X的相關(guān)研究及標(biāo)準(zhǔn)化工作。

CCSA在2014年開始進(jìn)行LTE-V2X的關(guān)鍵技術(shù)可行性研究、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的立項(xiàng)及研究，已于2017年通過了LTE-V2X多項(xiàng)行標(biāo)，包括《基于LTE的車聯(lián)網(wǎng)無線通信技術(shù) 總體技術(shù)要求》《基于LTE的車聯(lián)網(wǎng)無線通信技術(shù) 空中接口技術(shù)要求》等，計(jì)劃于2018年重點(diǎn)推進(jìn)《基于LTE的車聯(lián)網(wǎng)通信安全技術(shù)要求》《基于LTE的車聯(lián)網(wǎng)無線通信技術(shù) 路側(cè)設(shè)備技術(shù)要求》和《基于LTE的車聯(lián)網(wǎng)無線通信技術(shù) 終端設(shè)備技術(shù)要求》。

C-ITS產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟與中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)聯(lián)合，也積極開展制定 LTE-V2X應(yīng)用層及網(wǎng)絡(luò)層相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以推進(jìn)LTE-V2X技術(shù)在交通及汽車行業(yè)的應(yīng)用。2017年已完成了《合作式智能運(yùn)輸系統(tǒng)車用通信系統(tǒng)應(yīng)用層及應(yīng)用數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)》《基于LTE車聯(lián)網(wǎng)無線通信技術(shù)總體技術(shù)要求》《基于 ISO ITS框架的LTE-V2X標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)。計(jì)劃于2018年重點(diǎn)推進(jìn)《基于LTE的車聯(lián)網(wǎng)無線通信技術(shù)空中接口技術(shù)要求》《合作式智能交通運(yùn)輸系統(tǒng)通信架構(gòu)》《合作式智能交通運(yùn)輸系統(tǒng)增強(qiáng)應(yīng)用集》等標(biāo)準(zhǔn)的制定。

TIAA積極推動(dòng)車聯(lián)網(wǎng)頻譜相關(guān)的研究和測(cè)試工作。2016年根據(jù)工業(yè)和信息化部立項(xiàng)的“LTE-V2X技術(shù)應(yīng)用與頻率需求研究”項(xiàng)目，研究得出符合我國(guó)用車環(huán)境的 LTE-V2X安全類應(yīng)用場(chǎng)景和效率類應(yīng)用場(chǎng)景，建議我國(guó)LTE-V2X工作的目標(biāo)頻段為5 850～5 925 MHz。

2016年11月，工業(yè)和信息化部立項(xiàng)LTE-V2X頻率和兼容性驗(yàn)證研究項(xiàng)目。該項(xiàng)目完成以下測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：《LTE-V2X終端射頻技術(shù)要求和測(cè)試方法》《LTE-V2X終端性能技術(shù)要求和實(shí)驗(yàn)室測(cè)試方法》《LTE-V2X終端性能外場(chǎng)測(cè)試方法》《LTE-V2X終端干擾技術(shù)要求和測(cè)試方法》和《LTE-V2X終端干擾外場(chǎng)測(cè)試方法》。LTE-V2X頻率和兼容性項(xiàng)目的完成，不僅能夠驗(yàn)證LTE-V2X系統(tǒng)在 5.9 GHz頻段的可用性，而且能夠測(cè)試LTE-V2X系統(tǒng)與同頻鄰頻在用無線通信系統(tǒng)之間的安全隔離。

總之，目前國(guó)內(nèi)各標(biāo)準(zhǔn)組織的LTE-V2X相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)已進(jìn)入快速發(fā)展階段，包括應(yīng)用定義及需求、總體技術(shù)要求、關(guān)鍵技術(shù)、測(cè)試規(guī)范、頻譜需求和兼容性驗(yàn)證、信息安全等多方面，國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)仍需進(jìn)行各行業(yè)協(xié)會(huì)和標(biāo)準(zhǔn)化組織間的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，后續(xù)需要推進(jìn) LTE-V2X的產(chǎn)業(yè)化和在開放道路進(jìn)行試驗(yàn)。

3 LTE-V2X研發(fā)與示范應(yīng)用進(jìn)展

隨著LTE-V2X技術(shù)的成熟、國(guó)際國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)工作的快速開展以及相關(guān)頻譜研究的完善，工業(yè)和信息化部快速響應(yīng) LTE-V2X直連試驗(yàn)頻譜的申請(qǐng)，于2016年11月正式批復(fù)5 905～5 925 MHz共計(jì)20 MHz帶寬用于LTE-V2X試驗(yàn)，中國(guó)成為全球首個(gè)規(guī)劃 LTE-V2X直連專用測(cè)試頻譜的國(guó)家[22]。

2016年9月，由高通公司等通信公司和歐洲主要汽車企業(yè)，發(fā)起成立 5GAA聯(lián)盟，致力于C-V2X在歐洲乃至全球的推廣，目前已有涵蓋汽車、零部件供應(yīng)商、通信等領(lǐng)域的70余家成員。由于C-V2X發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，在美國(guó)，IEEE 802.11p強(qiáng)制立法受阻，高通公司、福特汽車公司已在美國(guó)聯(lián)合開展C-V2X測(cè)試。

為了促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，大唐憑借多年積累，針對(duì)V2X應(yīng)用已完成原型系統(tǒng)開發(fā)和技術(shù)驗(yàn)證。目前大唐基于自主研發(fā)的LTE-V芯片級(jí)解決方案，已經(jīng)完成LTE-V通信測(cè)試設(shè)備開發(fā)，并于2017年11月發(fā)布了LTE-V預(yù)商用通信模組，大唐和福特汽車公司開展了LTE-V實(shí)際道路聯(lián)合測(cè)試。華為也已開發(fā)了LTE-V通信原型設(shè)備，并對(duì)外宣布將于2018年提供LTE-V測(cè)試芯片。高通公司開發(fā)了C-V2X芯片組9150，商用芯片預(yù)計(jì)將于2018年下半年上市。

2017年9月，中國(guó)IMT-2020（5G）推進(jìn)組C-V2X工作組發(fā)布了 LTE-V2X測(cè)試規(guī)范，定義了實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下對(duì)LTE-V2X終端設(shè)備的功能、性能的測(cè)試方法、過程和測(cè)試計(jì)劃。2017年12月，中國(guó)信息通信研究院、大唐和華為共同合作，參照IMT-2020（5G）推進(jìn)組C-V2X工作組制定的互操作測(cè)試規(guī)范，開展了LTE-V2X終端直通互操作測(cè)試，業(yè)界首次實(shí)現(xiàn)基于3GPP R14標(biāo)準(zhǔn)的不同廠商間的終端直通互操作測(cè)試。該測(cè)試在短時(shí)間內(nèi)順利完成，進(jìn)一步驗(yàn)證了LTE-V2X技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和解決方案的成熟可靠。

結(jié)合“基于寬帶移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的智能汽車與智慧交通應(yīng)用示范”項(xiàng)目，工業(yè)和信息化部在上海、重慶、杭州、北京、長(zhǎng)春、武漢等城市推動(dòng)開展示范應(yīng)用，大唐和華為都參與了其中的試驗(yàn)。其中，上海示范區(qū)是工業(yè)和信息化部批準(zhǔn)的全國(guó)首個(gè)智能網(wǎng)聯(lián)汽車示范園區(qū)，目前已經(jīng)進(jìn)入基于公共道路的智能網(wǎng)聯(lián)汽車應(yīng)用示范階段；重慶示范區(qū)依托中國(guó)汽研在整車及零部件測(cè)試認(rèn)證方面的重要地位和獨(dú)特的地質(zhì)地貌、氣候環(huán)境，將全工況測(cè)試評(píng)價(jià)作為重要特色，目前也已進(jìn)入基于公共道路和公交車輛的智能網(wǎng)聯(lián)汽車預(yù)商用示范階段；長(zhǎng)春示范區(qū)為極寒環(huán)境的智能網(wǎng)聯(lián)測(cè)試基地；杭州云棲小鎮(zhèn)和烏鎮(zhèn)示范區(qū)重點(diǎn)展示 V2N（vehicle-to-network）相關(guān)應(yīng)用；無錫測(cè)試基地是江蘇省、工業(yè)和信息化部、公安部聯(lián)合建設(shè)的國(guó)家智能交通綜合測(cè)試基地，致力于開展智能交通管理的綜合測(cè)試；另外，京冀、武漢、南京、長(zhǎng)沙、常州等示范區(qū)或測(cè)試基地也都在設(shè)計(jì)和推進(jìn)中。

通過LTE-V2X研發(fā)與示范應(yīng)用的快速推進(jìn)，必將加速我國(guó)LTE-V2X的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，并推動(dòng)中國(guó)智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

4 發(fā)展展望與政策建議

4.1 技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)展望

未來，LTE-V2X技術(shù)將向5G V2X演進(jìn)。一方面，將面臨更加豐富的應(yīng)用場(chǎng)景及業(yè)務(wù)種類帶來的通信更高可靠性（99.999%）、更低時(shí)延（3～10 ms）的性能需求及需求時(shí)變不確定的問題；同時(shí)，還需考慮5G新空口（5G new radio，5G NR）的兼容性問題。研究車聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)邊緣計(jì)算（mobile edge computing，MEC）的結(jié)合，以提供車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中通信資源與計(jì)算資源的融合，滿足更高速率、更低時(shí)延的車聯(lián)網(wǎng)新型應(yīng)用需求。研究V2X通信的安全技術(shù)，構(gòu)建基于端、管、云三級(jí)體系架構(gòu)的可信體系，從終端安全、網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)安全 3個(gè)層級(jí)上構(gòu)建V2X安全防護(hù)體系。

國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)也部署了與車聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的項(xiàng)目群“面向5G應(yīng)用的車聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)”，包括“車聯(lián)網(wǎng)復(fù)雜移動(dòng)環(huán)境感知與建模理論”“高速移動(dòng)環(huán)境多址接入與低時(shí)延高可靠車輛通信”“車聯(lián)網(wǎng)資源優(yōu)化調(diào)度與車輛移動(dòng)優(yōu)化方法”3個(gè)重點(diǎn)項(xiàng)目以及車聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的其他面上項(xiàng)目、海外合作研究基金項(xiàng)目等。

4.2 產(chǎn)業(yè)發(fā)展與應(yīng)用展望

LTE-V2X技術(shù)已進(jìn)入發(fā)展的關(guān)鍵機(jī)遇期。國(guó)家層面高度重視車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展，2017年9月國(guó)家制造強(qiáng)國(guó)建設(shè)領(lǐng)導(dǎo)小組成立車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項(xiàng)委員會(huì)，明確了“促進(jìn)LTE-V2X車聯(lián)網(wǎng)無線通信技術(shù)等新技術(shù)的部署和應(yīng)用，推動(dòng)5G與車聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展”，強(qiáng)調(diào)統(tǒng)一布局、部門協(xié)同，統(tǒng)籌推進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。相關(guān)部委相繼出臺(tái)了相關(guān)政策與法規(guī)，鼓勵(lì)技術(shù)的開放創(chuàng)新。工業(yè)和信息化部從國(guó)家戰(zhàn)略、專項(xiàng)項(xiàng)目支持、政策保障、標(biāo)準(zhǔn)推進(jìn)、示范應(yīng)用等方面大力推進(jìn)。國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)組織起草《智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略》[23]，強(qiáng)調(diào)國(guó)家層面的統(tǒng)一布局，明確三大戰(zhàn)略愿景，即到2020年，智能汽車新車占比達(dá)到50%，大城市、高速公路的車用無線通信網(wǎng)絡(luò)（LTE-V2X）覆蓋率達(dá)到90%；到2025年，新車基本實(shí)現(xiàn)智能化，高級(jí)別智能汽車實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用，新一代車用無線通信網(wǎng)絡(luò)（5G-V2X）基本滿足智能汽車發(fā)展需要；到2035年，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)智能汽車享譽(yù)全球，率先建成智能汽車強(qiáng)國(guó)。

從技術(shù)創(chuàng)新角度看，目前信息產(chǎn)業(yè)、交通產(chǎn)業(yè)和汽車工業(yè)正在開展產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)作創(chuàng)新，走向深入融合。車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的研發(fā)緊密圍繞汽車和交通產(chǎn)業(yè)的需求，緊扣5G中“低時(shí)延高可靠”場(chǎng)景與性能要求，開展技術(shù)與設(shè)備研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)化、示范驗(yàn)證、產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)等工作，滿足智能網(wǎng)聯(lián)汽車、自動(dòng)駕駛、智能交通等應(yīng)用中的通信需求。

4.3 政策建議

1998年，大唐代表中國(guó)提出的 TD-SCDMA被國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）接納成為三大3G國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)之一，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)通信歷史上的百年突破。我國(guó)企業(yè)主導(dǎo)并擁有核心知識(shí)產(chǎn)權(quán)的 TD-LTE成為全球兩大 4G主流標(biāo)準(zhǔn)之一。2017年底，全球TD-LTE商用網(wǎng)絡(luò)總數(shù)達(dá)到107張，涉及57個(gè)國(guó)家的 240多個(gè)地區(qū)；TD-LTE全球用戶總數(shù)超過15.2億，占4G全球總用戶數(shù)的59.75%。TD-LTE在與美國(guó)企業(yè)主導(dǎo)的 WiMAX的產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中勝出，全球 90%的 WiMAX網(wǎng)絡(luò)將升級(jí)到TD-LTE[24]。移動(dòng)通信實(shí)現(xiàn)了3G“追趕”、4G“并跑”，成為少數(shù)我國(guó)具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力和行業(yè)話語權(quán)的高科技領(lǐng)域之一。目前我國(guó)正處在“5G引領(lǐng)”戰(zhàn)略推進(jìn)中。

回想2007年前后，我國(guó)主導(dǎo)的TD-LTE國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)在與美國(guó)主導(dǎo)的WiMAX激烈競(jìng)爭(zhēng)中還處劣勢(shì)。今天面臨的是 LTE-V2X與 IEEE 802.11p/DSRC的競(jìng)爭(zhēng)，但我國(guó)的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)、全球的業(yè)界態(tài)勢(shì)都已全面優(yōu)于 2007年，十分有利于LTE-V2X的勝出。

我國(guó)是全球最大的汽車生產(chǎn)國(guó)和銷量國(guó)，且汽車行業(yè)正處在向新能源、智能網(wǎng)聯(lián)和自動(dòng)駕駛等轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵機(jī)遇期，未來汽車是5G中具有最大顯示屏的終端。我國(guó)車企正處在“變道超車”的產(chǎn)業(yè)升級(jí)與變革機(jī)遇期，汽車工業(yè)經(jīng)過多年與跨國(guó)公司的合資，我國(guó)已培育了相對(duì)完整的本土汽車產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈。而大唐、華為等中國(guó)企業(yè)在車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、樣機(jī)開發(fā)、產(chǎn)業(yè)合作、應(yīng)用示范等方面已取得主導(dǎo)地位和領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。百度、騰訊等在自動(dòng)駕駛上已有很強(qiáng)投入和積累。綜上所述，我國(guó)已具備支撐汽車行業(yè)跨越發(fā)展的基礎(chǔ)。建議國(guó)家在跨部委協(xié)調(diào)、產(chǎn)業(yè)合作、政策與法規(guī)健全、標(biāo)準(zhǔn)制定等方面給予大力支持，具體的政策建議如下。

· 5G應(yīng)用規(guī)劃之初就將車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提升到戰(zhàn)略高度，同步規(guī)劃、同步布局、協(xié)同創(chuàng)新。

· 加強(qiáng)工業(yè)和信息化部與交通運(yùn)輸部、公安部等部委協(xié)作，協(xié)同推動(dòng)車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和運(yùn)營(yíng)模式，支持路側(cè)設(shè)施部署，加速LTE-V2X產(chǎn)業(yè)落地和應(yīng)用實(shí)施。

· 針對(duì)車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用特別是主動(dòng)安全應(yīng)用，需要確定專用頻譜，建議盡快在5.9 GHz 頻段分配20～30 MHz帶寬用于LTE-V2X直通模式，明確信號(hào)以加速產(chǎn)業(yè)成熟和發(fā)展。

· 加強(qiáng)LTE-V2X測(cè)試環(huán)境及示范應(yīng)用建設(shè)，支持LTE-V2X規(guī)模測(cè)試和開放道路測(cè)試，協(xié)同推進(jìn)示范應(yīng)用開展。

· 出臺(tái)產(chǎn)業(yè)政策和國(guó)家重大科研計(jì)劃，進(jìn)一步鼓勵(lì)車企與通信企業(yè)在 LTE-V2X產(chǎn)業(yè)化合作。

相信在“創(chuàng)新型國(guó)家”的戰(zhàn)略指引和“政產(chǎn)學(xué)研用”共同推進(jìn)下，LTE-V2X也能像 TD-LTE一樣代表中國(guó)創(chuàng)新力量走向全球市場(chǎng)，再一次體現(xiàn)中國(guó)的“科技自信”。

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