V2X技術(shù)國際研究趨勢分析

王碩 李璇 高洪偉

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

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

1 前言

V2X作為當(dāng)前車聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的技術(shù)熱點，不僅能夠使車載網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)領(lǐng)域的研究重點，得到了多方面的高度關(guān)注，如通信行業(yè)、交通管理部門、互聯(lián)網(wǎng)、保險金融行業(yè)等。國際上對V2X通信技術(shù)和應(yīng)用的研究領(lǐng)先于國內(nèi)，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)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(wǎng)試驗和應(yīng)用測試。國內(nèi)相關(guān)研究起步較晚，需要參考借鑒國際相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展路徑和經(jīng)驗。本文將對V2X所涉及的諸多主要技術(shù)領(lǐng)域的國際發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行梳理，并基于所收集到的資料，對發(fā)展趨勢進(jìn)行分析。

2 V2X概述

2.1 V2X通信及標(biāo)準(zhǔn)

車用互聯(lián)通信技術(shù)（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(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)車與車（Vehicle to Vehicle,V2V）、車與路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)陣營，另一個是由華為、高通、愛立信牽頭的C-V2X標(biāo)準(zhǔn)陣營。DSRC標(biāo)準(zhǔn)體系的底層通信技術(shù)源于WiFi標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.11p，各層標(biāo)準(zhǔn)較為完整。而C-V2X標(biāo)準(zhǔn)體系，則是基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)構(gòu)建而成。

2.2 5G與V2X

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

表1 5G關(guān)鍵性能指標(biāo)

為了最終實現(xiàn)5G在核心網(wǎng)絡(luò)以及其他相關(guān)領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，需要多方配合完成專業(yè)的部署。5G相關(guān)的新技術(shù)、新協(xié)議由3GPP組織內(nèi)成員進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)以及海量技術(shù)內(nèi)容被鎖定。此外，也會對先前發(fā)布的版本進(jìn)行修訂。

我們關(guān)注的C-V2X，正是5G給出的重要應(yīng)用場景之一，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也在隨著3GPP版本更新而不斷完善。在國內(nèi)，華為、大唐等企業(yè)已經(jīng)在各個試驗場，利用基于R14版本的LTE(Long Term Evolution)-V2X產(chǎn)品進(jìn)行模擬實驗。

隨著R15版本的凍結(jié)[5]，3GPP V2X也進(jìn)入了第2階段（Phase2），即增強(qiáng)型車聯(lián)網(wǎng)（LTE-eV2X）階段。但這些都是基于LTE網(wǎng)絡(luò)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(biāo)準(zhǔn)研究進(jìn)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(jìn)行相應(yīng)的開發(fā)工作。主要原因在于，5G網(wǎng)絡(luò)并不會完全取代LTE網(wǎng)絡(luò)，LTE和5G網(wǎng)絡(luò)將在很長一段時間內(nèi)處于共存狀態(tài)。即使在5G全面鋪開后，LTE網(wǎng)絡(luò)依然會為用戶提供服務(wù)。因此，對于C-X2V應(yīng)用，3GPP為各種場景均提供了有針對性的解決方案。應(yīng)用場景按不同網(wǎng)絡(luò)覆蓋情況分三類：LTE和5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋外區(qū)域、只有LTE網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)邊界情況分兩類：NRLTE切換和NR-NR切換。

2.3 相關(guān)技術(shù)

車輛定位技術(shù)已成為V2X應(yīng)用必需的基礎(chǔ)技術(shù)，定位精度需求達(dá)到了亞米級別[7]。若想基于V2X應(yīng)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(fù)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(nèi)場景的定位方法已成為技術(shù)發(fā)展的新方向。如何實現(xiàn)低成本、高可靠性的室內(nèi)定位，將是面向自動駕駛應(yīng)用的定位技術(shù)急需解決的問題。目前室內(nèi)定位技術(shù)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(yīng)用

V2X應(yīng)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(yīng)用的核心場景，是基于V2X技術(shù)向駕駛員進(jìn)行車輛碰撞預(yù)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(yīng)用有十字路口碰撞預(yù)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(yīng)用，則需要與智慧交通基礎(chǔ)設(shè)施配合完成。路側(cè)智能設(shè)備負(fù)責(zé)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(dǎo)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(yīng)用有交通燈信息提示、車速引導(dǎo)、編隊行駛等。

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

3 V2X國外研究進(jìn)展

3.1 歐洲C-V2X研究進(jìn)展

3.1.1 C-ITS平臺以及C-Roads平臺

歐洲的C-V2X應(yīng)用研究主要由智能交通項目負(fù)責(zé)推進(jìn)。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(diào)。

C-Roads平臺由歐洲國家和道路運營機(jī)構(gòu)在2016年設(shè)立，主要用于協(xié)調(diào)車聯(lián)網(wǎng)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(jìn)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(nèi)構(gòu)建跨境的C-ITS成為可能。

3.1.2 車聯(lián)網(wǎng)組織

2016年9月，歐洲數(shù)字經(jīng)濟(jì)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(biāo)是實現(xiàn)網(wǎng)聯(lián)化自動駕駛在歐洲區(qū)域的部署，并推進(jìn)相關(guān)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(shù)的車聯(lián)網(wǎng)解決方案，加速相關(guān)產(chǎn)業(yè)的全球商業(yè)化和市場化進(jìn)程[8]。5GAA認(rèn)為，基于3GPP的蜂窩技術(shù)，能夠提供比IEEE 802.11p更優(yōu)越的通信性能[9]。同時，該技術(shù)有較好的前/后向兼容特性。

3.1.3 歐洲車聯(lián)網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)

歐洲車聯(lián)網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（ET?SI）制定，主要內(nèi)容包含地理位置路由協(xié)議，和支持在5.9 GHz頻段進(jìn)行車車通信的接入層協(xié)議，即ITS-G5。

3.2 美國V2X研究進(jìn)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(shù)目標(biāo)是“實現(xiàn)網(wǎng)聯(lián)汽車應(yīng)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(wǎng)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(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程方面，從本世紀(jì)初，美國就開展了車聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的研究和制訂工作。美國采納了IEEE 1609定義的系統(tǒng)架構(gòu)，在物理層和MAC層上應(yīng)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(jī)制，簡化了發(fā)送數(shù)據(jù)前的鑒權(quán)、關(guān)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(guān)的安全信息。

為了推動車車通信技術(shù)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(dǎo)了基于車車、車路通信技術(shù)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(shù)能夠減少80%的非酒精類交通事故[10]。

在V2X的認(rèn)證方面，美國目前已經(jīng)有一套完備的認(rèn)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(rèn)證從政府管理轉(zhuǎn)成產(chǎn)業(yè)行為（由OmniAir運行）。目前通信層的測試規(guī)范已經(jīng)完備，后續(xù)OmniAir將對具體執(zhí)行實驗室進(jìn)行認(rèn)證，并控制一致性證書以及認(rèn)證logo的使用[11]。此外，OmniAir正在考慮與5GAA在上層通信認(rèn)證方面進(jìn)行合作（底層由GCF或者其他實體進(jìn)行認(rèn)證）。認(rèn)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(nèi)容。

3.3 日本V2X研究進(jìn)展

日本政府很重視自動駕駛汽車和車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，在政策、標(biāo)準(zhǔn)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(wǎng)的發(fā)展也積極進(jìn)行推進(jìn)，在技術(shù)評估、測試等方面已經(jīng)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(jìn)行802.11p和LTE-V2X的技術(shù)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(biāo)志著東京奧運會自動駕駛技術(shù)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(jìn)的自動駕駛技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用項目。內(nèi)容包括：自動駕駛系統(tǒng)所需的技術(shù)、動態(tài)地圖以及高精度地圖、網(wǎng)絡(luò)安全、人機(jī)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(jìn)展

韓國在智能交通領(lǐng)域的終極發(fā)展目標(biāo)，是在全國范圍內(nèi)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(shù)。隨著5G標(biāo)準(zhǔn)的推進(jìn)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(jìn)一步提高車輛通信的性能，即以LTE和5G蜂窩通信技術(shù)作為WAVE的補(bǔ)充。

4DSRC與C-V2X之爭

上述國家雖然都已在進(jìn)行不同階段的V2X研究測試，但主要應(yīng)用的都是基于DSRC標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的系統(tǒng)，使用C-V2X的系統(tǒng)或產(chǎn)品進(jìn)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(jìn)行了前瞻性探索，聯(lián)合福特公司在京津高速公路上進(jìn)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(jié)果。

圖2 京津高速LTE-V2X與DSRC實驗結(jié)果對比[13]

從測試結(jié)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诘谝浑A段（R14）的產(chǎn)品性能優(yōu)于DSRC的通信性能。另外，DSRC技術(shù)的發(fā)展演進(jìn)路線尚不明朗，應(yīng)對未來出行需求的策略也不夠清晰。但基于LTE的C-V2X技術(shù)已由通信、汽車等多個行業(yè)的主流聯(lián)盟在積極推進(jìn)發(fā)展，顯然，C-V2X技術(shù)具備了平滑演進(jìn)到5G的條件，其行業(yè)投入、生態(tài)建設(shè)和市場應(yīng)用可以預(yù)期[14]。

5 結(jié)束語

由以上分析可知，國際上各項V2X技術(shù)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(shù)的局限性，另一方面則是由V2X應(yīng)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(shè)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(shè)備供應(yīng)商、交通管理部門，以及普通用戶，都需要積極應(yīng)對V2X推廣所帶來的產(chǎn)業(yè)變革。