5G通訊技術(shù)在V2X中的應(yīng)用

王天軍，葉則南，曾繁俊，姚西峰，劉敏

（上汽通用汽車有限公司，上海 201203）

關(guān)鍵字：V2X；5G；車聯(lián)網(wǎng)

引言

V2X（Vehicle to Everything車輛與萬物互聯(lián)）技術(shù)， 此技術(shù)通常指擁有先進(jìn)的高精度傳感器、車載控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等設(shè)備的車輛，結(jié)合無線通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的科技融合，通過這樣科技融合可以實(shí)現(xiàn)車與道路、車輛、行人等任何事物進(jìn)行通訊，利用多方面，多維度的信息融合處理，感知或識別人、物體和環(huán)境的狀態(tài)，再通過共享、信息交互和智能決策等手段實(shí)現(xiàn)車與車、車與人、車與道路、車與萬物之間的協(xié)同控制，通過V2X通信，車輛能夠自主地與附近其他車輛和路邊基礎(chǔ)設(shè)施通信，獲得實(shí)時(shí)路況和道路信息以及行人信息等一系列交通信息，從而實(shí)現(xiàn)汽車的安全高效行駛，減少交通事故的發(fā)生，提高道路利用率，緩解交通壓力以及提供道路安全緊急救助信息和豐富的娛樂信息，以提升駕駛體驗(yàn)[1,2]，從而使車輛擁有更高效的、更節(jié)能、更舒適、更安全駕駛體驗(yàn)。是未來新一代汽車的必備配置。

1 V2X的功能組成

V2X（Vehicle-To-Everything）大致可以分為四個(gè)功能塊，分別是 V2P（Vehicle-To-Pedestrian，車聯(lián)行人）、V2V（Vehicle-To-Vehicle，車輛互聯(lián)）、V2I（Vehicle-To-Infrastructure，車聯(lián)路邊基礎(chǔ)設(shè)施如RSU（Road Side Unit）等）和V2N（Vehicle-To-Network，車聯(lián)網(wǎng)絡(luò)）。

V2P（Vehicle-To-Pedestrian，車聯(lián)行人）通常定義為車輛通過攝像機(jī)和各種傳感器及行人所使用的聯(lián)網(wǎng)終端等實(shí)現(xiàn)人與車輛的互聯(lián)。

V2V（Vehicle-To-Vehicle，車輛互聯(lián)）通常定義為車輛和車輛之間通過組網(wǎng)和無線通訊以達(dá)到車輛之間的互相信息交流，甚至可以實(shí)現(xiàn)在無基站狀態(tài)下車輛互相通訊，感知到對方狀態(tài)。

V2I（Vehicle-To-Infrastructure），車聯(lián)路邊基礎(chǔ)設(shè)施如RSU（Road Side Unit）等，通常定義為通過車輛與交通部門專用設(shè)備、道路和路邊的基礎(chǔ)設(shè)施之間的數(shù)據(jù)交流，例如可以獲取加油站位置信息和狀態(tài)、紅綠燈狀態(tài)和其他道路指示信息以及擁堵狀態(tài)等。

V2N（Vehicle-To-Network，車聯(lián)網(wǎng)絡(luò)）通常定義為車與車通訊網(wǎng)絡(luò)。通過移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，云服務(wù)等互聯(lián)網(wǎng)科技讓車輛可以獲得大量的數(shù)據(jù)信息，通過智能處理、智能決策等手段實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航、輔助駕駛、防盜、娛樂等功能。

車輛在通訊設(shè)備、傳感器和智能芯片等科技的配合下與外部世界建立聯(lián)系，同時(shí)也是未來全自動(dòng)駕駛、智能交運(yùn)系統(tǒng)、智能駕駛汽車等的關(guān)鍵技術(shù)和基石。

2 V2X技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

V2X目前有兩大通信標(biāo)準(zhǔn)是DSRC和C-V2X。兩者之間的標(biāo)準(zhǔn)差異如下：

2.1 DSRC(Dedicated Short Range Communication）專用短程通信技術(shù)

DSRC是一種高效的無線通信技術(shù)，基于802.11P標(biāo)準(zhǔn)，802.11p物理層架構(gòu)與802.11a（現(xiàn)今使用的WiFi技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)）基本類似，采用正交頻分復(fù)用（OFDM，Orthogonal Frequency-Division Multiplexing）等調(diào)變技術(shù)，同時(shí)搭配向前錯(cuò)誤校正技術(shù)（FEC，F(xiàn)orward Error Correction）等，可以提高高速移動(dòng)下信息傳遞的實(shí)時(shí)性。為了能夠?qū)崿F(xiàn)車輛與道路之間的有機(jī)連接，需要在某些特定區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)針對高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的識別和通信，圖像和數(shù)據(jù)信息、實(shí)時(shí)傳輸語音等功能。應(yīng)用DSRC技術(shù)在這些方面比較合適。

2.2 C-V2X（Cellular-Vehicle to Everything）基于蜂窩通訊的車用無線通信技術(shù)

它是基于移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的V2X通信技術(shù)，它是一種基于蜂窩（Cellular）通信演進(jìn)的車載無線通信技術(shù)，可提供PC5接口（直接連接通信接口）和Uu接口（蜂窩通信接口）。隨著如今5G蜂窩移動(dòng)通訊技術(shù)的到來，C-V2X技術(shù)蓬勃發(fā)展，相對DSRC技術(shù)需要建立專門的WiFi基站而言，C-V2X可以利用現(xiàn)有5G基站，硬件成本較低，因此在覆蓋范圍、感知距離、承接數(shù)量、短時(shí)延上比DSRC更為先進(jìn)。目前在標(biāo)準(zhǔn)方面也有明確的技術(shù)路線，包括首個(gè)階段的LTE-V2X以及后續(xù)R15的LTE-V2X方案以及基于新空口技術(shù)的R16 NRV2X（New Radio，新空口）。

3 C-V2X技術(shù)方案

3.1 C-V2X總體架構(gòu)

C-V2X總體架構(gòu)如圖1所示，主要涉及到云端、路側(cè)端和車載端三個(gè)組成模塊。 其中云端可以連接第三方業(yè)務(wù)應(yīng)用的信息中心，為路側(cè)端和車載端發(fā)送全局的業(yè)務(wù)控制、業(yè)務(wù)共享信息，并存儲(chǔ)全局設(shè)施、環(huán)境、用戶、業(yè)務(wù)信息；路側(cè)端與路側(cè)信號控制器或者邊緣服務(wù)器相連，收集駕駛、交通環(huán)境狀態(tài)信息，進(jìn)行路側(cè)決策并發(fā)送路側(cè)業(yè)務(wù)控制到車載端；車載端收集路側(cè)控制信息、全局信息、周邊環(huán)境信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)感知及實(shí)時(shí)決策。

圖1 C-V2X總體架構(gòu)圖

交互數(shù)據(jù)主要包括發(fā)送速率為10Hz的上傳類BSM信息（Basic Safety Message，基本安全消息）；下行類信息速率為2Hz的SPAT（Signal Phase And Timing Message，信號燈消息）；下發(fā)類發(fā)送速率2Hz的信息MAP（Map，地圖消息），發(fā)送頻率2Hz；下發(fā)類消息RSI（Road Side Information，路側(cè)單元消息）；發(fā)送速率1Hz的下發(fā)類消息RSM（Road Side Message，路側(cè)消息）。

車載終端主要通過車載單元（OBU，On Board Unit）實(shí)現(xiàn)。OBU是安裝在車輛上實(shí)現(xiàn) V2X 通信的硬件設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)和其他車輛的 OBU（PC5）、行人（PC5）路側(cè)單元 RSU（PC5）、和V2X平臺(tái)（Uu）之間的通信。OBU需要集成通訊網(wǎng)絡(luò)，包括 LTE-V2X/5G NR-V2X通信芯片和模塊，4G/5G Uu通信芯片和模塊。

路側(cè)端主要包括：通信基礎(chǔ)設(shè)施，C-V2X專用通信基礎(chǔ)設(shè)施，4G/5G蜂窩基站；路側(cè)單元（RSU，Road Side Unit）；路側(cè)智能設(shè)施，包括護(hù)欄、交通信號燈、標(biāo)線、標(biāo)志等交通控制設(shè)施智能化，以及在路側(cè)部署攝像頭、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)等各種環(huán)境感知設(shè)備，移動(dòng)邊緣計(jì)算（MEC，Mobile Edge Computing）設(shè)備等。

3.2 5G在C-V2X中的應(yīng)用

5G網(wǎng)絡(luò)通過移動(dòng)邊緣計(jì)算 (MEC）和網(wǎng)絡(luò)切片兩大核心技術(shù)與車聯(lián)網(wǎng)深度融合，為C-V2X提供高度的靈活性和健壯性的網(wǎng)絡(luò)能力。

3.2.1 MEC技術(shù)

MEC是指將整個(gè)云計(jì)算大平臺(tái)的運(yùn)算能力向靠近終端的地方下沉，融合網(wǎng)絡(luò)傳輸、計(jì)算、儲(chǔ)存和應(yīng)用的能力，來提高邊緣計(jì)算的效率和反饋速度。 它能夠連接多個(gè)設(shè)備，訪問RSU、攝像頭、OBU、智能化交通控制設(shè)施、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)等，與之進(jìn)行通訊從而獲得有用信息，同時(shí)利用向上連接的云平臺(tái)豐富信息處理手段；MEC可以收集并集成多個(gè)傳感器數(shù)據(jù)，再進(jìn)行這對收集信息的融合處理，例如針對多種車載或路邊環(huán)境中雷達(dá)和攝像頭的融合分析算法；MEC也應(yīng)該具備多種相關(guān)協(xié)議的處理能力，例如MEC要分析判斷車輛的速度、軌跡、位置，分析可能的碰撞風(fēng)險(xiǎn)在它通過交叉口的時(shí)候，然后通過對RSU的信息傳輸?shù)杰囕dOBU進(jìn)行預(yù)警。

3.2.2 網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)切片是5G網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵業(yè)務(wù)， 5G網(wǎng)絡(luò)切片相對4G是一個(gè)更強(qiáng)大的概念，它包括整個(gè)PLMN(Public Land Mobile Network)。網(wǎng)絡(luò)切片是一個(gè)包括業(yè)務(wù)應(yīng)用、傳輸網(wǎng)絡(luò)、有線網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)、核心網(wǎng)絡(luò)等，并且涵蓋所有網(wǎng)段端到端的邏輯網(wǎng)絡(luò)，它同時(shí)可以為網(wǎng)絡(luò)切片需求方靈活地提供一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。隨著我國5G技術(shù)的推廣以及道路基礎(chǔ)設(shè)施的快速發(fā)展，未來的汽車交通朝著更加智能化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，5G 的超可靠性、低時(shí)延、切片網(wǎng)絡(luò)等關(guān)鍵技術(shù)為車聯(lián)網(wǎng)提供強(qiáng)有力的支撐，使車聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，進(jìn)一步激發(fā)了車聯(lián)網(wǎng)的市場潛力[3,4]。

5G網(wǎng)絡(luò)可以為車聯(lián)網(wǎng)提供多種不同類型的網(wǎng)絡(luò)切片，例如 eMBB（增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶）、mMTC（海量機(jī)器類通信）、uRLLC（超可靠、低時(shí)延通信）等，eMBB切片可承載車載虛擬現(xiàn)實(shí)全景合成、實(shí)時(shí)通訊等大流量業(yè)務(wù)；mMTC切片可承載汽車分時(shí)租賃等大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)；uRLLC切片可承載AR導(dǎo)航、無人駕駛等高可靠性業(yè)務(wù)。

4 結(jié)語

V2X業(yè)務(wù)隨著車路協(xié)同以及5G的逐步成熟向著更加安全、協(xié)同、智能、綠色方向演進(jìn)，是汽車、交通、通信、IT與互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)跨行業(yè)協(xié)同的重要發(fā)展方向。后續(xù)V2X業(yè)務(wù)將結(jié)合5G網(wǎng)聯(lián)通信向著增強(qiáng)廣度和深度覆蓋方向發(fā)展。