打造“5G+車聯(lián)網”中國模式

推進“5G+車聯(lián)網”的新基建，部署LTE-V2X路側基礎設施，將走出有中國特色的、基于C-V2X的車路協(xié)同發(fā)展模式，支撐我國汽車產業(yè)和交通行業(yè)的變革，實現(xiàn)智能交通和自動駕駛，并將培育智慧路網運營商、出行服務提供商等新業(yè)態(tài)、新商業(yè)模式。

作為智能基礎設施的重要組成部分、國家新基建之首的5G，在與AI、云計算、邊緣計算、大數(shù)據、傳感技術等基礎技術深度融合后，可充分發(fā)揮技術引領作用，凝聚合力推動邁入智能新時代。而于其中，在未來，汽車將成為最大的5G移動終端，車聯(lián)網被各界視為最有前景、單體規(guī)模最大的5G垂直行業(yè)應用，這使得我國智能網聯(lián)汽車產業(yè)乃至整個智能交通事業(yè)正面臨前所未有的技術變革和發(fā)展模式創(chuàng)新。

網聯(lián)化：C-V2X技術與標準進展

汽車作為現(xiàn)代社會重要的交通工具，在給人類帶來舒適和方便的同時，隨著其數(shù)量的快速增長，交通安全、城市擁堵、能耗等問題日趨嚴重。在此背景下，V2X技術應運而生，實現(xiàn)車輛與周圍的車、人、交通基礎設施和網絡等全方位連接和通信，在提升交通效率、提高駕駛安全、降低事故發(fā)生率、節(jié)能減排等方面表現(xiàn)出突出優(yōu)勢。

汽車產業(yè)正面臨百年未有之的大變革，汽車產業(yè)“四化”（電動化、智能化、網聯(lián)化、共享化）變革中的“三化”（智能化、網聯(lián)化、共享化）迫切需要V2X為其提供基礎性的通信和連接支撐能力。V2X包括車輛與車輛通信（V2V）、車輛與行人通信（V2P）、車輛與基礎設施通信（V2I）、車輛與網絡通信（V2N），具有低時延、高可靠性等特殊嚴苛的要求。車聯(lián)網基于V2X通信提供的環(huán)境感知、信息交互與協(xié)同控制能力，支持交通安全類、交通效率類、自動駕駛類、信息娛樂類等豐富的應用類型，與智能交通、自動駕駛等領域融合發(fā)展、協(xié)同演進。

V2X通信面臨車輛移動引起的網絡拓撲高度動態(tài)性與時空復雜性、無線傳播環(huán)境復雜快時變、高密度下的低時延和高可靠性通信難題等新科學問題。美國主導的IEEE 802.11p標準在Wi-Fi基礎上增強設計為V2X直通通信，已有近十年的研究和測試評估，雖然能夠提供多對多、低時延通信，但可靠性差。此外，蜂窩移動通信（如4G LTE）技術具有覆蓋廣、容量大、可靠性高的優(yōu)點，但端到端通信時延大。由此看來，單一的直通通信或蜂窩通信制式各具優(yōu)缺點，但均無法滿足車聯(lián)網通信需求。

為了解決這一世界性的共同難題，大唐研究團隊在2013年最早基于4G LTE提出蜂窩通信與直通通信融合的LTE-V2X概念和關鍵技術，之后聯(lián)合我國企業(yè)共同牽頭在3GPP主導LTE-V2X國際標準制定，于2017年3月完成標準化，建立了基本（道路）安全服務的基礎。此外，隨著移動通信系統(tǒng)從4G向5G演進，為滿足自動駕駛、車輛編隊等增強應用及更高通信傳輸速率、更低時延、更高可靠性等要求，LTE-V2X目前正在向NR-V2X演進（增強和補充NR-V2X），3GPP正在5G新空口無線傳輸基礎上制定標準，計劃2021年完成，支持自動駕駛及未來車聯(lián)網需求。

從上述看來，根據3GPP C-V2X車聯(lián)網技術標準演進，LTE V2X和NR V2X是互補關系，而不是替代關系（LTE-V2X和NR-V2X的in-device共存）。相比LTE-V2X，NR-V2X面向更高級V2X業(yè)務，提供更靈活、更可靠、更快速通信服務。比如車輛編隊、高級駕駛、傳感擴展、遠程駕駛等時延在3ms級，接入可靠性在99.999%，數(shù)據傳輸速率要求100Mbps～1000Mbps等應用，NR-V2X相當于要求在直通鏈路（Sidelink）上實現(xiàn)eMBB以及URLLC。

多次實際測試的結果均表明，相對于IEEE802.11p，C-V2X技術在幀結構、網絡覆蓋、通信場景、時延、可靠性、峰值速率、波形、信道編碼、資源復用、同步、重傳、資源分配、多天線等關鍵方面具有絕對優(yōu)勢，吸引了來自信息技術、汽車工程、運輸工程領域的學術專家與行業(yè)專家們的濃厚興趣。由此，C-V2X已發(fā)展成為全球主流的車聯(lián)網通信標準。繼我國率先于2018年為LTE-V2X直連通信分配了5.9 GHz頻段20 MHz專用帶寬之后，隨著產業(yè)路徑逐漸清晰，美國于2019年12月為C-V2X分配5.9 GHz的20MHz頻段，歐洲也由支持IEEE 802.11p轉向“技術中立”。

網聯(lián)化+智能化：自動駕駛發(fā)展的必經路徑

目前，我國在汽車“網聯(lián)化”方面領先全球。通過提高信息交換和環(huán)境感知能力，C-V2X成為從“單車智能”發(fā)展到“網聯(lián)智能”的重要使能技術。如果車輛依靠單車感應（通常是雷達/激光雷達/單目或雙目攝像頭，即高級駕駛輔助系統(tǒng)ADAS）、單車智能（通常是車載計算平臺）和通信（通常是4G通信模塊），則具有以下缺陷：一是感知能力有限。這主要是由于僅能進行視距范圍的感知，在惡劣天氣和光線急劇變化情況下不能進行穩(wěn)健的感知，且時間和空間同步存在困難。二是計算能力有限。所有復雜的計算任務都于車載計算平臺上執(zhí)行，價格很高，而且處理能力有限，從而阻礙了批量部署。三是通信能力有限。使用4G通信模塊無法滿足各種道路安全應用對于低時延和高可靠性的要求，并且無法為高清地圖、虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實應用提供足夠的數(shù)據速率支撐。綜上，“單車智能”無法實現(xiàn)“完全自動駕駛”。

車聯(lián)網技術與傳感器技術是“互補”關系，二者促進形成“網聯(lián)化+智能化”，實現(xiàn)從“單車智能”發(fā)展到“網聯(lián)智能”。比如，單車智能下，汽車的轉彎、變道等處理遲鈍，而C-V2X通過車路、車車協(xié)同可快速處理;單車智能對人群等群體性目標識別困難，而C-V2X通過人-車協(xié)同可輕松地識別;在復雜路口出，單車智能的處理能力差，而C-V2X通過車路協(xié)同可輕松地處理;再一個，單車智能無法適應沒有明顯車道線的路況，但是C-V2X可通過車-路協(xié)同很好地適應。此外，單車智能無法在非視距情況下發(fā)揮作用，而相關路況下，C-V2X就可以“大顯身手”，比如實際的測試、示范表明，C-V2X能夠很好地輔助彎道行駛、處置前方大車遮擋等。

業(yè)界已經達成共識，基于C-V2X的車路協(xié)同，可大大彌補單車智能感知和決策上的不足，推動自動駕駛早日落地，由此，ADAS+C-V2X融合發(fā)展成為大勢。毫米波雷達、激光雷達、攝像頭等高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）受限于視距、環(huán)境等因素，成本高且難以適應復雜道路環(huán)境，需要C-V2X技術配合，ADAS+C-V2X通過把“單車智能”發(fā)展到“網聯(lián)智能”，提升車輛的感知廣度和深度，不僅能夠提高駕駛的智能性和安全性，而且能夠整體地提升道路安全交通效率——可預防多達96%的交通意外，最終實現(xiàn)（高級別的）自動駕駛。

“5G+車聯(lián)網”發(fā)展展望

“網聯(lián)化+智能化”的技術融合與產業(yè)促進，是自動駕駛發(fā)展的必經路徑，而這個路徑，首先是LTE-V2X（傳感增強，輔助駕駛）+單車智能（單車感知識別）;發(fā)展到一定階段，再是MEC+LTE-V2X（安全可控與車輛數(shù)據分析）+協(xié)同感知（共享感知信息）;發(fā)展到最后就是NR-V2X（網絡支撐業(yè)務能力飛躍）+網聯(lián)智能（復雜應用場景，協(xié)同決策），從而使能自動駕駛與智能交通。

“5G+車聯(lián)網”是網聯(lián)化和智能化發(fā)展的關鍵技術。其優(yōu)勢體現(xiàn)在四個方面：一是增加感知范圍?？商崆矮@取城市范圍內的關鍵道路、路口、車輛、行人、信號燈狀態(tài)等信息，感知更精準，可有效保障行車安全。二是降低感知成本。網絡輔助方式，可有效降低單車高精度傳感器（高精度雷達等）的部署數(shù)量和成本，降低非視距、惡劣環(huán)境下的感知成本。三是提升交通效率。通過網絡讓車輛與道路實時聯(lián)動，可以增強道路通行效率，緩解交通擁堵，提升城市交通管理效率。四是豐富網聯(lián)應用。主要包括遠程駕駛，編隊行駛，自動泊車;車速引導、路況精準提醒;高清視頻實時分享。

自動駕駛和智能交通的必經路徑是“三網融合5G智能網聯(lián)”。大唐很早就提出了“三網融合5G智能網聯(lián)解決方案”。其中的“三網”包括車內網、車云網和車際網——車內網通過控制器局域網絡（CAN）技術建立的整車內部通信網絡，實現(xiàn)汽車內部控制系統(tǒng)與各檢測和執(zhí)行部件間的數(shù)據通信;車云網遠程信息服務或車載移動互聯(lián)網，指車載終端通過4G/5G等實現(xiàn)與互聯(lián)網的無線連接;車際網（V2X）是實現(xiàn)車-車通信、車-路通信的無線通信技術，目前國際上主要是C-V2X，車云網和車際網都可以通過C-V2X實現(xiàn)?！叭W融合”是實現(xiàn)自動駕駛和智能交通的關鍵——車際網（V2X）聯(lián)合ADAS 實現(xiàn)車-車和車路協(xié)同，車云網將各種數(shù)據上傳至云平臺，實現(xiàn)宏觀交通調控及開拓“出行即服務（MaaS）”等新市場。

C-V2X與車路協(xié)同是未來智能交通和自動駕駛的重要使能。通過車與車、基礎設施、行人、網絡、云的低時延、高可靠性V2X通信能力，實現(xiàn)數(shù)據、計算任務、決策結果、控制指令在車輛及不同道路元素之間的傳輸，從而實現(xiàn)協(xié)同感知、決策和控制。這一過程并非可以一蹴而就，預計C-V2X的應用預期將經歷以下三大發(fā)展階段。

第一階段：支持輔助駕駛安全、提高交通效率。需要LTE-V2X直通模式（PC5）和4G蜂窩（Uu）支持，提供車-車、車-路協(xié)同感知能力，在城市道路和高速公路部署LTE-V2X，實現(xiàn)智能交通，提高交通效率，駕駛輔助安全。

第二階段：封閉園區(qū)和封閉道路中商用車的中低速自動駕駛。需要LTE-V2X和5G蜂窩（Uu）支持，與區(qū)域部署的MEC相結合，提供封閉區(qū)域（如工業(yè)園區(qū)、港口、礦山等）的協(xié)同決策和控制能力。實現(xiàn)在特定區(qū)域、特定場景（園區(qū)、港口）等部署LTE-V2X，通過區(qū)域性中低速行車協(xié)同決策與控制，實現(xiàn)商用車（如工程車、貨運車、無人駕駛出租車等）自動駕駛。

第三階段：乘用車的自動駕駛以及高速公路的車輛編隊行駛。需要NR-V2X和5G蜂窩（Uu）支持，與廣泛部署的MEC融合提供開放道路的協(xié)同決策和控制能力。支持高度智能、廣域網聯(lián)感知、決策、控制等廣域高速行車協(xié)同決策與控制，實現(xiàn)乘用車自動駕駛。

上述第一階段和第二階段在這幾年都會部署和商用。但第三階段涉及普通消費者的乘用車自動駕駛可能需要很長時間才能實現(xiàn)，因為還涉及法律等其他因素。

在上述發(fā)展過程中，C-V2X與MEC的融合是C-V2X技術發(fā)展趨勢之一。C-V2X與MEC的融合能夠實現(xiàn)車聯(lián)網中通信-計算-存儲的融合，實現(xiàn)車-路-云的協(xié)同感知、決策和控制，在這些增強應用中，需要支持大數(shù)據分析、數(shù)據挖掘、深度學習等計算密集、數(shù)據密集型任務，C-V2X與MEC的融合能夠避免集中云的高時延，滿足低時延高可靠通信需求。結合MEC更大數(shù)據量更大范圍的信息傳播、邊緣部署保障高帶寬、低時延的特點，將能提供更廣泛、更精確的信息感知、更強大的群體智能、更低的建設和投資成本。

中國信科（大唐）對車聯(lián)網和車路協(xié)同的重要貢獻

中國信科集團是由大唐電信集團與烽火通信集團2018年7月重組成立的一家新的中央企業(yè)。大唐C-V2X車聯(lián)網設備已在國內智能網聯(lián)示范區(qū)大規(guī)模部署。這源于大唐從C-V2X技術誕生到快速成長至今的過程中的深耕與引領——2013年大唐首次在國內外提出LTE-V2X車聯(lián)網概念，并主導國際標準制定;2014年推動3GPP標準立項，發(fā)布全球首臺LTE-V2X樣機;2016年發(fā)布業(yè)界首款預商用設備，并廣泛應用于各大示范區(qū);2017年發(fā)布業(yè)界首款基于自研芯片LTE-V2X預商用產品OBU/RSU;2018年發(fā)布全球首款車聯(lián)網模組產品升級支持3GPP Rel-14;2019年發(fā)布車規(guī)級參考設計模組用于前裝車載終端市場，發(fā)布具備融合感知及地基增強能力的整體解決方案。目前，大唐已經率先推出車規(guī)級通信模組DMD3A。2020年6月，中國信科集團旗下大唐高鴻與阿爾卑斯阿爾派聯(lián)合宣布，雙方合作打造的車規(guī)級模組DMD3A生產線已順利完工并正式量產。

在一系列政策的支持下，我國建設了10個智能網聯(lián)汽車示范區(qū)，中國信科旗下大唐高鴻的車聯(lián)網產品和解決方案廣泛應用于各大示范區(qū)部署。2018年8月，重慶i-VISTA自動駕駛大賽中首次引入LTE-V2X，大唐高鴻獨家為此次挑戰(zhàn)賽提供了LTE-V2X相關設備和技術支持。2018年11月，V2X“三跨”互聯(lián)互通應用展示是世界首例跨通信模組、跨終端提供商和跨整車廠的互通測試，體現(xiàn)了中國C-V2X標準及產業(yè)的成熟度。2019年10月，中國汽車工程學會，IMT-2020 C-V2X工作組等單位聯(lián)合組織了C-V2X“四跨”互聯(lián)互通應用展示活動，在2018年“三跨”基礎上增加了安全機制，共70多家廠商參與，體現(xiàn)了中國C-V2X產業(yè)的健康有序的發(fā)展勢頭。大唐高鴻作為唯一端到端供應商全面參與“三跨”、“四跨”活動，全面提供路側設備（RSU）、車載終端（OBU）、LTE-V2X通信模組、CA和安全模塊等產品和解決方案。

此外，大唐也在全國多地開展5G智能網聯(lián)汽車示范應用，典型的包括在廈門建成國內首個BRT快速公交5G智能網聯(lián)應用、在重慶建成首個5G自動駕駛應用示范公共服務平臺、在天津建成國內高校首個5G智能網聯(lián)試驗區(qū)，其他還有鄭州智慧島智能公交、天津東風商用車列隊行駛示范、南京智慧公交和遠程駕駛系統(tǒng)等。比如，作為中國第一個基于C-V2X的面向商用的智能公交項目，大唐與廈門BRT（快速公交系統(tǒng)）公交車制造商“金龍”合作開發(fā)了智能公交系統(tǒng)。其中，C-V2X設備部署在BRT公交車和路側設備RSUs，5G NR蜂窩網絡覆蓋了整個BRT線路。借助MEC，V2V和V2I通信可以以低時延、高可靠性、高吞吐量性能提供“協(xié)作感知”。在智能公交系統(tǒng)的支撐下，一些車路協(xié)同類應用得到了驗證，包括：公交車到站安全精準?？?、NLOS（非視距）防碰撞、NLOS通信下的交叉路口的信息交換、交通信號調整、運力調度優(yōu)化、最佳行駛策略規(guī)劃。

跨界融合 合作共贏

隨著工業(yè)和信息化部《關于推動5G加快發(fā)展的通知》等文件的發(fā)布，5G新基建已經到來，未來需要豐富5G應用場景、培育新型應用模式、構建5G應用生態(tài)系統(tǒng)。5G+車聯(lián)網、5G+工業(yè)互聯(lián)網、5G+醫(yī)療健康等在眾多應用中相比更加成熟，將有利于得到更快地推廣和應用。

從大的層面看，智能交通的發(fā)展，需要汽車制造業(yè)、交通產業(yè)、通信產業(yè)、IT產業(yè)、運營服務業(yè)的跨界融合與合作共贏。而在5G+車聯(lián)網方面，基于C-V2X的道路基礎設施將包括應用層的交通監(jiān)管、事故處理、信息發(fā)布、車輛調度、行車輔助、出行輔助、合作駕駛等應用系統(tǒng)建設;包括LTE-V2X網絡建設，以及智能終端、道路傳感網、車輛傳感網、監(jiān)控設備等基礎交通設施的投資和建設。在現(xiàn)有的高速公路、城市道路的基礎設施上，增加基于C-V2X技術的道路基礎設施的建設與投資，將是構建智能網聯(lián)新架構的重要組成，從而構成車路協(xié)同的新的網絡。新的網絡將實現(xiàn)交通和交警的跨界融合，為大眾帶來新的智慧出行服務。

綜上看來，推進“5G+車聯(lián)網”的新基建，部署LTE-V2X路側基礎設施，將走出有中國特色的、基于C-V2X的車路協(xié)同發(fā)展模式，支撐我國汽車產業(yè)和交通行業(yè)的變革，實現(xiàn)智能交通和自動駕駛，并將培育智慧路網運營商、出行服務提供商等新業(yè)態(tài)、新商業(yè)模式。

未來的汽車將是新型的載人移動智能電子設備，而中國是全球最大的汽車生產國和銷售國，5G+車聯(lián)網的發(fā)展是我國汽車工業(yè)崛起、由汽車大國走向汽車強國的重要戰(zhàn)略機遇期。中國信科希望后續(xù)與業(yè)界同仁隨5G揚帆起航推進5G商用和車聯(lián)網應用、車路協(xié)同發(fā)展，與產業(yè)界共同合作實現(xiàn)夢想，創(chuàng)新合作共贏。

（本文為作者在WIC2020大會上的主旨發(fā)言，未經本人審閱）

陳山枝? ? 中國信息通信科技集團有限公司副總裁 專家委主任

無線移動通信國家重點實驗室主任

責任編輯：張煜