C-V2X技術(shù)發(fā)展加速，3GPP圖謀定義無人駕駛的5G之道

3GPP 制定了無人駕駛汽車的解決方案

汽車行業(yè)正在經(jīng)歷前所未有的轉(zhuǎn)型，自動駕駛的競爭越來越激烈。基于移動蜂窩技術(shù)的 C-V2X(Celular-V2X)將是未來安全的無人駕駛車輛的關(guān)鍵推動力之一，該技術(shù)將使車輛之間，以及包括與行人，道路基礎(chǔ)設(shè)施和云端之間能夠相互“傾聽”“交談”。通過估計其它車輛傳感器的數(shù)據(jù)來補充其非視距(non-line-of-sight)的能力，直接的C-V2X通信通過傳送位置，速度，方向甚至意圖等信息來提供更高級別的可預(yù)測性和預(yù)測的確定性。

車載到一切(V2X)的通信和解決方案能夠使得車輛與人(V2P：Vehicle-to-Pedestrian)之間的信息交換，例如用于警報騎自行車的人和行人;用于防撞的車輛到車輛通信(V2V：Vehicle-to-vehicle)，用于定時和優(yōu)先級的設(shè)備的與路邊的基礎(chǔ)設(shè)施(V2I：Vehicle-to-Infrastructure)之間的通信，以及用于提供實時交通導(dǎo)航路況信息和其他云旅行服務(wù)信息的車輛到網(wǎng)絡(luò)(V2N：Device-to-network)之間的通信等等。 V2X的目標(biāo)是改善道路安全，提高交通效率，減少對環(huán)境的影響，并提供額外的乘客信息服務(wù)。

C-V2X正在獲得汽車和電信領(lǐng)導(dǎo)者的強力支持，具有廣泛的生態(tài)系統(tǒng)。為了加速采用，高通在推動3GPP Release 14中關(guān)于V2X的規(guī)范中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，并于2017年參與了多項試驗測試，例如近日高通和LG攜手合作，推動測試和采用5G和C-V2X的車輛通信，高通和LG預(yù)計將在2018年上半年通過試用展示這些下一代無線技術(shù)。除了增強安全性，C-V2X Rel-14具有向更強大的未來版本的演進路徑，新版本的協(xié)議將對Rel -14具有互補性，并增加新功能，同時保持向后兼容， C-V2X未來的版本將采用5G NR功能，為高級應(yīng)用廠家和無人駕駛提供高吞吐量，寬帶載波支持，超低延遲和高可靠性。

高通支持C-V2X的芯片解決方案

近日美國交通運輸部(DOT：Department of Transportation )為互連汽車技術(shù)(互連X，V2I，V2P，ITS)和移動服務(wù)提供了6,000萬美元以支持開發(fā)部署大型和先進的交通技術(shù)的示范站點，以提高安全性，效率，系統(tǒng)性能和基礎(chǔ)設(shè)施投資回報。

美國交通部(USDOT：U.S. Department of Transportation)對2004年至2008年的事故數(shù)據(jù)的廣泛分析得出結(jié)論：完全實現(xiàn)的V2X系統(tǒng)可以解決所發(fā)生的450萬次碰撞事故(參見：https://www.its.dot.gov/cv_basics/pdf/Readiness-of-V2V-Technology-for-Application-812014.pdf)。預(yù)計USDOT將要求在2019年年底及以后制造的車輛要部署專用短距離通信(DSRC：dedicated short range communication)設(shè)備，以支持V2V和V2I通信。美國DSRC解決方案已經(jīng)經(jīng)過十多年的汽車生態(tài)系統(tǒng)運營商的廣泛測試，它采用5.9 GHz的專用頻譜。

然而，DSRC面臨著幾個技術(shù)挑戰(zhàn)：

首先該系統(tǒng)依賴于目前尚未部署的路邊單元(RSUs：road side units)。

其次，由于系統(tǒng)的異步性質(zhì)，導(dǎo)致該標(biāo)準(zhǔn)在物理層有幾處低效率產(chǎn)生，導(dǎo)致性能降低，如覆蓋范圍范圍。

最后從長遠來看，在范圍，魯棒性和可靠性方面，該標(biāo)準(zhǔn)沒有演進路徑(或者沒有IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)活動)來實現(xiàn)DSRC物理層/ MAC層的改進。

DSRC需要連接到基礎(chǔ)設(shè)施和部署RSU

幸運的是，DSRC并不是V2X通信的唯一解決方案。 LTE和第五代(5G)蜂窩系統(tǒng)不僅具有支持現(xiàn)有DSRC應(yīng)用的潛力，而且還具有滿足所需要的低延遲，高可靠性或者高帶寬等更具挑戰(zhàn)性和未來感的應(yīng)用場景。此外蜂窩V2X還可以補充DSRC通信以增強V2X的通信功能。

移動運營商有潛力為整個V2X解決方案提供額外的價值。蜂窩網(wǎng)絡(luò)已覆蓋世界各地，包括農(nóng)村村道和省級高速公路。這些網(wǎng)絡(luò)可用于RSU(road side unit)激活和去激活列表以及RSU的回程通信。此外，LTE網(wǎng)絡(luò)可以將V2X的覆蓋范圍從DSRC可實現(xiàn)的300米擴展到幾公里或者更遠。這種擴大的覆蓋范圍可以提前通知事故，道路狀況和交通擁堵來使司機受益。

二十多年來，汽車制造商一直在研究防碰撞技術(shù)。通用汽車公司于2014年9月宣布，凱迪拉克將在2017年推出采用V2V通信技術(shù)的CTS轎車。全球已經(jīng)有幾家汽車制造商正在與移動運營商和技術(shù)提供商聯(lián)合開展V2X試驗。

另外鑒于LTE向5G演進，顯而易見的是連接到蜂窩網(wǎng)絡(luò)的車輛將能夠享受的優(yōu)異的V2X功能。作采用新的遠距離傳感器，蜂窩V2X通信可以幫助實現(xiàn)新一代的自動駕駛技術(shù)。蜂窩網(wǎng)絡(luò)在農(nóng)村，城市和郊區(qū)的廣泛覆蓋意味著V2X服務(wù)具有巨大的有待開發(fā)的市場空間。通過實現(xiàn)更安全的交通和更愉快的旅行體驗來直接使每個司機和每個乘客受益。

總之，V2X通信是未來汽車的關(guān)鍵組成部分。因此，移動蜂窩生態(tài)系統(tǒng)的利益相關(guān)者應(yīng)盡早評估互連汽車的容量和覆蓋需求。移動蜂窩和汽車行業(yè)之間的合作對于實現(xiàn)一流的互連汽車解決方案至關(guān)重要。

為了說明V2X應(yīng)用的多樣性和潛力，3GPP針對V2X系統(tǒng)(版本14，3GPP TS 22.1853)推出服務(wù)需求的一些具體用例做了說明(參見：https://portal.3gpp.org/desktopmodules/Specifications/SpecificationDetails.aspx?specificationId=2989)，而對于對于增強型V2X的工作，在3GPP TR 22.886.4中列舉出了這些額外的更具挑戰(zhàn)性的應(yīng)用，這些應(yīng)用被視為推導(dǎo)Release 15版及更高版本協(xié)議的服務(wù)需求的基礎(chǔ)(參見：https://portal.3gpp.org/desktopmodules/Specifications/SpecificationDetails.aspx?specificationId=3108);

LTE在V2X解決方案中的作用

基于LTE的V2X服務(wù)

第一代LTE V2X可以提供與其他V2X解決方案相同的應(yīng)用 - 同樣的外觀和感受，最重要的區(qū)別在于LTE V2X能夠提供更好的無線接入技術(shù)。憑借更好的性能，LTE V2X解決方案可以擴大目前設(shè)想的V2X安全性，移動性和環(huán)境應(yīng)用的廣度和有效性。

為了實現(xiàn)這種一致的外觀，LTE V2X解決方案應(yīng)該重新使用消息集和V2X設(shè)計的許多板載性能標(biāo)準(zhǔn)。此外，LTE V2X可以使用IEEE 1609.2安全服務(wù)框架以及支持與新車輛的信任，匿名安全消息交換的公共(PKI)系統(tǒng)。這種適應(yīng)和采用將利用智能交通系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)社區(qū)的成就和共識，并提供近20年來所設(shè)想的轉(zhuǎn)型低延遲應(yīng)用。

這種重用DSRC的應(yīng)用和安全服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)對LTE V2X是有意義的，可以實現(xiàn)多贏的局面：公路運營商的交通管理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)具有成本效益的LTE V2X解決方案方案，而移動運營商提供了替代方案。 移動運營商可以通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備為道路運營商提供服務(wù)，還可以為商業(yè)旅客提供信息或其他V2N服務(wù)的個人用戶收費來實現(xiàn)蜂窩頻譜的價值。 最終消費者驅(qū)動應(yīng)用實現(xiàn)價值，他們可以hiode獲得重要的，高質(zhì)量的旅行路線和安全等關(guān)鍵信息。

基于LTE的V2X解決方案能夠解決新的挑戰(zhàn)

交通運輸?shù)奈磥韺⑹侵悄芑?，永遠互連的車輛，相互配合的運輸基礎(chǔ)設(shè)施，提供更安全，更愉快的旅行體驗。

LTE可以以DSRC的補充方式解決低延遲，高可靠性的V2X用例。這可能包括將DSRC應(yīng)用卸載到LTE。例如，基于LTE的V2V通信可以實現(xiàn)ADAS的部署。

基于LTE的V2X通信可以支持需要更長范圍或更高消息吞吐量的各種用例。這些是由于基于LTE的V2V通信的物理層方面的優(yōu)點來實現(xiàn)的：基于LTE的V2V由于采用頻分復(fù)用(FDM)和更長的傳輸時間(1毫秒)從而實現(xiàn)了顯著的鏈路預(yù)算增益?？梢圆捎没旌献詣又貍髡埱?HARQ：Hybrid automatic repeat request)重傳來實現(xiàn)更高的鏈路預(yù)算?；贚TE的V2V還使用turbo編碼和單載波FDM，這兩者都進一步增加了鏈路預(yù)算收益。在系統(tǒng)層面，基于LTE的V2V通過將無線電資源的感測與半持續(xù)傳輸相結(jié)合來利用V2V業(yè)務(wù)的周期性。這種方法沒有像DSRC那樣的載波感知開銷，并且由于使用了相對閾值(而不是DSRC的固定開銷)，因此可以導(dǎo)致無線電資源可以更好在空間上重用。這導(dǎo)致與DSRC相比能夠?qū)崿F(xiàn)具有優(yōu)異性能的系統(tǒng)。

作為3GPP的Release 14 版協(xié)議所解決的低延遲本地通信的一些關(guān)鍵性能參數(shù)是：

車輛速度高達160公里/小時，相對速度為280公里/小時

讓駕駛員有足夠的響應(yīng)時間(例如4秒)

在兩個用戶設(shè)備(UE)之間的定期廣播消息的消息大小其有效載荷為50-300字節(jié)，事件觸發(fā)的消息最多為1200字節(jié)(不包括與安全性相關(guān)的消息組件)

兩個UE之間的消息傳輸?shù)淖畲笱舆t是100毫秒，通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的消息傳遞的最大延遲為1000毫秒

在隨后的發(fā)行版本中，預(yù)計對延遲，范圍，速度，可靠性，位置精度和消息有效載荷的更嚴(yán)格要求將會隨之而來，以支持更高級的應(yīng)用場景。例如，基于5G的V2X系統(tǒng)預(yù)計將提供5 ms或更短的車輛之間的端到端延遲，并在短到中等范圍(80到200米)內(nèi)提供超過99%的數(shù)據(jù)包傳輸可靠性。

用于LTE和5G的3GPP中定義的基于蜂窩的V2X系統(tǒng)旨在重用已經(jīng)由汽車社區(qū)(例如由SAE International)所規(guī)定的服務(wù)和應(yīng)用層。它還重用現(xiàn)有的安全和傳輸層協(xié)議，如ISO，ETSI-ITS和IEEE(1609標(biāo)準(zhǔn)系列)等其他標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)組織所定義的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。

3GPP基于5G的V2X的研究已經(jīng)開始了。

V2X應(yīng)用場景的種類(圖片來源3GPP)

移動運營商為V2X增加價值

移動運營商可以利用現(xiàn)有的蜂窩基礎(chǔ)設(shè)施來促進V2X技術(shù)的高效部署。他們也有機會在短期內(nèi)為V2X以下四個方面來增加價值：

1.道路運營商的連接/平臺：移動運營商可以為公路運營商提供連接和RSU管理

2.證書和證書吊銷列表的分發(fā)：考慮到蜂窩網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)覆蓋全球，eNB可以以成本效益和及時的方式替代RSU來分發(fā)證書和證書撤銷列表

3.范圍擴展：根據(jù)設(shè)計，DSRC僅提供短距離通信：約300米。 LTE將V2X解決方案擴展到幾公里，使他們能夠通知更多司機關(guān)于重大事件，如事故

4. RSU回程：LTE可以在銅或光纖成本昂貴，效率低下或者根本沒有的地方來為RSU提供回程

本圖說明了蜂窩生態(tài)系統(tǒng)如何支持和實現(xiàn)V2X服務(wù)的(圖片來源3GPP)

在V2X中使用LTE廣播承載以及D2D廣播通信

結(jié)語和展望

憑借強大的5G演進路線，C-V2X技術(shù)是安全意識和自主駕駛解決方案的關(guān)鍵。 C-V2X與其他高級駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)傳感器(如攝像機，雷達和LIDAR)相輔相成，即使在非視距(NLOS)情況下也能提供有關(guān)車輛周圍環(huán)境的信息。除了允許360度NLOS之外，C-V2X還旨在通過使用5.9GHz ITS頻段中的直接通信，以及與其他車輛，基礎(chǔ)設(shè)施和行人設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來檢測和交換信息，同時能夠與使用商業(yè)蜂窩頻段的云服務(wù)進行通信，從而增強情境意識。與現(xiàn)有技術(shù)相比，C-V2X旨在提供增強的V2X直接通信范圍，可靠性，延遲性和卓越的NLOS性能。該技術(shù)得到基于3GPP Release 14規(guī)范的廣泛生態(tài)系統(tǒng)的支持，并且預(yù)計將在今年晚些時候開始實施。

C-V2X演進至5G為自主車輛提供更多的無線通信功能，支持高級使用案例，例如使用車輛之間的高吞吐量傳感器數(shù)據(jù)，實現(xiàn)地圖共享，透視功能，以及將攝像機信息從一輛車傳導(dǎo)另一輛車上，以及寬帶精確測距，同時保持與3GPP 14 C-V2X的向后兼容性。5G擁有支持千兆速度的能力，具有超可靠低延遲通信和大量節(jié)點的關(guān)鍵任務(wù)服務(wù)，5G將為未來實現(xiàn)始終連接的無人駕駛汽車提供統(tǒng)一的連接平臺。

讓我們期待吧!