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什么是V2X?无线通信技术V2X解析

车用无线通信技术(Vehicle to Everything,V2X)是将车辆与一切事物相连接的新一代信息通信技术,其中V代表车辆,X代表任何与车交互信息的对象,当前X主要包含车、人、交通路侧基础设施和网络。

V2X定义
 
车用无线通信技术(Vehicle to Everything,V2X)是将车辆与一切事物相连接的新一代信息通信技术,其中V代表车辆,X代表任何与车交互信息的对象,当前X主要包含车、人、交通路侧基础设施和网络。V2X交互的信息模式包括:车与车之间(Vehicle to Vehicle,V2V)、车与路之间(Vehicle to Infrastructure,V2I)、车与人之间(Vehicle to Pedestrian,V2P)、车与网络之间(Vehicle to Network,V2N)的交互。
 
3GPP标准组织定义的V2X技术包括车与车通信(V2V)、车与路边基础设施通信(V2I)、车与行人通信(V2P)、车与网络/云平台通信(V2N/V2C)等通信场景。目前阶段我国V2X的研究热点主要集中在C-V2X(Cellular)上,包括基于4G网络的LTE-V2X的应用和未来5G的NR-V2X研究。
 
V2X借助各种无线通信技术,将“车、路、人、云”等交通参与要素有机地联系在一起,不仅可以支撑车辆获得更多的感知信息,促进自动驾驶技术创新和应用;还有利于构建一个智慧的交通体系,促进汽车和交通服务的新模式新业态发展,对提高交通效率、节省资源、减少污染、降低事故发生率、改善交通管理具有重要意义。
 
V2X是智能网联的必要支持,通过开发上层应用,可以提升全方位的智能网联生态,服务于自动驾驶、高效出行、交通管理、远程监控等多维度应用。
 
V2V技术
 
V2V(Vehicle to Vehicle),指通过车载终端进行车辆间的通信。最普遍的应用场景是在城市街道与高速公路中,车辆之间相互通信,发送数据,实现信息和数据的共享。
 
智能汽车计算平台可以通过发送或接收以下数据:车辆的时速、相对位置、刹车、直行还是左拐等所有与行驶安全相关的数据,甚至包括拍摄周围事物的图片或者音视频等,分析和预判其他车辆的驾驶行为,从而实现主动的安全策略,提升行驶安全,为半自动驾驶、自动驾驶提供数据支撑。
 
V2V技术允许车辆通过转发自身及前方的实时信息来预防事故的发生,从而减少驾驶时间,最终实现改善交通环境,减少交通拥堵的目的。
 
V2V车辆通信可以通过C-V2X中的D2D协议实现车与车之间的通信,为整车厂带来了另一种运维模式,即自由有效建立智能车队,规划路径,降低油耗,提升营运收益。
 
V2I技术
 
V2I(Vehicle to Infrastructure),指车载设备与路边基础设施(如红绿灯、交通摄像头、路侧单元等)进行通信,路边基础设施获取附近区域环境的信息并发布各种实时信息。车与路通信主要应用于实时信息服务、车辆监控管理、不停车收费等。
 
智能汽车计算平台需要通过分析接收到路边基础设施的警示信息如:十字路口的盲区碰撞、道路险情、道路施工、救急车辆、交通堵塞和事故警告,以及视线盲区的交通信号或标志指示,提示用户相应的险情,推荐优化的驾驶行为,促进道路车辆行驶和周边信息的合理化和完善化。
 
V2I技术通过无线的方式帮助车辆和路侧的交通设施实现数据交换,主要应用包括交叉路口安全管理、车辆限速控制、电子收费、运输安全管理,以及道路施工和限高警示等。这项技术会推动交通设施智能化,包括禁止驶入灯标、天气信息系统等交通设施都可进化为通过多种算法可识别高风险情况并自动采取警示措施的智能交通设施。
 
V2I车辆通信可以C-V2X中的超密集组网技术以及D2D协议实现车与路基础设施通信。智能汽车计算平台通过强大的CPU处理接收的信息,结合GPU处理通过摄像头识别的图像,再辅助高精地图和云端支持,建立协同式环境感知系统,便于整个智慧城市的搭建。
 
V2P技术
 
V2P(Vehicle to People)是指车辆中的车载设备和弱势交通群体(包括行人、骑行者等)使用用户设备(包括行人、骑行者等)使用用户设备(如智能手机、可穿戴式设备、自行车GPS信号仪等)进行通信。车与行人通信主要应用于交通安全、智能钥匙、位置信息服务、汽车共享等。
 
智能汽车计算平台通过支持强大的安全通信,通过智能钥匙,实现无钥匙进入和远程启动等功能。同时还要通过强大的计算能力,实时推算行人或者骑行者的行动轨迹,为驾驶员提供驾驶预判,避免发生交通事故。
 
V2P技术则使得行人和骑车人通过智能手机成为V2X通信环境中的一个节点。它可以发送或接收警示信号,例如可以预先告知联网信号灯自身是否需要延长过马路的时间,也可以提示附近车辆前方路口有行人要过马路,或者提示车辆相邻车道有自行车在骑行。
 
V2P通信主要取决于用户设备的无线通信协议,这就需要智能汽车计算平台能够支持尽可能多的无线通信协议,譬如BT、WIFI、Zigbee、Z-WAVE、NB-IoT/LoRA、LTE/5G,才能够有效地实现V2P。
 
V2N/V2C技术
 
V2N/C(Vehicle to Network/Cloud)是指车辆中车载设备通过网络与云平台连接,云平台与车辆之间进行数据交互,并对获取的数据进行存储和处理,提供远程交通信息推送、娱乐、商务服务和车辆管理等。车与云平台通信主要应用于车辆导航、车辆远程监控、紧急救援、信息娱乐服务等。
 
对于V2N/V2C来说,智能汽车计算平台需要强大而迅捷的数据处理能力以及海量的数据存储机制,以处理超高速率、超高吞吐量、高可靠性、超低延时的网络数据。
 
毫无疑问,V2N/V2C需要采用C-V2X中的新型天线传输技术、高频段传输、同频全双工等高效技术,这就要求智能汽车计算平台需要支持新型网络架构,譬如D-RAN、C-RAN,D2D、MTC等接入技术相融合的方式,通过各种低成本高速光传输网络,实现V2N/V2C通信。
 
V2X技术两大产业化阵营介绍
 
V2X产业分为DSRC和C-V2X两个标准和产业阵营。中国V2X市场因为坐拥全球最大的4G LTE网络和成熟的产业链,并且对DSRC技术上没有太多积累,考虑到规避专利风险等因素,因此有分析认为中国V2X技术发展会向C-V2X倾斜。
 
DSRC(专用短程无线通信标准),以IEEE802.11p为基础,V2V为其主要的应用方式。DSRC最大的竞争筹码是启动早,早在1999年,美国联邦通信委员会就在5.9 GHz区域为V2X留出了75 MHz的带宽,美国、欧洲等国家已提出相关标准规格,经过十多年的发展历史,形成成熟的产业链,并可以进入商用。
 
C-V2X,基于蜂窝网通信技术的车用无线通信技术(C是蜂窝Cellular),是基于4G/5G等蜂窝网通信技术演进形成的车用无线通信技术,包含LTE-V2X和5G-V2X,从技术演进角度讲,LTE-V2X支持向5G-V2X平滑演进。C-V2X是在移动通信标准化组织3GPP的推进下开始启动,目前正处于标准制定和技术积累的关键阶段,3GPP在2017年制定了第一版的标准,目前形成以华为、高通、爱立信、诺基亚等通信产业链企业、电信运营商和汽车企业为主的产业阵营。
 
V2X典型应用场景
 
V2X目前主要覆盖3大典型应用场景:交通主动安全、交通效率和信息服务,并且向支持实现自动驾驶应用演进。在未来移动通信论坛和车载信息服务产业应用联盟共同发布的《智能网联汽车基本应用白皮书》中定义了72种智能网联汽车应用场景,其中基本应用场景包括:
 
交通主动安全:前向碰撞预警、左转辅助/告警、汇入主路辅助/碰撞告警、交叉路口碰撞告警(有信号灯/无信号灯/非视距等,存在路边单元)、交叉路口碰撞告警(有信号灯/无信号灯/非视距等,不存在路边单元)、超车辅助/逆向超车提醒/借道超车、盲区告警/换道辅助、紧急制动预警(紧急电子刹车灯)、车辆安全功能失控告警、异常车辆告警(包含前方静止/慢速车辆)、静止车辆提醒(交通意外,车辆故障等造成)、非机动车(电动车,自行车等)横穿预警/行人横穿预警、紧急车辆提示、道路湿滑/危险路段提醒(大风、大雾、结冰等)、创红灯(/黄灯)告警)。
 
交通效率:减速区/限速提醒(隧道限速、普通限速、弯道限速等)、车速引导、车内标牌、电子不停车收费。
 
信息服务:进场支付、自动停车引导及控制、SOS/eCALL业务、车辆被盗/损坏(包括整车和部件)警报、车辆远程诊断,维修保养提示。
 
基于蜂窝网通信技术的车用无线通信技术C-V2X介绍
 
C-V2X通信接口
 
C-V2X中包含了两种通信接口:一种是车、人、路之间的短距离直接通信接口(PC5),另一种是终端和基站之间的通信接口(Uu),可实现长距离和更大范围的可靠通信。C-V2X直接通信可提供扩展的通信范围和增强的可靠性,而不依赖蜂窝网络的协助或覆盖。
 
网络通信(Uu接口),利用LTE广播,通过V2X服务器中转,把信息传送到另一个节点。通过LTE方式无线基站对V2V数据的调度和接口的管理进行辅助。Uu接口具有广覆盖,可回传到云平台特点,适合信息娱乐类、远距离的道路危险或交通状况、延迟容忍安全消息等业务类型。
 
直连通信(PC5接口),以LTE标准中的D2D(Device-To-Device,设备间)邻近通信服务为基础。PC5接口,可以实现250Kph的高速度和高密度通信,支持无LTE网络覆盖下通信LTEV2X同时支持基站和全球导航卫星系统(GNSS)的时间同步。允许用户在有或没有网络覆盖的条件下彼此间直接广播消息。PC5接口具有低延时、覆盖范围小特点,适合交通安全类、局域交通效率类业务。
 
C-V2X标准化进展
 
C-V2X的标准化可以分成3个阶段:
 
支持LTE-V2X的3GPP R14版本标准已于2017年正式发布,在TR22.885中定义了V2V(车到车)、V2I(车到路边设施)、V2P(车到人)、V2N(车到网络)、V2X(车到其它)等27类场景,面向辅助驾驶和交通安全。
 
支持LTE-V2X增强(LTE-eV2X)的3GPP R15版本标准于2018年6月正式完成。标准TS22.886中已经定义了25个用例共计5大类增强的V2X业务需求,包括基本需求、车辆编队行驶,半/全自动驾驶、传感器信息交互和远程驾驶。
 
支持5G-V2X的3GPP R16+版本标准于2018年6月启动研究,将与LTE-V2X/LTE-eV2X形成互补关系。5G eV2X当前仅完成需求规范,定义了25个用例,包括自动排队驾驶、半/全自动驾驶、支持扩展传感、远程驾驶和通用需求。目前,3GPP 5G NR(New Radio,新空口)积极支持V2X的标准化工作,自从2018年6月RAN#80全会上启动了NR V2X技术研究后,3GPP工作组针对NR V2X的研究内容展开了丰富的讨论,在今年2月份RAN1#96会议中结束了NR V2X SI(Study Item)部分的讨论,NR V2X从RAN1#96b次会议开始正式进入WI(Work Item)讨论,各种技术要点也将尘埃落定。预期NR-V2X产品最早有可能于2022年在上市车型中面世。
 
我国也在推进C-V2X标准化工作,例如工信部联合国标委发布“国家车联网产业标准体系建设指南”,其中信息通信分册为V2X通信标准建设给出了体系参考;中国通信标准化协会CCSA为主承担V2X通信行业标准制定。2019年10月22-24日在上海举办的2019中国汽车工程学会年会暨展览会(2019 SAECCE),由IMT-2020(5G)推进组C-V2X工作组、中国智能网联汽车产业创新联盟、中国汽车工程学会、上海国际汽车城共同举办的C-V2X“四跨”互联互通应用示范活动,首次实现国内“跨芯片模组、跨终端、跨整车、跨安全平台”C-V2X应用展示。本次活动聚集了26家整车厂商、28家终端设备和协议栈厂商、10个芯片模组、6个安全解决方案、2个CA平台,共接待参与C-V2X“四跨”测试体验的年会嘉宾、行业技术专家和媒体朋友近2000人次。“四跨”活动有效展示我国C-V2X标准协议栈的成熟度,为C-V2X大规模商业化应用奠定基础。
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文章来源:风语辰 / 文章作者:风语辰  →知识扫盲
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