關(guān)于V2X
V2X,即Vehicle to Everything / vehicle to X,車用無線通信技術(shù),是意向以車輛為中心,與周邊車輛、設(shè)備、基站通信,從而獲取實時路況、道路信息、行人信息等一系列交通信息,以提高駕駛安全性、減少擁堵、提高交通效率、提供車載娛樂信息等,是未來智能交通運輸系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。
具體來說,我們通常認(rèn)為V2X技術(shù)包含以下幾個類別:
- 車輛與車輛V2V(Vehicle-to-Vehicle):常見應(yīng)用如防碰撞安全系統(tǒng)
- 車輛與基礎(chǔ)設(shè)施V2I(Vehicle-to-Infrastructure):交通信號指示與時間提醒
- 車輛與行人V2P(Vehicle-to-Pedestrian):行人單車安全距離警報
- 車輛與外部網(wǎng)絡(luò)V2N(Vehicle-to-Network):實時地圖,云服務(wù)等
V2X技術(shù)的目的是減少交通事故,提高交通效率,在目前更是助力自動駕駛的重要力量。V2X也是實現(xiàn)自動駕駛的重要手段,能夠彌補攝像頭、雷達(dá)等車載傳感器視距不足的缺陷,并且提高車輛在交叉口、惡劣天氣環(huán)境等特殊條件下的感知能力。
發(fā)展歷程
V2X的起源其實相當(dāng)早,在國外也經(jīng)歷了相當(dāng)長時間的發(fā)展,在1999年美國就已經(jīng)開始了相關(guān)方面的研究,分配了5.850-5.925 GHz給智能運輸系統(tǒng)(ITS),從2004年開始,IEEE開始基于802.11系列協(xié)議開發(fā)車用無線通信系統(tǒng)并提出了DSRC(專用短程通訊,Dedicated Short Range Communications)來命名這項基于802.11的車載無線通信技術(shù),這也就是V2X的第一個技術(shù)路線的起源。與此同時,在日本也較早展開了對車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究,在1991年, 日本車輛信息與通信系統(tǒng)(VICS)中心正式成立,經(jīng)過近10年的發(fā)展,VICS被認(rèn)為是世界上最成功的道路交通信息提供系統(tǒng)。
與歐美、日本等國比較,我國起步較晚,在2009年,隨著車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在國內(nèi)的發(fā)展,V2X也開始在國內(nèi)發(fā)展迅速,在這個過程中,我國在V2X的路徑上沒有選擇著重研究發(fā)展DSRC這一技術(shù),而是在伴隨3GPP的發(fā)展框架內(nèi)正式將V2X納入LTE技術(shù),選擇了基于LTE蜂窩網(wǎng)的C-V2X(LTE-V2X)技術(shù)。
隨著2020年5G元年的正式到來,因4G-LTE技術(shù)設(shè)計之初并未充分考慮車聯(lián)網(wǎng)技術(shù),隨著智能汽車迅速發(fā)展起來,4G-LTE技術(shù)就顯得不夠用,因此5G通信在設(shè)計之初即將智能汽車的需求考慮進(jìn)去,V2X將是5G網(wǎng)絡(luò)的一部分,5G-V2X有融合LTE-V2X及DSRC的可能,為汽車提供更安全、更高效的運行能力。
在目前,智能汽車開始大規(guī)??焖侔l(fā)展,5G網(wǎng)絡(luò)的部署逐漸完善,自動駕駛技術(shù)已經(jīng)成為發(fā)展的熱點與重點,而V2X更是智能汽車和智能交通的支撐技術(shù)之一,也將會迎來更快速的發(fā)展。
使用技術(shù)
正如之前所說,目前的V2X有以下幾種主要的技術(shù):
DSCR技術(shù)
DSRC技術(shù),即車輛短程通信專用技術(shù)( Dedicated Short-Range Communications),發(fā)展較早,可以追溯至 2004 年。當(dāng)時,IEEE 在其 802.11 無線局域網(wǎng)(即 Wireless Local Area Networks, WLAN)標(biāo)準(zhǔn)系列下,開始制定新的車載通信標(biāo)準(zhǔn)。這一標(biāo)準(zhǔn)即是 IEEE 802.11p。在 2007 年左右,IEEE 802.11p 標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)趨于穩(wěn)定。而 DSRC 所采用的通信標(biāo)準(zhǔn)即是IEEE 802.11p 和 1609.x。因此現(xiàn)在,人們將DSRC和相應(yīng)的下層標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)稱為 DSRC。例如,美國聯(lián)邦通信委員會提出的車載環(huán)境下的無線接入(WAVE)通信協(xié)議是目前最為完善的DSRC V2X通信標(biāo)準(zhǔn)之一,已經(jīng)進(jìn)行了多次大規(guī)模測試及應(yīng)用。
DSRC具有以下特點:
1)美國在發(fā)展DSRC的初期,為其分配了專屬帶寬:位于 5.9GHz 頻帶的一段 75MHz 的帶寬(5.850-5.925GHz)被劃為 DSRC 專屬的交通安全頻譜。二十多年的發(fā)展過程中,國際上DSRC專用短程通信技術(shù)曾出現(xiàn)3個主要的工作頻段:800-900MHz、2.4GHz和5.8GHz頻段,;目前我們國家采用的是源于ISO/TC204國際標(biāo)準(zhǔn)化組織智能運輸系統(tǒng)技術(shù)委員會(國內(nèi)編號為SAC/TC268)的5.795-5.815GHz ISM頻段,下行鏈路(D-link)500Kbp,2-AM;上行鏈路(U-link)250Kbp,2-PSK的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
2)從覆蓋的距離來看,DSRC是一種相對來說距離較近的通信方式,一般有效通信距離不超過1km。
3)DSRC的平均時延一般小于50ms,因此在安全性相關(guān)的場景中更具有實用價值。
C-V2X技術(shù)
3GPP在2017年發(fā)布的第14版本(Release 14)的LTE技術(shù)明確支持V2X,這就意味著V2X迎來了第二條技術(shù)路線?;贚TE蜂窩技術(shù)的V2X被稱為C-V2X,既 Cellular V2X,由于當(dāng)前的C-V2X技術(shù)是基于LTE的,因此又被稱為LTE-V2X。而3GPP的第16版本(Release 16)支持基于5G技術(shù)的V2X,因此屆時將被稱為5G-V2X或者NR-V2X。按照3GPP的時間表,Release16的制定將在2020年下半年完成。
為什么會演進(jìn)出不同于DSRC的C-V2X技術(shù)呢?基于Wi-Fi技術(shù)的DSRC性能存在局限性——Wi-Fi難以支持高速移動場景,移動速度一旦提高,DSRC信號就開始驟降、可靠性差、時延抖動較大,所以很長一段時間DSRC的性能不穩(wěn)定,一直處于測試階段。此外,DSRC在實際部署中有效工作距離一般為幾十米,如果需要全境覆蓋,那么需要部署的RSU設(shè)備的數(shù)量就相當(dāng)之多,從經(jīng)濟(jì)成本還是部署難度來講都是難以實現(xiàn)的。
因此,隨著蜂窩網(wǎng)的逐步發(fā)展與LTE技術(shù)的演進(jìn),業(yè)界開始研究在蜂窩通信技術(shù)(Cellular)基礎(chǔ)上重新設(shè)計V2X的構(gòu)想,C-V2X(基于LTE技術(shù))由此應(yīng)運而生。就目前而言,主要有兩種通信模式存在:集中式(LTE-V-Cell)和分布式(LTE-V-Direct)。
1)集中式(LTE-V-Cell)也稱為蜂窩式通信或網(wǎng)絡(luò)通信模式
需要基站作為控制中心,利用基站作為集中式的控制中心和數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)發(fā)中心,使用網(wǎng)絡(luò)運營商提供的頻段,由基站完成集中式調(diào)度、擁塞控制和干擾協(xié)調(diào)等,支持大帶寬、大覆蓋通信,可以顯著提高LTE-V2X的接入和組網(wǎng)效率,保證業(yè)務(wù)的連續(xù)性和可靠性,滿足Telematics(遠(yuǎn)程信息處理)應(yīng)用需求。
2)分布式(LTE-V-Direct)也稱為直接通信模式
無需基站作為支撐,可以獨立于蜂窩網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)車輛與周邊環(huán)境節(jié)點低時延、高可靠的直接通信,滿足行車安全需求。基于“萬物互聯(lián)”的物聯(lián)網(wǎng)思想也為未來平滑向5G進(jìn)行演進(jìn)轉(zhuǎn)換提供渠道,保證向后兼容性。
我們對通信模式進(jìn)行整理與歸納,對其進(jìn)行對比:
內(nèi)容 | 集中式(LTE-V-Cell)通信 | 分布式(LTE-V-Direct)通信 |
時延 | 較低 | 低 |
eNodeB接口 | PC5接口 | Uu接口 |
頻段 | 在ITS頻段實現(xiàn)V2V,V2I,V2P | 在網(wǎng)絡(luò)運營商提供的頻段實現(xiàn)V2N |
網(wǎng)絡(luò)連接 | 網(wǎng)絡(luò)獨立 | 需連接網(wǎng)絡(luò) |
范圍 | 短距離(<1km) | 長距離(>1km) |
總的來說,由于C-V2X的基礎(chǔ)設(shè)施是在蜂窩技術(shù)上發(fā)展起來的,僅通過改造現(xiàn)有的基站,就可以將C-V2X基礎(chǔ)設(shè)施集成進(jìn)去;終端部署方面,可以延用LTE和5G的生態(tài)系統(tǒng),在一個通信模塊內(nèi)里面把LTE、V2X集成在一起,形成一個統(tǒng)一的連接性的解決方案,部署成本較DSRC更優(yōu)。
5G-V2X
5G-V2X是5G通信的V2X標(biāo)準(zhǔn),也稱作NR-V2X,因4G-LTE技術(shù)設(shè)計之初并未充分考慮車聯(lián)網(wǎng)技術(shù),隨著智能汽車迅速發(fā)展起來,4G-LTE技術(shù)就顯得不夠用,因此5G通信在設(shè)計之初即將智能汽車的需求考慮進(jìn)去,V2X將是5G網(wǎng)絡(luò)的一部分,5G-V2X有融合LTE-V2X及DSRC的可能,為汽車提供更安全、更高效的運行能力。
DSRC V2X和LTE V2X互有長短,各有千秋,這兩種通信技術(shù)各有優(yōu)點,前者是基于十幾年的研究,最終形成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的,具有可靠穩(wěn)定性的技術(shù);后者在覆蓋范圍、感知距離、承接數(shù)量、短時延以及后續(xù)更新演進(jìn)具有優(yōu)勢,而NR-V2X在一定程度上是二者的融合與延續(xù),目前大力發(fā)展的高級駕駛輔助(ADAS)與自動駕駛都將依托于NR-V2X的能力,隨著相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的逐步完善,其研發(fā)進(jìn)度也正在逐步加快。
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