5G通訊技術在V2X中的應用

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）

關鍵字：V2X；5G；車聯網

引言

V2X（Vehicle to Everything車輛與萬物互聯）技術， 此技術通常指擁有先進的高精度傳感器、車載控制器和執行機構等設備的車輛，結合無線通訊技術和網絡技術的科技融合，通過這樣科技融合可以實現車與道路、車輛、行人等任何事物進行通訊，利用多方面，多維度的信息融合處理，感知或識別人、物體和環境的狀態，再通過共享、信息交互和智能決策等手段實現車與車、車與人、車與道路、車與萬物之間的協同控制，通過V2X通信，車輛能夠自主地與附近其他車輛和路邊基礎設施通信，獲得實時路況和道路信息以及行人信息等一系列交通信息，從而實現汽車的安全高效行駛，減少交通事故的發生，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[1,2]，從而使車輛擁有更高效的、更節能、更舒適、更安全駕駛體驗。是未來新一代汽車的必備配置。

1 V2X的功能組成

V2X（Vehicle-To-Everything）大致可以分為四個功能塊，分別是 V2P（Vehicle-To-Pedestrian，車聯行人）、V2V（Vehicle-To-Vehicle，車輛互聯）、V2I（Vehicle-To-Infrastructure，車聯路邊基礎設施如RSU（Road Side Unit）等）和V2N（Vehicle-To-Network，車聯網絡）。

V2P（Vehicle-To-Pedestrian，車聯行人）通常定義為車輛通過攝像機和各種傳感器及行人所使用的聯網終端等實現人與車輛的互聯。

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

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

V2N（Vehicle-To-Network，車聯網絡）通常定義為車與車通訊網絡。通過移動互聯網絡，云服務等互聯網科技讓車輛可以獲得大量的數據信息，通過智能處理、智能決策等手段實現導航、輔助駕駛、防盜、娛樂等功能。

車輛在通訊設備、傳感器和智能芯片等科技的配合下與外部世界建立聯系，同時也是未來全自動駕駛、智能交運系統、智能駕駛汽車等的關鍵技術和基石。

2 V2X技術標準

V2X目前有兩大通信標準是DSRC和C-V2X。兩者之間的標準差異如下：

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

DSRC是一種高效的無線通信技術，基于802.11P標準，802.11p物理層架構與802.11a（現今使用的WiFi技術標準）基本類似，采用正交頻分復用（OFDM，Orthogonal Frequency-Division Multiplexing）等調變技術，同時搭配向前錯誤校正技術（FEC，Forward Error Correction）等，可以提高高速移動下信息傳遞的實時性。為了能夠實現車輛與道路之間的有機連接，需要在某些特定區域內實現針對高速運動目標的識別和通信，圖像和數據信息、實時傳輸語音等功能。應用DSRC技術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

它是基于移動蜂窩網絡的V2X通信技術，它是一種基于蜂窩（Cellular）通信演進的車載無線通信技術，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蜂窩移動通訊技術的到來，C-V2X技術蓬勃發展，相對DSRC技術需要建立專門的WiFi基站而言，C-V2X可以利用現有5G基站，硬件成本較低，因此在覆蓋范圍、感知距離、承接數量、短時延上比DSRC更為先進。目前在標準方面也有明確的技術路線，包括首個階段的LTE-V2X以及后續R15的LTE-V2X方案以及基于新空口技術的R16 NRV2X（New Radio，新空口）。

3 C-V2X技術方案

3.1 C-V2X總體架構

C-V2X總體架構如圖1所示，主要涉及到云端、路側端和車載端三個組成模塊。 其中云端可以連接第三方業務應用的信息中心，為路側端和車載端發送全局的業務控制、業務共享信息，并存儲全局設施、環境、用戶、業務信息；路側端與路側信號控制器或者邊緣服務器相連，收集駕駛、交通環境狀態信息，進行路側決策并發送路側業務控制到車載端；車載端收集路側控制信息、全局信息、周邊環境信息進行動態感知及實時決策。

圖1 C-V2X總體架構圖

交互數據主要包括發送速率為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）；下發類發送速率2Hz的信息MAP（Map，地圖消息），發送頻率2Hz；下發類消息RSI（Road Side Information，路側單元消息）；發送速率1Hz的下發類消息RSM（Road Side Message，路側消息）。

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

路側端主要包括：通信基礎設施，C-V2X專用通信基礎設施，4G/5G蜂窩基站；路側單元（RSU，Road Side Unit）；路側智能設施，包括護欄、交通信號燈、標線、標志等交通控制設施智能化，以及在路側部署攝像頭、激光雷達、毫米波雷達等各種環境感知設備，移動邊緣計算（MEC，Mobile Edge Computing）設備等。

3.2 5G在C-V2X中的應用

5G網絡通過移動邊緣計算 (MEC）和網絡切片兩大核心技術與車聯網深度融合，為C-V2X提供高度的靈活性和健壯性的網絡能力。

3.2.1 MEC技術

MEC是指將整個云計算大平臺的運算能力向靠近終端的地方下沉，融合網絡傳輸、計算、儲存和應用的能力，來提高邊緣計算的效率和反饋速度。 它能夠連接多個設備，訪問RSU、攝像頭、OBU、智能化交通控制設施、激光雷達、毫米波雷達等，與之進行通訊從而獲得有用信息，同時利用向上連接的云平臺豐富信息處理手段；MEC可以收集并集成多個傳感器數據，再進行這對收集信息的融合處理，例如針對多種車載或路邊環境中雷達和攝像頭的融合分析算法；MEC也應該具備多種相關協議的處理能力，例如MEC要分析判斷車輛的速度、軌跡、位置，分析可能的碰撞風險在它通過交叉口的時候，然后通過對RSU的信息傳輸到車載OBU進行預警。

3.2.2 網絡切片技術

網絡切片是5G網絡的關鍵業務， 5G網絡切片相對4G是一個更強大的概念，它包括整個PLMN(Public Land Mobile Network)。網絡切片是一個包括業務應用、傳輸網絡、有線網絡、無線網絡、核心網絡等，并且涵蓋所有網段端到端的邏輯網絡，它同時可以為網絡切片需求方靈活地提供一個或多個網絡服務。隨著我國5G技術的推廣以及道路基礎設施的快速發展，未來的汽車交通朝著更加智能化和網絡化發展，5G 的超可靠性、低時延、切片網絡等關鍵技術為車聯網提供強有力的支撐，使車聯網的體系結構得到優化，進一步激發了車聯網的市場潛力[3,4]。

5G網絡可以為車聯網提供多種不同類型的網絡切片，例如 eMBB（增強型移動寬帶）、mMTC（海量機器類通信）、uRLLC（超可靠、低時延通信）等，eMBB切片可承載車載虛擬現實全景合成、實時通訊等大流量業務；mMTC切片可承載汽車分時租賃等大規模物聯網服務；uRLLC切片可承載AR導航、無人駕駛等高可靠性業務。

4 結語

V2X業務隨著車路協同以及5G的逐步成熟向著更加安全、協同、智能、綠色方向演進，是汽車、交通、通信、IT與互聯網產業跨行業協同的重要發展方向。后續V2X業務將結合5G網聯通信向著增強廣度和深度覆蓋方向發展。