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C-V2X概述
国际C-V2X发展现状
我国C-V2X发展基础与现状
我国C-V2X产业发展倡议
贡献单位
P2
P9
P15
P28
P30
目录
IMT-2020(5G)推进组于2013年2月由中国工业和信息化部、国家发展和改革委员会、科学技术部联合推动成立,组织架
构基于原IMT-Advanced推进组,成员包括中国主要的运营商、制造商、高校和研究机构。推进组是聚合中国产学研用力
量、推动中国第五代移动通信技术研究和开展国际交流与合作的主要平台。
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推进组
C-V2X
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C-V2X
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3GPP
第三代合作伙伴项目
(
the 3rd Generation Partnership Project
)
5GAA
5G
汽车协会
(
5G Automotive Association
)
CA
证书授权
(
Certicate Authority
)
C-ITS
合作智能交通系统
(
Cooperative-Intelligent Transportation System
)
GNSS
全球卫星导航系统
(
Global Navigation Satellite System
)
缩略语
ITS
智能交通系统
(
Intelligent Transport System
)
LT E
长期演进
(
Long Term Evolution
)
MEC
多接入边缘计算
(Multi-access
Edge Computing
)
OBU
车载单元
(
On Board Unit
)
RSU
路侧单元
(
Road Side Unit
)
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C-V2X
白皮书
1.
C-V2X
内涵
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
C-V2X
概述
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,如图1.1所示。
图1.1 车用无线通信技术
V2V是指通过车载终端进行车辆间的通
信。车载终端可以实时获取周围车辆的车速、
位置、行车情况等信息,车辆间也可以构成一
个互动的平台,实时交换文字、图片和视频等
信息。V2V通信主要应用于避免或减少交通事
故、车辆监督管理等。V2I是指车载设备与路侧
基础设施(如红绿灯、交通摄像头、路侧单元
等)进行通信,路侧基础设施也可以获取附近
区域车辆的信息并发布各种实时信息。V2I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。V2P是指弱势交通群体(包括行
人、骑行者等)使用用户设备(如手机、笔记本
电脑等)与车载设备进行通信。V2P通信主要应
用于避免或减少交通事故、信息服务等。V2N是
指车载设备通过接入网/核心网与云平台连接,
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C-V2X
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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,提供车辆所需要的各类应用
服务。V2N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。
因此,V2X将“人、车、路、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
得比单车感知更多的信息,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。
C-V2X中的C是指蜂窝(Cellular),它
是基于3G/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是基于3GPP全球统一标准的通信
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。
2.
C-V2X
典型场景及应用
借助于人、车、路、云平台之间的全方位
连接和高效信息交互。C-V2X目前正从信息服
务类应用向交通安全和效率类应用发展,并将逐
步向支持实现自动驾驶的协同服务类应用演进。
C-V2X典型的应用场景举例如下:
2.1 信息服务典型应用场景
信息服务是提高车主驾车体验的重要应用
场景,是C-V2X应用场景的重要组成部分。
典型的信息服务应用场景包括紧急呼叫业务
等。
紧急呼叫业务是指当车辆出现紧急情况时
(如安全气囊引爆或侧翻等),车辆能自动或
手动通过网络发起紧急救助,并对外提供基础
的数据信息,包括车辆类型、交通事故时间地
点等。服务提供方可以是政府紧急救助中心、
运营商紧急救助中心或第三方紧急救助中心
等。该场景需要车辆具备V2X通信的能力,能
与网络建立通信联系。
2.2 交通安全典型应用场景
交通安全是C-V2X最重要的应用场景之
一,对于避免交通事故、降低事故带来的生命财
产损失有十分重要的意义。典型的交通安全应用
场景包括交叉路口碰撞预警等。
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交叉路口碰撞预警是指,在交叉路口,车辆
探测到与侧向行驶的车辆有碰撞风险时,通过预
警声音或影像提醒驾驶员以避免碰撞。该场景下
车辆需要具备广播和接收V2X消息的能力。
2.3 交通效率典型应用场景
交通效率是C-V2X的重要应用场景,同时
也是智慧交通的重要组成部分。对于缓解城市交
通拥堵、节能减排具有十分重要的意义。典型的
交通效率应用场景包括车速引导等。
车速引导是指路边单元(RSU)收集交通
灯、信号灯的配时信息,并将信号灯当前所处状
态及当前状态剩余时间等信息广播给周围车辆。
车辆收到该信息后,结合当前车速、位置等信
息,计算出建议行驶速度,并向车主进行提示,
以提高车辆不停车通过交叉口的可能性。该场景
需要RSU具备收集交通信号灯信息,并向车辆广
播V2X消息的能力,周边车辆具备收发V2X消息
的能力。
2.4 自动驾驶典型应用场景
与现有的摄像头视频识别、毫米波雷达、
激光雷达类似,V2X是获得其他车辆、行人运
动状态(车速、刹车、变道)的另一种信息交
互手段,并且不容易受到天气、障碍物以及距
离等因素的影响。同时,V2X也有助于为自动
驾驶的产业化发展构建一个共享分时租赁、车
路人云协同的综合服务体系。目前,典型的自
动驾驶应用场景包括车辆编队行驶、远程遥控
驾驶等。
车辆编队行驶是指头车为有人驾驶车辆或
自主式自动驾驶车辆,后车通过V2X通信与头
车保持实时信息交互,在一定的速度下实现一
定车间距的多车稳定跟车,具备车道保持与跟
踪、协作式自适应巡航、协作式紧急制动、协
作式换道提醒、出入编队等多种应用功能。
远程遥控驾驶是指驾驶员通过驾驶操控台
远程操作车辆行驶。搭载在车辆上的摄像头、
雷达等,通过5G网络大带宽将多路感知信息实
时传达到远程驾驶操控台;驾驶员对于车辆方
向盘、油门和刹车的操控信号,通过5G网络的
低时延高可靠实时传达到车辆上,轻松准确的
对车辆进行前进、加速、刹车、转弯、后退等
驾驶操作。
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C-V2X
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3.
C-V2X
关键技术
C-V2X可支持的工作场景既包括有蜂窝网
络覆盖的场景,也包括没有蜂窝网络部署的场
景。落实到具体的通信技术而言,C-V2X可提
供两种通信接口(如图1.2所示),分别称为Uu
接口(蜂窝通信接口)和PC5接口(直连通信
接口)。当支持C-V2X的终端设备(如车载终
3.1 PC5接口关键技术
C-V2X在PC5接口上的机制设计是以LTE-
D2D技术为基础,为支持V2X消息(特别是车辆之
间的消息)广播、交换快速变化的动态信息(例
如位置、速度、行驶方向等),以及包括车辆编
队行驶、传感器共享在内的未来更先进的自动驾
驶应用,在多方面进行了增强设计,主要包括:
3.1.1 物理层结构进行增强,以便支持更高
的速度
为了在高频段下支持高达500公里/小时的
端,智能手机,路侧单元等)处于蜂窝网络覆
盖内时,可在蜂窝网络的控制下使用Uu接口;
无论是否有网络覆盖,均可以采用PC5接口进
行V2X通信。C-V2X将Uu接口和PC5接口相结
合,彼此相互支撑,共同用于V2X业务传输,形
成有效的冗余来保障通信可靠性。
相对移动速度,解决高多普勒频率扩展以及信
道快速时变的问题,C-V2X对物理层结构进
行了增强。
3.1.2 支持全球卫星导航系统同步
为保证通信性能,C-V2X的接收机和发射
机需要在通信过程中保持相互同步。C-V2X可
支持包括全球卫星导航系统(GNSS)、基站和
车辆在内多种同步源类型,通信终端可通过网络
控制或调取预配置信息等方式获得最优同步源,
以尽可能实现全网同步。C-V2X还支持最优同
图1.2 C-V2X通信接口
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源的动态维护,使得终端可及时选取到优先级更
高的同步源进行时钟同步。
3.1.3 更加高效的资源分配机制以及拥塞控
制机制
作为C-V2X的核心关键技术,PC5接口支持
调度式的资源分配方式(Mode-3)和终端自主
式的资源分配方式(Mode-4)。此外,C-V2X
还支持集中式和分布式相结合的拥塞控制机制,
这种机制可以显著提升高密场景下接入系统的用
户数。
3.2 Uu接口关键技术
为了更好的匹配V2X的业务特性,C-V2X
在Uu空口上主要对以下方面进行了功能增强:
3.2.1 上下行传输增强
上行传输支持基于业务特性的多路半静态调
度,在保证业务传输高可靠性的需求的前提下可
大幅缩减上行调度时延。下行传输针对V2X业务
的局部通信特性,支持小范围的广播,支持低延
时的单小区点到多点传输(SC-PTM)和多播/
组播单频网络(MBSFN)。此外,LTE-V2X支
持核心网元本地化部署,并且针对V2X业务特性
定义了专用服务质量(QoS)参数来保证业务传
输性能。
3.2.2 多接入边缘计算研究
针对具备超低时延超高可靠性传输需求
的车联网业务(如自动驾驶、实时高清地图
下载等),C-V2X可以采用多接入边缘计算
(MEC)技术。目前,标准组织ETSI和3GPP都
将其作为重点项目,针对MEC整体框架、用户面
选择、业务分流、移动性和业务连续性以及网络
能力开放等关键方面进行研究。
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4.
C-V2X
标准化
作为LTE平台向垂直行业新业务的延伸,
3GPP为车辆通信的增强进行了标准研究和开
发。当前,C-V2X的标准化可以分为3个阶段,
如图1.3所示。支持LTE-V2X的3GPP R14版本
标准已于2017年正式发布;支持LTE-V2X增强
(LTE-eV2X)的3GPP R15版本标准于2018年6
月正式完成;支持5G-V2X的3GPP R16+版本标
准宣布于2018年6月启动研究,将与LTE-V2X/
LTE-eV2X形成互补关系。
图1.3 3GPP C-V2X标准研究进展
(1)LTE-V2X标准进展
目前,3GPP已经完成R14版本LTE-V2X相
关标准化工作,主要包括业务需求、系统架构、
空口技术和安全研究四个方面。
业务需求方面,目前已经定义了包含车与
车、车与路、车与人以及车与云平台的27个用例
和LTE-V2X支持的业务要求,并给出了7种典
型场景的性能要求。系统架构方面,目前已经确
定了在PC5接口的Prose和Uu接口的LTE蜂窝通
信的架构基础上增强支持V2X业务,并明确增强
架构至少要支持采用PC5传输的V2X业务和采用
LTE-Uu的V2X业务。空口技术方面,目前已经
明确了PC5接口的信道结构、同步过程、资源分
配、同载波和相邻载波间的PC5和Uu接口共存、
无线资源控制(RRC)信令和相关的射频指标及
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性能要求等,并且研究了如何通过增强Uu传输
与PC5传输来支持基于LTE的V2X业务。安全方
面,目前已经完成了支持V2X业务的LTE架构增
强的安全方面研究。
(2)LTE-eV2X标准进展
LTE-eV2X是指支持V2X高级业务场景的增
强型技术研究阶段(R15)。目标在保持与R14
后向兼容性要求下,进一步提升V2X直通模式的
可靠性、数据速率和时延性能,以部分满足V2X
高级业务需求。
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。目前正在进行的“3GPP
V2X第二阶段标准研究”主要包括了载波聚
合、发送分集、高阶调制、资源池共享及减少
时延、缩短传输间隔(TTI)的可行性及增益
等增强技术。
(3)5G-V2X标准进展
该阶段是指基于5G NR的技术研究阶段
(R16+),用于支持V2X的高级业务场景。
5G-V2X与LTE-V2X在业务能力上体现差异
化,在5G-V2X支持更先进业务能力同时,
也结合LTE能力,考虑对LTE-V2X增强。
目前3GPP已立项仿真方法研究的研究课题
(RP-170837),该立项根据TR22.886制
定的需求完成TR38.913和TR38.802中仿真
方法的制定,包括仿真场景、性能指标和业
务模型。其中包括6GHz以上sidelink的信道
模型研究。