什么是V2X？如何通过V2X技术实现5G智慧交通？（一）

关于V2X

    V2X，即Vehicle to Everything / vehicle to X，车用无线通信技术，是意向以车辆为中心，与周边车辆、设备、基站通信，从而获取实时路况、道路信息、行人信息等一系列交通信息，以提高驾驶安全性、减少拥堵、提高交通效率、提供车载娱乐信息等，是未来智能交通运输系统的关键技术。

 

具体来说，我们通常认为V2X技术包含以下几个类别：

• 车辆与车辆V2V(Vehicle-to-Vehicle)：常见应用如防碰撞安全系统
• 车辆与基础设施V2I(Vehicle-to-Infrastructure)：交通信号指示与时间提醒
• 车辆与行人V2P(Vehicle-to-Pedestrian)：行人单车安全距离警报
• 车辆与外部网络V2N(Vehicle-to-Network)：实时地图，云服务等

 

    V2X技术的目的是减少交通事故，提高交通效率，在目前更是助力自动驾驶的重要力量。V2X也是实现自动驾驶的重要手段，能够弥补摄像头、雷达等车载传感器视距不足的缺陷，并且提高车辆在交叉口、恶劣天气环境等特殊条件下的感知能力。

 

发展历程

    V2X的起源其实相当早，在国外也经历了相当长时间的发展，在1999年美国就已经开始了相关方面的研究，分配了5.850-5.925 GHz给智能运输系统（ITS），从2004年开始，IEEE开始基于802.11系列协议开发车用无线通信系统并提出了DSRC（专用短程通讯，Dedicated Short Range Communications）来命名这项基于802.11的车载无线通信技术，这也就是V2X的第一个技术路线的起源。与此同时，在日本也较早展开了对车联网技术研究，在1991年， 日本车辆信息与通信系统(VICS)中心正式成立,经过近10年的发展，VICS被认为是世界上最成功的道路交通信息提供系统。

 

    与欧美、日本等国比较，我国起步较晚，在2009年，随着车联网技术在国内的发展，V2X也开始在国内发展迅速，在这个过程中，我国在V2X的路径上没有选择着重研究发展DSRC这一技术，而是在伴随3GPP的发展框架内正式将V2X纳入LTE技术，选择了基于LTE蜂窝网的C-V2X（LTE-V2X）技术。

    随着2020年5G元年的正式到来，因4G-LTE技术设计之初并未充分考虑车联网技术，随着智能汽车迅速发展起来，4G-LTE技术就显得不够用，因此5G通信在设计之初即将智能汽车的需求考虑进去，V2X将是5G网络的一部分，5G-V2X有融合LTE-V2X及DSRC的可能，为汽车提供更安全、更高效的运行能力。

 

    在目前，智能汽车开始大规模快速发展，5G网络的部署逐渐完善，自动驾驶技术已经成为发展的热点与重点，而V2X更是智能汽车和智能交通的支撑技术之一，也将会迎来更快速的发展。

 

使用技术

正如之前所说，目前的V2X有以下几种主要的技术：

DSCR技术

    DSRC技术，即车辆短程通信专用技术（ Dedicated Short-Range Communications），发展较早，可以追溯至 2004 年。当时，IEEE 在其 802.11 无线局域网（即 Wireless Local Area Networks, WLAN）标准系列下，开始制定新的车载通信标准。这一标准即是 IEEE 802.11p。在 2007 年左右，IEEE 802.11p 标准已经趋于稳定。而 DSRC 所采用的通信标准即是IEEE 802.11p 和 1609.x。因此现在，人们将DSRC和相应的下层标准统称为 DSRC。例如，美国联邦通信委员会提出的车载环境下的无线接入（WAVE）通信协议是目前最为完善的DSRC V2X通信标准之一，已经进行了多次大规模测试及应用。

 

DSRC具有以下特点：

1）美国在发展DSRC的初期，为其分配了专属带宽：位于 5.9GHz 频带的一段 75MHz 的带宽（5.850-5.925GHz）被划为 DSRC 专属的交通安全频谱。二十多年的发展过程中，国际上DSRC专用短程通信技术曾出现3个主要的工作频段：800-900MHz、2.4GHz和5.8GHz频段,；目前我们国家采用的是源于ISO／TC204国际标准化组织智能运输系统技术委员会(国内编号为SAC／TC268)的5.795-5.815GHz  ISM频段，下行链路(D-link)500Kbp，2-AM；上行链路(U-link)250Kbp，2-PSK的技术标准。

2）从覆盖的距离来看，DSRC是一种相对来说距离较近的通信方式，一般有效通信距离不超过1km。

3）DSRC的平均时延一般小于50ms，因此在安全性相关的场景中更具有实用价值。

 

C-V2X技术

   3GPP在2017年发布的第14版本（Release 14）的LTE技术明确支持V2X，这就意味着V2X迎来了第二条技术路线。基于LTE蜂窝技术的V2X被称为C-V2X，既 Cellular V2X，由于当前的C-V2X技术是基于LTE的，因此又被称为LTE-V2X。而3GPP的第16版本（Release 16）支持基于5G技术的V2X，因此届时将被称为5G-V2X或者NR-V2X。按照3GPP的时间表，Release16的制定将在2020年下半年完成。

 

    为什么会演进出不同于DSRC的C-V2X技术呢？基于Wi-Fi技术的DSRC性能存在局限性——Wi-Fi难以支持高速移动场景，移动速度一旦提高，DSRC信号就开始骤降、可靠性差、时延抖动较大，所以很长一段时间DSRC的性能不稳定，一直处于测试阶段。此外，DSRC在实际部署中有效工作距离一般为几十米，如果需要全境覆盖，那么需要部署的RSU设备的数量就相当之多，从经济成本还是部署难度来讲都是难以实现的。

    因此，随着蜂窝网的逐步发展与LTE技术的演进，业界开始研究在蜂窝通信技术（Cellular）基础上重新设计V2X的构想，C-V2X（基于LTE技术）由此应运而生。就目前而言，主要有两种通信模式存在：集中式（LTE-V-Cell）和分布式（LTE-V-Direct）。

 

1）集中式（LTE-V-Cell）也称为蜂窝式通信或网络通信模式

    需要基站作为控制中心，利用基站作为集中式的控制中心和数据信息转发中心，使用网络运营商提供的频段，由基站完成集中式调度、拥塞控制和干扰协调等，支持大带宽、大覆盖通信，可以显著提高LTE-V2X的接入和组网效率，保证业务的连续性和可靠性，满足Telematics（远程信息处理）应用需求。

2）分布式（LTE-V-Direct）也称为直接通信模式

    无需基站作为支撑，可以独立于蜂窝网络，实现车辆与周边环境节点低时延、高可靠的直接通信，满足行车安全需求。基于“万物互联”的物联网思想也为未来平滑向5G进行演进转换提供渠道，保证向后兼容性。

我们对通信模式进行整理与归纳，对其进行对比：

内容	集中式（LTE-V-Cell）通信	分布式（LTE-V-Direct）通信
时延	较低	低
eNodeB接口	PC5接口	Uu接口
频段	在ITS频段实现V2V,V2I,V2P	在网络运营商提供的频段实现V2N
网络连接	网络独立	需连接网络
范围	短距离(<1km)	长距离(>1km)

    总的来说，由于C-V2X的基础设施是在蜂窝技术上发展起来的，仅通过改造现有的基站，就可以将C-V2X基础设施集成进去；终端部署方面，可以延用LTE和5G的生态系统，在一个通信模块内里面把LTE、V2X集成在一起，形成一个统一的连接性的解决方案，部署成本较DSRC更优。

 

5G-V2X

    5G-V2X是5G通信的V2X标准，也称作NR-V2X，因4G-LTE技术设计之初并未充分考虑车联网技术，随着智能汽车迅速发展起来，4G-LTE技术就显得不够用，因此5G通信在设计之初即将智能汽车的需求考虑进去，V2X将是5G网络的一部分，5G-V2X有融合LTE-V2X及DSRC的可能，为汽车提供更安全、更高效的运行能力。

 

    DSRC V2X和LTE V2X互有长短，各有千秋，这两种通信技术各有优点，前者是基于十几年的研究，最终形成标准统一的，具有可靠稳定性的技术；后者在覆盖范围、感知距离、承接数量、短时延以及后续更新演进具有优势，而NR-V2X在一定程度上是二者的融合与延续，目前大力发展的高级驾驶辅助（ADAS）与自动驾驶都将依托于NR-V2X的能力，随着相关标准的逐步完善，其研发进度也正在逐步加快。