292
V2X 是什么
V2X，即 vehicle to everything，車聯(lián)萬物。
簡單來說，就是賦予車輛通信能力，通過 V2V（車對車）、V2P（車對行人）、V2I（車對基礎設施）、V2N（車對網絡），讓駕乘體驗更加舒適，交通環(huán)境更加安全，使能未來的自動駕駛。
來源: Rohde & Schwarz
相信很多開車人都有這樣的體會：行駛在一條道路，連續(xù)好幾個路口都遇到紅燈，一路走走停停，不僅浪費時間，而且特別耗油。有時候，明明前方一輛車也沒有，卻還要傻等紅燈變綠。你一定會想，如果交通燈也有眼睛和大腦，那該多好?。?/p>
其實，利用 V2I（車對基礎設施）、V2N（車對網絡）技術，就可以掌控全局的交通流量，大幅縮減等待時間，從而實現(xiàn)“綠燈暢行”。
再舉一個例子，你平時在開車的時候，有沒有遇到過突然竄出的行人或者電瓶車，被他們嚇個半死？
這個時候，V2P（車對行人）技術就可以派上用場了。它能夠在非視距情況下，捕捉周圍環(huán)境的信息，讓我們擁有“上帝視角”，對潛在威脅進行提前準備。
來源: KEYSIGHT
實際上，我們應該把 V2X 技術理解為高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）的一部分。V2X 和其它多種多樣的傳感器（如攝像頭，激光雷達等）相輔相成，共同輔助完成高級別的自動駕駛。
從理論上來說，單車（例如 Google 的自動駕駛汽車）不計成本地堆砌傳感器，也能完成自動駕駛。
但是，缺少了 V2X 的自動駕駛汽車，就好像是一座信息孤島。它沒辦法有效地和周圍車輛或者基礎設施進行溝通交流，在感知和決策上存在極大的限制。
兩種方案（DSRC vs?C-V2X）對比
目前，國際上有兩套主流的 V2X 通信技術規(guī)范，它們分別是：
DSRC（專用短距離無線通信）：基于 IEEE 802.11p，歐洲的 ITS-G5 同樣是基于該物理層技術，我們在這里只討論 DSRC 即可
C-V2X（蜂窩車聯(lián)網）：基于 3GPP LTE
來源: KEYSIGHT
DSRC 已經存在很多年了，因為存在一些先天的不足，發(fā)展過程并不順利。相比之下，3GPP 的 C-V2X 有很多優(yōu)勢，所以這幾年發(fā)展很快。
我們不妨從各個角度來比較一下這兩種技術方案：
首先，從技術角度來看。
5GAA（5G 汽車聯(lián)盟）針對 DSRC 和 C-V2X，在實驗室及外場進行了試驗對比。結果證實，C-V2X 在很多方面的性能，都要優(yōu)于 DSRC。比如，C-V2X 支持更遠的通信距離、更佳的非視距性能、更強的可靠性、更高的容量和更佳的擁塞控制等。（詳細的測試報告請參考文末附件）
來源: 5GAA 測試報告 P-190033
其次，再從成本和標準化的角度來看。
在這兩方面，C-V2X 也有一些顯著的優(yōu)勢：
C-V2X 基于蜂窩網絡，與目前的 4G 和 5G 網絡可以復用，網絡覆蓋范圍廣，部署成本較低。相反，基于 802.11p 的 DSRC 技術，在組網時需要新建更大量的路側單元 RSU，部署成本很高
C-V2X 基于 3GPP 標準，全球范圍內具備更佳的兼容性
C-V2X 演進路線非常清晰，且后向兼容（LTE C-V2X ?NR C-V2X）
來源: Qualcomm
最后，從政策支持的角度來看。
在這方面，C-V2X 也有后來居上之勢：
C-V2X 的 3GPP 標準化進展
C-V2X 未來能否走向成功，僅靠通信行業(yè)的支持是不夠的。它還需要來自汽車行業(yè)代表的有力支持。
2016 年 9 月，5GAA 聯(lián)盟成立，截至目前已有一百多名汽車和通信行業(yè)代表參與其中，共同推進全球 C-V2X 的開發(fā)部署。
針對 C-V2X，3GPP 采取了分階段迭代的發(fā)展策略：
美國之前一直支持 DSRC，但是最近的態(tài)度開始有所轉變，偏向 C-V2X。美國聯(lián)邦通信委員會 FCC 最近針對 5.9GHz 的重新分配進行了投票，結果，劃了 20MHz 給 C-V2X 專用
歐洲的態(tài)度比較糾結，DSRC 和 C-V2X 兩種技術都表示支持
中國擁有全球最大的 LTE 網絡，綜合考慮應用價值、成本、性能、專利、政策、產業(yè)成熟度等各方面因素，C-V2X 無疑是我國 V2X 技術路線的首選。頻譜方面，劃定了 20MHz 給 C-V2X 專用
第一階段，是 LTE-V2X （R14）和 LTE-eV2X （R15），主要是針對 V2X 進行安全增強
第二階段，是 NR-V2X （R16 及其演進版本）, 聚焦自動駕駛場景
來源: KEYSIGHT
R16 已經支持車輛編隊、高級駕駛、外延傳感、遠程駕駛等場景。
來源: 3GPP TS 22.186
筆者預計，與 LTE-V2X 類似，NR-V2X 也將經歷至少兩個版本（甚至更多）的演進和迭代。當前 3GPP 已經啟動了 R17 技術標準的研究工作，初步規(guī)劃了 R17 的主要增強技術，繼續(xù)對現(xiàn)有版本進行演進。
來源: 3GPP 官網
?
C-V2X 的關鍵技術
首先從架構的角度看。非漫游場景下，5G 支持 V2X 的架構如下圖所示：
來源: 3GPP TS 23.287
筆者認為，MEC 將會是 V2X 很重要的一個關注點（并沒有在架構圖中直接畫出）。
根據 Intel 的研究報告，2020 年，一輛自動駕駛汽車每天將使用 4000GB 的數據。相比之下，一個互聯(lián)網用戶每天使用的數據大約是 1.5GB。車輛和道路的數量龐大且復雜，加之傳感器數量的增加，由此會帶來的大數據處理和存儲的難題。
MEC 是解決這一難題的有效手段。借助 MEC 技術，很多服務可以部署到更加靠近車輛和道路等數據源的地方，節(jié)省網絡資源并降低延遲。
接下來，我們從接口的角度看。
常常有人會問：“在沒有網絡覆蓋的條件下，C-V2X 如何工作？”
前面的架構圖告訴我們，即使是在沒有 4G/5G 網絡覆蓋的環(huán)境下，C-V2X 還是可以利用 PC5 接口進行彼此通信的。
Uu 接口主要是用來實現(xiàn)時延不敏感業(yè)務，進行信息共享和提前預測。
PC5 接口主要是用來實現(xiàn)低時延的業(yè)務，提高非視距條件下的可靠性。
來源: Qualcomm
PC5 接口進一步區(qū)分為兩種工作模式：
模式 3：借助基站，通過控制信令接口 Uu 實現(xiàn) V2V 數據的調度和接口管理。在這種情況下，采用動態(tài)的方式進行資源的調度，車車間采用 PC5 接口通信。
模式 4：V2V 數據調度和接口的管理是基于車車間的分布算法實現(xiàn)。
來源: Rohde & Schwarz
再從協(xié)議棧的角度來看。
基于 PC5 接口的協(xié)議棧，如下所示（基于 Uu 接口的協(xié)議棧和傳統(tǒng)的 5G 協(xié)議棧一樣，這里不再贅述）：
來源: Qualcomm
3GPP 定義了其中的 PHY 和 MAC 層，完全重用 DSRC 既有的高層協(xié)議規(guī)范（它們由 SAT 和 IEEE 制定）。這就意味著，用戶從 DSRC 遷移到 C-V2X 的成本會相對較低。
最后，我們來簡單了解一下最新的 NR-V2X 在物理層和協(xié)議層方面做了哪些提升（3GPP TR 38.885 的第 5、6 章節(jié)有較為詳細的描述。備注:協(xié)議規(guī)范中通常使用 Sidelink 這個詞來描述 PC5 所承擔的具體功能,簡稱 SL），這里僅針對 PC5 的提升方面進行簡要說明：
概念上提出了點對點播、組播的概念，之前 PC5 只支持廣播
物理層處理方面，SL 的 PSSCH、PSCCH 的資源分配上更規(guī)整，便于實現(xiàn)（如下圖所示），此外 SL 支持開環(huán)功率控制（OLPC）
同步方面，SL 可以使用 S-PSS, S-SSS 完成同步
協(xié)議層方面，明確定義 SL 通信有三種模式: RRC 連接模式（RRC_CONNECTED）、空閑模式（RRC_IDLE）和未激活模式（NR 情況下）（RRC_INACTIVE）。在空閑或未激活模式下 UE 的 SL 通信是通過 SIB 消息里的小區(qū)配置信息來完成的。
結語
目前，全球的 C-V2X 試驗案例正在不斷增加。
圍繞 C-V2X 的通信芯片、模組、終端、整車制造、測試驗證、運營服務、高精度定位和地圖服務等上下游廠商，都在積極進行布局，希望搶占市場先機。
行業(yè)普遍認為，基于 C-V2X 的車聯(lián)網，很可能成為 5G 時代最先成功的垂直行業(yè)應用場景。
來源: IMT-2020 推進組 C-V2X 白皮書
在我們國家，政府層面非常鼓勵包括 C-V2X 在內的車聯(lián)網技術的發(fā)展。工信部、發(fā)改委、交通部、公安部、科技部等部委及地方政府，都針對性給出了一些明確的政策支持。
據不完全統(tǒng)計，目前全國已經擁有超過 30 個測試示范區(qū)，其中包括上海、北京 - 河北、重慶、無錫（先導區(qū)）、杭州 - 桐鄉(xiāng)、浙江、武漢、長春、廣州、長沙、西安、成都、泰興、襄陽等 16 個國家級示范區(qū)。
這些示范區(qū)涵蓋了無人駕駛和 V2X 測試場景建設、LTE-V2X/5G 車聯(lián)網應用、智慧交通技術應用等功能，提供了涉及安全、效率、信息服務、新能源汽車應用以及通信能力等的測試內容。
雖然車聯(lián)網技術正在飛速發(fā)展，我們也仍需意識到，車聯(lián)網最終目標的實現(xiàn)（包括自動駕駛的落地），是一個漫長的過程。除了技術和資金之外，還涉及到法律和倫理的問題。更重要的是，它是否能獲得最終用戶的信任和認可，被用戶接受。
行業(yè)曾經指出，自動駕駛將分為若干個過程，逐步實現(xiàn)：
第一個階段：輔助駕駛安全和提高交通效率第二個階段：在封閉園區(qū)的（商用車）的自動駕駛第三個階段：在開放道路的（乘用車）的自動駕駛
來源: 5GAA 白皮書
總而言之，路漫漫其修遠兮，C-V2X 將上下而求索。
