汽车V2X vs 海事AIS之一：C-V2X 白皮书和解决方案 / 开普饭

今天记录一点点技术笔记，作为知识储备。

今年6月份IMT-2020(5G)推进组颁布了C-V2X白皮书，正式确定了车联网的演进方向。虽然说，整个产业链爆发还有一段时间，但是愿意投入的企业，已经开始着手整套的解决方案。今年的物联网大会上，中国移动也颁布了LTE-V2X解决方案，让车联网实验网可以持续推进。

C-V2X概述

1. C-V2X内涵

车用无线通信技术（VehicleToEverything, 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。

V 2 V 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，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- V 2 X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。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。

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。

图1.2 C-V2X通信接口

3.1 PC5接口关键技术

C-V2X在PC5接口上的机制设计是以LTED2D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。

4. C-V2X标准化

作为LTE平台向垂直行业新业务的延伸，3 GPP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V 2 X 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5 G - V 2 X支持更先进业务能力同时，也结合L T E能力，考虑对L T E - V 2 X增强。目前3 G P P 已立项仿真方法研究的研究课题（ R P - 1 7 0837），该立项根据T R 2 2 . 8 8 6 制

定的需求完成TR3 8 . 9 1 3和TR3 8 . 8 0 2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si d e l i n k的信道模型研究。