C-V2X技術在智能網聯行業中應用探討

（中國聯通智能城市研究院，北京 100048）

(China Unicom Smart City Research Institute, Beijing 100048, China)

智能網聯汽車是按照約定的通信協議和數據交互標準，實現車與車、車與路以及車與云平臺等智能信息交換共享，實現安全、舒適、節能、高效行駛的新一代汽車。智能網聯產業具有技術整合、信息共享、產業融合的特點。感知技術、通信技術、定位技術等多種先進技術的融合，可實現高效的信息交互和智慧交通。

目前中國的政策大力扶持智能網聯行業發展，將推動智能網聯相關的技術研發和落地應用作為發展目標。中國目前有全球規模最大的的移動通信網絡以及第一的汽車保有量，對智能網聯行業的發展有強大的市場驅動力。蜂窩車用無線通信（C-V2X）技術使車與車、路、云能夠通信，從而獲得實時路況、道路信息、行人信息等一系列交通信息，是未來智能網聯行業的關鍵使能技術。對運營商來說，C-V2X也是探索業務轉型、拓展新市場的重點領域。

1 C-V2X技術研究現狀

目前，第三代合作伙伴計劃（3GPP）已經分別發布了對基于長期演進的車用無線通信（LTE-V2X）技術以及基于5G的車用無線通信（5G-V2X）技術定義的27種[1]和25種[2]應用場景。其中，3GPP TR 22.885定義的應用場景主要實現輔助駕駛功能，包括主動安全（例如碰撞預警、緊急剎車等）、交通效率（例如車速引導）、信息服務3個方面。3GPP TR 22.886主要實現自動駕駛功能，包括高級駕駛、車輛編隊行駛、離線駕駛、擴展傳感器傳輸等。

3GPP V2X研究可分為3個階段：

（1）第1階級在R14中完成，包括Uu（基站與終端間的通信）接口以及PC5（直接通信）接口2種通信方式，車對車（V2V）、車對基礎設施（V2I）、車對人（V2P）和車對網絡（V2N）4類業務模式和TR 22.885中的業務場景。同時，在業務需求方面，標準也針對LTE-V2X支持的最大移動速度、時延、消息發送頻率、數據包大小等參數進行了定義[3-4]。

（2）第2階段是在R15中完成對LTE-V2X技術增強，進一步提升V2X的時延、速率以及可靠性等性能，以進一步滿足更高級的V2X業務需求，即TR 22.886。其相關技術主要針對PC5的增強，采用與LTE-V2X相同的資源池設計理念和相同的資源分配格式；因此可以與LTE-V2X用戶共存且不產生資源碰撞干擾影響。

（3）第3階段是基于新空口的蜂窩車用無線通信（NR-V2X）技術標準技術研究。主要是在R15中完成對NRV2X技術研究（SI階級），并在R16中完成對NR-V2X的標準化（WI階段）。該階段預計在2020年3月份完成。

2016年9月，奧迪、寶馬、戴姆勒、愛立信、華為、英特爾、諾基亞及高通發起成立的會員式組織5G汽車聯盟（5GAA），著眼于開發、測試、推動用于自動駕駛、業務泛在接入、智慧城市整合及智能交通等應用的通信解決方案，助推標準，促進產品的商用化發展與全球市場滲透。此外，中國通信標準化協會（CCSA）、中國智能交通產業聯盟（C-ITS）、未來移動通信論壇（FuTURE）等多個標準組織與產業聯盟目前也正在積極推動V2X方面的標準研發和場景測試。

2 C-V2X助力智能網聯業務

2.1 C-V2X與感知結合是智能網聯汽車未來的發展方向

面向未來高級智能駕駛的技術路線主要分為2個：一個是單車智能化，另一個是基于C-V2X技術的網聯化。

單車智能化主要通過雷達、攝像頭等傳感器來感知周圍環境狀態信息，并對數據進行收集處理、分析判定，最終下達行車指令。基于感知手段獲取路況信息較為精準，并且實時性高；但是，單車感知存在一定的弊端。這些弊端體現在：首先，信息探測范圍有限（一般在100～200 m之內），并且容易受到如光照、天氣等環境因素的影響，傳感器靈敏度和精準度會大幅下降；其次，目前市面上的高精度感知設備成本非常高，具有高級別自動駕駛能力的智能化成本甚至可能高于車輛本身。因此，單車智能化無法大規模推廣應用。

基于C-V2X網聯化使車輛可以與周圍的車輛、行人、路側設備等任何具備通信能力的對象相連，以獲取周圍的環境信息。C-V2X網絡采集路側的基礎設施以及攝像頭、雷達等道路監測傳感器的數據，使所有交通信息和交通元素更全面、更準確、更廣闊地為智能網聯汽車的感知系統提供決策和服務。網聯化的探測范圍比智能化的更大，但是它只能在網絡覆蓋的區域中才能發揮作用，并且受限于網絡的容量和傳輸速率；因此，網聯與智能相輔相成，二者結合是未來安全駕駛技術發展的方向[5]。

2.2 C-V2X與移動邊緣計算（MEC）融合為用戶提供區域化智能網聯業務

典型的C-V2X場景中包括如車載終端、道路基礎設施、移動網絡等，對應路側的路況感知與協同調度，多媒體視頻或高精度地圖分發等多種業務需求。業務平臺需要將車側、路側獲取的數據進行存儲和計算，為C-V2X設備提供所需要的各類應用服務；因此，大量終端接入及數據傳輸對網絡的帶寬和時延有很高的要求。

MEC是一種具有高帶寬、低延時、本地化等特點的技術，將計算存儲能力與業務服務能力向網絡邊緣遷移，使應用、服務和內容實現本地化，一定程度上滿足網絡熱點高容量、低功耗大連接、低時延高可靠等技術場景的業務需求。將C-V2X 與MEC融合可以提升C-V2X端到端通信能力。MEC能夠提供強大的本地計算能力和存儲資源，支持部署更具本地區域特色、更高吞吐量的C-V2X服務[6]。

C-V2X的V2V通信大多可以通過PC5直接完成，也可以利用MEC實現信息傳輸的橋接；而V2I與V2N場景則可以更多地與移動無線通信網絡發生關系，從而更充分利用MEC的能力。MEC在網絡的邊緣提供信息技術（IT）基礎資源以及虛擬化應用托管環境時，C-V2X應用可以部署在其中。這可以顯著降低C-V2X業務的端到端時延，改善用戶體驗。例如安全輔助駕駛、自動駕駛業務屬于對通信時延高敏感的業務場景。如果將此類業務部署在MEC上，就可以降低業務時延，實現快速的數據處理和反饋。另外，MEC的本地屬性可以提供區域化、個性化的本地服務。

2.3 C-V2X與5G構建智能網聯新生態

5G網絡擁有高速率、低時延的特性。5G車聯網業務主要以智慧道路監測、自動駕駛、遠程駕駛、編隊行駛等業務為主。C-V2X與5G聯合組網構建廣覆蓋與直連通信協同的融合網絡，保障智慧交通業務連續性。

5G的低時延和C-V2X的道路環境感知能力，將會給交通的安全和效率帶來極大提升。例如，5G+C-V2X網絡構建的智能路況監測業務場景，可以通過5G網絡和C-V2X網路對路面積水、結冰、施工維護、車道異物、事故提醒、車速管控等交通路況實施采集，通過5G網絡將信息上傳至云平臺實時分析決策后，再通過5G和C-V2X將信息下發給車輛和行人，用于異常路況提醒、施工提醒、限速預警、闖紅燈預警、擁堵提醒等；信息下發給交通部門時，可用于道路精準監控、智能交通流量分析、基礎設施故障監控、智慧執法等。5G+C-V2X實現有效規避、減少交通擁堵和事故，保障出行安全、提高通行效率。

5G+C-V2X能夠提升交通效率，降低社會成本。例如，在高速公路編隊行駛業務中，領隊車輛為有人駕駛或一定條件下的無人駕駛，跟隨車隊為基于實時信息交互的無人駕駛車。領隊車輛的車載攝像頭、雷達采集車輛周邊環境。5G終端將采集的感知信息及車輛狀態信息實時上傳。平臺基于上報的信息做出決策，并將決策指令下發，幫助車輛識別路況、變換行駛速度和方向。而車載V2X終端則實現車隊車輛之間及車路之間信息交互。編隊行駛可以提升整體道路的通行效率，降低人力和時間成本，帶來可觀的經濟效益。

3 基于C-V2X的系統架構與發展建議

3.1 C-V2X總體架構

基于C-V2X的車聯網將采用“終端-網絡-平臺”的統一架構，如圖1所示[7]。路端實現基礎設施的全面信息化，構建全方位數字化鏡像映射交通系統；車端實現交通工具智能化，建立智能駕駛系統、智能物流系統；云端實現智能交通的一體化管控，包括大數據的收集、共享、分析，以及全局交通動態的智能管控等。

● 綜合業務平臺——打造車聯網協同互聯云平臺，實現互聯互通。在功能上，車聯網云平臺一方面具有網絡管理能力（包括業務管理、連接管理），含有車聯網通用業務分析組件，能夠實現車車協同和車云協同；另一方面具有網絡開放能力，例如進行大數據分析、拓展新的業務渠道，或者向第三方企業開放網絡接入功能。

▲圖1 智能網聯體系總體架構

● 一體化的交通網絡——縱向通過C-V2X，包括LTE-V2X以及NRV2X，實現車車、車路的直連通信，為實現智慧交通提供更可靠、高效的網絡服務。橫向實現4G/5G網絡共存，依據不同的業務需求選用不同的網絡及技術，實現多模通信。C-V2X與蜂窩網絡相結合，可實現網絡的無縫覆蓋和“車-路-云”之間的多維高速信息傳輸。

● 基礎設施信息化——終端即基礎設施層，是智慧交通的神經末梢，能實現道路的全面感知與檢測，同時實現感知數據的結構化處理。雷達、攝像頭、車載單元（OBU）/路側設備（RSU）以及交通基礎設施等，通過傳感器或C-V2X通信實現周圍環境的信息收集。

3.2 C-V2X發展建議

隨著C-V2X技術的發展成熟，未來的C-V2X網絡部署落地大體上可以分為以下3個階段：

（1）組織運營商、設備商、車企、交通部門等開展規模試驗，深入挖掘智能網聯服務的范圍，探索組網與運營模式的解決方案，提升終端設備、網絡設備和平臺開發的成熟度，建立起覆蓋C-V2X功能、性能、安全性等全方位的試驗體系。

（2）針對特定場景的試運營，在試點區域內部署路側設備和5G基站，打造示范先導示范區。例如，在城市公交車專用道進行部署，即在公交車上部署車聯網車載終端，可以實現公交通安全、高效行駛、節能減排等各類業務應用；在高速公路規劃專用車道，可以實現物流卡車在這些路段的車輛編隊行駛，實現智慧物流。

（3）隨著C-V2X技術和相關產品的進一步成熟和滲透率的提升，以及前2個階段的積累，建立包含智能網聯汽車、智慧道路和一體化管控平臺的智慧交通體系，進一步探索新的運營管理模式，并推廣到全國各重點城市和智慧新城中。

4 C-V2X應用面臨的挑戰

（1） C-V2X產品未規模商用化及推廣。

與單車感知、專用短程通信技術（DSRC）等技術相比，C-V2X技術的研究起步較晚。雖然C-V2X的關鍵產品（包括芯片、車載終端、路側基礎設施等）在近2年已經取得了很大進展，但產品本身離商業部署還仍然有差距，尚沒有較大規模的商用化，市場滲透率也較低。仍需要加大研發力度，才能盡早實現產品規模商用。

（2） C-V2X建設成本較高。

C-V2X技術旨在實現車路協同，需要路側基礎設施部署的覆蓋率和車載終端部署的滲透率共同實現。路側基礎設施的部署包括RSU、路側感知設備（攝像頭、雷達、環境感知設備）以及智能信號燈、智能化標志標識等；此外，網絡能力的增強還需要MEC、LTE或者5G蜂窩基站的部署等。目前，中國城市道路超過4×105km，高速公路里程也超過1.4×105km。如果實現全部覆蓋，建設成本預計在數千億元；因此，未來C-V2X網絡的建設規模、資金來源都是考驗產業發展的關鍵因素。

（3）尚未有成型的商業模式。

與以往傳統車聯網的商業模式不同，C-V2X產業牽涉的主體眾多，還未形成強有力的主導方，未有統一的C-V2X網絡部署方案。整個C-V2X產業沒有形成核心的凝聚力，導致產業推動力量發散；因此，非常有必要基于示范項目逐步探索合適的商業模式，并在推動產品成熟與跨行業協作融合的同時，明確C-V2X關鍵的建設者和運營者。

5 結束語

智能網聯業務是未來智能交通的發展方向，而C-V2X是將車輛、道路與網絡平臺連接的橋梁。目前，LTE的網絡性能可以滿足部分車聯網業務。隨著5G的到來，網絡能力會進一步加強，這更有利于駕駛信息的獲取與傳輸，有助于在未來實現更加豐富的車聯網服務。一方面，運營商作為傳統的通信管道提供商，需要通過網絡演進及升級來支持低時延、高可靠業務；另一方面，運營商也正在積極探索在新形成的車聯網產業鏈中的角色轉變，即從傳統的管道服務向全面服務運營演進。