蜂窩車聯網（C-V2X）技術發展、應用及展望

陳山枝，葛雨明，時巖

綜述

蜂窩車聯網（C-V2X）技術發展、應用及展望

陳山枝1，葛雨明2，時巖3

（1. 中國信息通信科技集團有限公司無線移動通信國家重點實驗室，北京 100191； 2. 中國信息通信研究院，北京 100191； 3. 北京郵電大學網絡與交換技術國家重點實驗室，北京 100876）

車聯網作為產業變革創新的重要催化劑，正推動著交通管理模式、汽車產業形態、人們出行方式和能源消費結構的深刻變化。首先分析了智慧交通和智能駕駛等對車聯網通信在通信速率、時延和可靠性等方面的需求與挑戰，進而介紹了蜂窩車聯網（cellular vehicle-to-everything，C-V2X）中LTE-V2X和NR-V2X的關鍵技術及其國際標準演進，并指出C-V2X在全球競爭中已形成超越態勢。在此基礎上，分析了應用C-V2X的車車協同和車路協同在智慧交通和智能駕駛中的應用優勢。最后介紹了C-V2X在我國的示范應用情況和發展展望，指出中國發展智慧交通和智能網聯汽車之路：將積極推進“5G+C-V2X”新型基礎設施建設，探索基于車聯網的“聰明的車、智慧的路、協同的云”發展模式，進而支撐我國達成“碳達峰”與“碳中和”戰略目標。

5G；C-V2X；LTE-V2X；NR-V2X；智慧交通；智能網聯汽車

1 車聯網通信需求、挑戰與技術標準

車聯網（vehicle-to-everything，V2X）技術實現車輛與周邊環境和網絡的全方位通信，包括車與車（vehicle-to-vehicle，V2V）、車與路（vehicle-to- infrastructure，V2I）、車與人（vehicle-to-pedestrian，V2P）、車與網絡（vehicle-to-network，V2N）等，為汽車駕駛和交通管理應用提供環境感知、信息交互與協同控制能力[1-5]。

車聯網應用從道路安全類、交通效率類、信息服務類等基本應用向智慧交通、自動駕駛等增強應用演進，具有多樣化的通信性能需求。在基本應用中，道路安全類對通信性能要求最高，以高頻度、低時延、高可靠為主要需求[1,6]；信息服務類（如下載地圖、視頻）具有帶寬需求，但時延要求不高。車聯網增強應用需要支持車輛編隊行駛、半/全自動駕駛、遠程駕駛、傳感器擴展等場景，因此提出了更嚴苛的通信需求，如極低的通信時延、極高的可靠性、更大的傳輸速率、更遠的通信范圍，以及支持更高的移動速度等[7-8]。

為了支持多樣化的車聯網應用，車聯網通信技術面臨諸多挑戰。車輛的高速運動，導致車輛作為通信節點構成的網絡拓撲具有高速動態性與時空復雜性、引入更大的多普勒頻偏、無線傳播環境復雜快時變[5]；高密度、多點對多點的車車通信受資源碰撞、遠近效應等的影響，干擾環境更加復雜。

為此，產業界和學術界開展了車聯網無線通信技術的研究。目前，車聯網通信技術標準主要有兩大類：DSRC（dedicated short range communication，即IEEE 802.11p）標準、蜂窩車聯網（cellular vehicle-to-everything，C-V2X）標準。

DSRC的IEEE 802.11p標準是在IEEE 802.11標準基礎上增強設計的車聯網無線接入技術標準，支持V2X直通通信，已進行十多年的研究；但相關研究與測試表明，其在車輛密集時通信時延大、可靠性低。蜂窩移動通信（如4G LTE和5G）技術具有覆蓋廣、容量大、可靠性高、移動性好的優點，具有產業規模優勢，能滿足車聯網的遠程信息服務（telematics）和娛樂信息服務需求。但其針對以人為主的通信場景、技術特點、通信性能等，如點對點通信、較低通信頻度、通信對象已知，仍然與車聯網的多點對多點通信、通信頻度高、通信對象隨機突發等特點具有明顯差異；由于端到端通信時延大，無法滿足車車、車路間的低時延通信要求。可見，無論是單一的蜂窩通信，還是基于IEEE 802.11p的通信制式，各具優、缺點，但均無法滿足車聯網通信需求[9]。

蜂窩車聯網（C-V2X）技術在此背景下應運而生。本文第一作者及其大唐團隊在國內外最早提出融合蜂窩通信與直通通信的車聯網技術概念，即基于LTE的車聯網技術（LTE-V2X）[2,4,10]，奠定了C-V2X系統架構和技術路線。C-V2X以蜂窩通信技術為基礎，通過技術創新具備V2X直通通信能力，既能解決車聯網應用的低時延、高可靠通信難題，又能夠利用已有的移動網絡部署支持信息服務類業務，并利用移動通信的產業規模經濟降低成本。

產業界、學術界針對兩個標準在技術、測試、評估、應用方面開展了大量的工作。目前C-V2X相比IEEE 802.11p，在國際技術與產業競爭中已形成明顯的超越態勢。我國已開展了C-V2X應用需求研究、技術研究、設備研發、測試驗證、產業推動、應用推廣等相關工作。我國工業和信息化部（以下簡稱“工信部”）于2018年11月率先在全球正式發布5 905～5 925 MHz的車聯網直連通信頻率規劃。美國近年也在加利福尼亞州圣迭戈、密西根州底特律、科羅拉多州、猶他州、舊金山、亞特蘭大、匹茲堡等地開展了一系列C-V2X的測試與試點工作。2020年11月，美國聯邦通信委員會（Federal Communications Commission，FCC）決定取消已分配給DSRC的5.9 GHz頻段的所有75 MHz帶寬，將其中5 895～5 925 MHz共30 MHz帶寬分配給C-V2X[11]，表明美國政府正式放棄DSRC，轉向C-V2X技術路線。

2 蜂窩車聯網（C-V2X）技術與標準演進

為了支持多樣化的車聯網應用，針對上述挑戰，國際/國內的標準化組織、產業界、學術界開展了C-V2X關鍵技術和標準研究。另外，C-V2X技術與智慧交通、智能駕駛等領域融合發展、協同演進，跨領域的C-V2X融合應用標準也在不斷完善。

2.1 C-V2X關鍵技術

C-V2X是融合蜂窩通信與直通通信的車聯網通信技術。C-V2X提供兩種互補的通信模式：一種是直通模式，終端間通過直通鏈路（PC5接口）進行數據傳輸，不經過基站，實現V2V、V2I、V2P等直通通信，支持蜂窩覆蓋內和蜂窩覆蓋外兩種場景；另一種是蜂窩模式，沿用傳統蜂窩通信模式，使用終端和基站之間的Uu接口實現V2N通信，并可實現基于基站的數據轉發實現V2V、V2I、V2P通信。隨著蜂窩移動通信系統從4G到5G的演進，C-V2X又包括LTE-V2X和NR-V2X[12-14]。

在系統架構方面，為了實現對C-V2X蜂窩網絡覆蓋內、覆蓋外通信場景的靈活支持，以及為各類車聯網應用提供差異化的服務質量（quality of service，QoS），C-V2X系統架構除了引入實現直通通信的PC5接口外，還引入新的邏輯網元VAS（V2X application server）和對應接口。并針對V2X管控和安全需求，在LTE-V2X中引入核心網網元VCF（V2X control function）[15]，在NR-V2X中對PCF（policy control function）、AMF（access and mobility management function）等實體進行了適應性擴展[16]。

在無線傳輸方面，幀結構是無線通信制式的基礎框架。C-V2X借鑒蜂窩通信的幀結構，并結合車聯網的應用特點（如車輛高速運動引發的多普勒頻偏問題等）和5.9 GHz高載頻下的直通通信特性進行了改進。LTE-V2X采用導頻加密方法[17]等以應對車輛相對高速運動及車輛自組織網絡拓撲快速變化的挑戰；并在NR-V2X中支持兩列到四列的自適應導頻參考信號模式，可應用于不同行駛速度場景和不同的參數集配置。LTE-V2X支持廣播通信方式以滿足道路安全類應用的信息廣播需求；NR-V2X還擴展支持直通鏈路的單播和多播通信方式[16]，用于支持輔助交互的業務需求。LTE-V2X支持混合自動重傳（hybrid automatic repeat request，HARQ）的盲重傳，NR-V2X引入自適應重傳機制，實現比廣播機制更高的可靠性。在調制方面，NR-V2X引入了高階調制（最高可以是256QAM）和空間復用的多天線傳輸機制（最大支持2層空間復用），以支持更高的傳輸速率。

在接入控制和資源調度方面，C-V2X支持兩種資源調度方式：基站調度方式和終端自主資源選擇方式。LTE-V2X最早提出這兩種模式，NR-V2X沿用并進行了適應性改進。在基站調度方式（即LTE-V2X的模式3和NR-V2X的模式1）中，基站調度V2X終端在直通鏈路的傳輸資源，能夠有效避免資源沖突、解決隱藏節點問題。在終端自主資源選擇方式（即LTE-V2X的模式4和NR-V2X的模式2）中，C-V2X采用分布式資源調度機制。對于周期性特征明顯的道路安全等V2X業務，采用感知信道與半持續調度（semi-persistent scheduling，SPS）結合的資源分配機制[18-23]。充分利用V2X業務的周期性特點，發送節點預約周期性的傳輸資源來承載待發送的周期性V2X業務，有助于接收節點進行資源狀態感知和沖突避免，提高了資源利用率，提升了傳輸可靠性。對于非周期性業務，采用感知與單次傳輸結合的資源分配機制，但由于無法預測和預約未來的資源占用，資源碰撞概率較大。

在同步機制方面，為了減少系統干擾，實現全網統一定時，C-V2X支持基站、全球導航衛星系統（global navigation satellite system，GNSS）、終端作為同步源的多源異構同步機制[24-25]。由基站配置同步源和同步方式，覆蓋外采用預配置方式確定同步源，以便實現全網統一的同步定時。

圖1 C-V2X標準演進[9]

2.2 C-V2X核心技術標準演進

國際標準方面，C-V2X技術標準的演進可以分為兩個階段：LTE-V2X和NR-V2X，如圖1所示。

LTE-V2X由3GPP Rel-14和Rel-15技術規范定義。其中，Rel-14在蜂窩通信中引入了支持V2X短距離直通通信的PC5接口，支持面向基本道路安全業務的通信需求，主要實現輔助駕駛功能，已于2017年3月完成。3GPP Rel-15技術規范定義對LTE-V2X直通鏈路進行了增強，包括多載波操作、高階調制（64QAM）、發送分集和時延縮減等新技術特性，于2018年6月完成。

NR-V2X研究基于5G新空口（new radio，NR）的PC5接口和Uu接口增強，主要用于支持車輛編隊行駛、遠程駕駛、傳感器擴展等高級V2X業務需求。3GPP于2019年3月完成了Rel-16 NR-V2X的研究課題，于2020年6月完成了Rel-16 NR-V2X標準化項目。后續仍將在Rel-17研究弱勢道路參與者的應用場景，研究直通鏈路中終端節電機制、節省功耗的資源選擇機制，并開展終端之間資源協調機制的研究以提高直通鏈路的可靠性和降低傳輸的時延。

國內標準方面，中國通信標準化協會（China Communications Standards Association，CCSA）圍繞互聯互通和基礎支撐，體系化布局并完成了C-V2X總體架構、空中接口、網絡層與消息層、多接入邊緣計算、安全等相關的標準化工作[26]。

在C-V2X融合應用標準方面，在國家制造強國建設領導小組車聯網產業發展專委會指導下，工信部、公安部、交通運輸部、國家標準化管理委員會聯合組織制定并發布《國家車聯網產業標準體系建設指南》（以下簡稱“建設指南”）及各分冊，促進C-V2X技術標準在汽車、交通、公安等跨行業領域的應用推廣。相應地，汽車、通信、智能運輸系統、道路交通管理等相關各領域的標準化技術委員會正在加快開展重要標準制訂工作。

3 基于C-V2X的車車協同和車路協同在智慧交通和智能駕駛的優勢分析及應用

C-V2X是智慧交通和智能駕駛的關鍵使能技術。目前，無論是汽車領域的自動駕駛分級[27]，還是交通領域的道路網聯化、智能化，都迫切需要C-V2X為其提供基礎性的通信和連接支撐能力，以實現各個分級中所需要的信息實時共享與交互、協同感知和協同控制。例如，自動駕駛分級中，根據駕駛操作的控制主體、環境感知主體、應用場景等，分無自動化、輔助駕駛、部分自動駕駛、有條件自動駕駛、高度自動駕駛、完全自動駕駛。在自動駕駛的逐級演進和不同的道路網聯化、智能化水平中，C-V2X所發揮的作用，從車車、車路、車云間的信息實時共享與交互，發展至實現異構多域、多源數據的協同感知，進而實現網聯的協同智能控制。

3.1 C-V2X在智慧交通和智能駕駛中的優勢分析

C-V2X作為智慧交通和智能駕駛的重要使能技術，與移動邊緣計算（mobile edge computing，MEC）等其他5G關鍵技術一起，與依賴車載感知與計算設備的單車智能技術相比，能夠以更低的成本為智慧交通和智能駕駛提供更廣泛、更精確的信息感知，以及更強大的網聯智能。

（1）更廣泛、更精確的信息感知

僅依賴單車多傳感器的感知技術，存在感知范圍受限、成本昂貴、在惡劣天氣和亮度突變等場景下感知魯棒性差、時空同步困難等缺陷。C-V2X提供低時延、高可靠的V2X通信能力保障，使得汽車可以在絕大多數條件下，有效、準確地獲取紅綠燈狀態與時長、道路標志標識、路段交通突發事件等實時信息，以及在出入隧道等極端情況下的交通實時信息，以幫助識別和警告人類駕駛員或機器控制可能忽視的其他危險。

此外，將單車感知通過C-V2X擴展為多車協作感知，即車車協同，進一步將車車協同擴展為異構多域的車路協同感知，并結合移動邊緣計算技術實現更大數據量融合/處理后的、更大范圍的信息傳播，從而滿足非視距盲區感知（如十字交叉路口、出入匝道口等）、有遮擋情況下（如前方貨車、車輛編隊等）的感知需求。基于C-V2X的車車與車路協同感知和單車感知在不同應用場景下的比較見表1。

（2）更強大的網聯智能

在單車智能的自動駕駛技術路線中，主要依賴車載計算設備的智能處理能力，存在算力需求隨著自動駕駛級別上升呈指數級增長、成本高昂等明顯缺陷。基于C-V2X構建網聯智能，實現由車載計算設備、路側邊緣計算設備和中心云計算設備構成的分級、網絡化智能決策與控制。其中，C-V2X提供計算任務與數據、決策結果、控制指令的低時延、高可靠傳輸能力。

表1 基于C-V2X的車車與車路協同感知和單車感知在不同應用場景下的比較

注：AEB（autonomous emergency braking）：自動緊急制動；LDW（lane departure warning）：車道偏移預警；ADAS（advanced driving assistance system）：高級輔助駕駛系統；AVP（automated valet parking）：自動代客泊車；CACC（cooperative adaptive cruise control）：協同自適應巡航控制

在部分復雜交通規則的場景下（如交替通行），考慮到單車自動駕駛對于規則執行通常出于保守的原則，可能會做出低于人類駕駛員效率的決策（如在車道中持續等待）。若采用網聯智能方案，一方面車輛可以更好地理解規則、做出更有效率的決策（如按照交替通行的原則合流）；另一方面車輛可將決策信息通知周圍車輛，更好地提醒有關車輛注意讓行，特別是應用在高優先路權車輛（救護、消防、公安等緊急車輛）中。

（3）系統邊際成本優勢

單車智能的車用零部件研發成本隨汽車安全完整性等級（automotive safety integration level，ASIL）指數增長。目前高度自動化的自動駕駛測試車主要由高精度毫米波/激光雷達、視頻傳感、高精度定位系統、車載計算平臺、通信及計算芯片和車機本身構成，制造、維護、測試等成本很高，存在單車智能的傳感器數量多、精度要求高、計算復雜且算力要求高等問題。若路側具備智能感知能力，通過車車及車路協同的網聯智能，降低對單車智能的能力要求。在此背景下，路側感知和V2X屬于共用基礎設施，單一路口和關鍵路段的路側設備可以同時服務數十到上百輛車，存在明顯成本分攤效應，綜合有利于降低單車智能化成本。隨著路側單元（roadside unit，RSU）和路側感知設備、MEC設備的規模化覆蓋建設，安裝C-V2X功能的汽車達到一定的滲透率，系統的邊際成本將快速下降，經濟與社會效益顯著。

3.2 基于C-V2X的車路協同在智慧交通和智能駕駛的應用

值得注意的是，C-V2X技術的應用，必將經歷不同的發展階段，從重點提升道路安全和交通效率逐步向自動駕駛應用演進。

（1）智能輔助駕駛提升道路安全和交通效率是當前車聯網應用發展重點

從提升道路安全的角度，在有人駕駛下，C-V2X實現車輛與車輛或者路側基礎設施之間實時通信，實現超視距、低時延、高可靠的道路安全相關信息感知，從而實現十字交叉路口碰撞預警、緊急剎車預警等車輛行駛安全應用。以十字交叉路口為例，美國、加拿大等國的統計數據表明，高達近50%的交通事故發生在交叉路口或與路口相關[28-29]，是道路安全中極具挑戰性的場景[30-31]。在十字交叉路口碰撞預警應用中，車輛廣播基本安全消息，攜帶自身身份、定位、運行狀態、軌跡等信息，交叉路口其他方向來車通過接收信息進行行駛決策。再如，山區高速公路彎道較多，特別是在上、下匝道區域，由于道路線型、山體遮擋的影響，車輛無法及時獲取前方道路信息，一旦有停車、行人、遺撒等異常情況發生，容易發生交通事故。路側感知設備可以對彎道區域的交通參與者和路面情況進行探測與分析，并將異常情況通過RSU進行廣播，對車輛進行盲區感知補充，有利于車輛駕駛者進行路徑規劃、避免交通事故。

從提升交通效率的角度，基于C-V2X通信，經過聯網化改造的交通信號燈或電子標志標識等基礎設施可將交通管理與指示信息通過RSU告知車輛，實現誘導通行、車速引導等出行效率提升應用。以誘導通行為例，交通燈信號機可通過RSU將燈色狀態與配時等信息實時傳遞給周圍的行駛車輛，為車輛駕駛決策是否通過路口以及對應的通行速度提供相應依據，并且可以在一定程度上避免闖紅燈事故的發生。另外，車輛可以與交通基礎設施互動，交通信號燈動態支持高優先路權車輛（救護、消防、公安等緊急車輛及滿載的公交車輛等）的優先通行。

（2）支持分階段演進的自動駕駛是車聯網中長期目標

自動駕駛發展需要智能化與網聯化協同發展，單獨使用單車智能難以支撐自動駕駛，特別是應對極端情況（corner case）和成本難題。基于C-V2X提供的通信和連接能力實現網聯化，并協同單車的智能控制管理，支撐自動駕駛中所需要的信息實時共享與交互、協同感知和協同控制。前述用于輔助駕駛階段的車車和車路協同基本功能在自動駕駛中仍然是必要的。對于自動駕駛階段，基于C-V2X的車車和車路協同可產生的直接影響包括且不限于以下情景。

● 自動駕駛的應用場景將由限定區域的復雜路口和復雜路段擴展至全路段、全部路口，支持協同感知、協同決策與控制，保障行駛安全、提高交通效率。如有研究表明，如果所有車輛都使用防撞傳感器以及車車（V2V）通信技術，則高速公路的有效通行能力將提高273%[32]。

● 極端危險情況下的遠程遙控駕駛：借助于通信和遠程監控，通過獲取車輛的行駛狀態和周邊交通環境信息，實時發送指令控制遠在幾十甚至幾百千米之外的車輛，完成啟動、加/減速、轉向等真實駕駛操作，避免極端事故發生[33]，以及實現自動駕駛發生事故發生后的遠程接管和處理。

● 緊急車輛避讓：通過V2V通信，對于識別到的救護、消防、公安等緊急車輛（高優先路權車輛）實現緊急避讓，雖然通過單車智能也可以做到，但是有若干缺陷，首先，只能是相鄰車輛；其次，無法保證識別的準確率，識別算法的優劣不同，可能導致識別速度緩慢，消息失去時效性。V2V通信收發的消息本身包含車輛身份信息，可以對車輛的身份進行識別，實現具有優先級管理的應用服務，甚至可以實時讓出一個緊急車道。

● 編隊行駛：區別于協同式自適應巡航控制（cooperative adaptive cruise control，CACC），利用C-V2X通信的低時延、高可靠通信能力，編隊車輛通過直通通信實現實時交互。編隊成員車輛可以在最短時間內接收到頭車/前車的駕駛策略與駕駛狀態信息，進行同步加速、剎車等操作，從而保持預期的編隊構型和編隊的穩定性，可減少編隊中成員車輛的空氣阻力，有效降低車輛燃油消耗。

● “智能路口”-“城市大腦”：借助于V2X通信、多級計算平臺，可以實現自動駕駛車輛在交叉路口的優化控制，包含路口車車碰撞預警、人車碰撞預警、紅綠燈信息獲取、車速引導及綠波通行等路口優化應用，有效提升交通效率，進一步降低交通擁堵，提升市民的幸福感。

可以預期，C-V2X在自動駕駛中的應用將經歷兩個發展階段[3]：封閉區域或指定道路的中低速無人駕駛、全場景全天候開放道路的無人駕駛。

封閉區域（港口、機場、礦區、工業園區、廠區等）和指定道路中低速無人駕駛需要LTE-V2X PC5接口和5G蜂窩（Uu）的支持，并與區域部署的MEC相結合[3]。目前產業界已開展一系列商用實踐，如神華寶日希勒露天煤礦的網聯自動駕駛礦卡、蘇州相城區高鐵新城的自動駕駛清掃車、天津港的自動駕駛港口集卡、上汽通用五菱工廠的自動駕駛工廠物流等。另外，深圳在“獨立立法權”的支持下，即將允許無人環衛車規模化運營；還有指定道路的高級別自動駕駛，如百度在長沙和北京亦莊等開展的Robotaxi，目前車上配有安全員。

全場景全天候開放道路的無人駕駛需要NR-V2X PC5接口和5G蜂窩（Uu）支持，與廣泛部署的MEC融合提供開放道路的廣域協同決策和控制能力[3]，是長遠目標，需要政策法規的完善和長期的測試過程。

目前，單車智能化的成本較高。通過網聯智能化的推進，可以有效降低單車智能成本。此外，隨著越來越多的智能網聯汽車、智能化道路基礎設施間實現互聯，將衍生出更多的應用服務類應用，例如實時的交通誘導、實時的道路事故/工程提醒、實時的路段天氣播報（如高速公路團霧等）、出行即服務（mobility as a service，MaaS）等，有助于推行商業模式創新和可持續的行業生態體系，以及通過車聯網支撐汽車行業和交通行業的轉型升級，提供低碳汽車產品及降低交通事故和提升交通效率等應用，從而支撐我國“碳達峰”與“碳中和”戰略目標的有效達成。

4 我國基于C-V2X的車路云協同發展模式和展望

我國政府長期堅持智能化與網聯化協同發展路徑，充分發揮我國信息通信產業優勢，帶動汽車、交通傳統產業轉型升級，推進智能網聯汽車產業發展，并促進形成新的產業集聚，已積極影響到國際社會的技術路徑選擇。

4.1 部委協同，明確車聯網與車路協同發展路徑

我國已將車聯網提升到國家戰略高度，國務院及相關部委對車聯網產業升級和業務創新進行了頂層設計、戰略布局和發展規劃，并形成系統的組織保障和工作體系，中國與車聯網相關的重要政策見表2。

進入2021年以來，我國在車聯網產業頂層規劃、部際協調以及跨行業試點示范方面取得良好進展。2021年3月11日，十三屆全國人大四次會議表決通過了關于國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要的決議。規劃中明確指出，要統籌推進傳統基礎設施和新型基礎設施建設，積極穩妥發展車聯網。2021年4月，國家制造強國建設領導小組車聯網產業發展專委會第四次全體會議在京召開，強調要加快車聯網部署應用。2021年9月8日，工信部啟動了車聯網身份認證和安全信任試點項目，包括新能源和智能網聯汽車車聯網身份認證、安全信任體系建設等61個試點項目，有逾300家單位參與到試點項目建設中，涵蓋了汽車、通信、密碼、互聯網等跨領域企業以及地方車聯網建設運營主體等。2021年11月，工信部發布了《“十四五”信息通信行業發展規劃》，在規劃中有24處提到車聯網，并明確推動C-V2X與5G網絡、智慧交通、智慧城市等統籌建設，加快在主要城市道路的規模化部署，探索在部分高速公路路段試點應用；協同汽車、交通等行業，加速車聯網終端用戶滲透。

表2 中國與車聯網相關的重要政策

4.2 行業組織積極推進車聯網互聯互通測試及產業成熟

IMT-2020（5G）推進組C-V2X工作組等行業組織，近幾年持續組織C-V2X互聯互通應用實踐活動，加快驗證中國C-V2X全協議棧標準的有效性，促進C-V2X產業各環節協同研發和測試，為推動國內C-V2X大規模應用部署和產業生態體系構建奠定基礎。2018年起連續舉辦的“三跨”“四跨”等C-V2X互聯互通應用實踐活動見表3。

4.3 先導性應用助力探索技術成熟和模式創新

工信部、公安部、交通運輸部等協同推動跨部門合作與部省合作，支持車聯網示范區、先導區建設，在城市、高速等不同場景規模化部署車聯網基礎設施，推廣車聯網應用落地。目前工信部已批復支持江蘇（無錫）、天津（西青）、湖南（長沙）、重慶（兩江新區）創建國家級車聯網先導區，結合創建城市自身的特點，將在高速公路、城市道路等不同道路環境規模部署C-V2X網絡，并結合5G和智慧城市建設，完成重點區域交通設施車聯網功能改造和核心系統能力提升，豐富車聯網應用場景，帶動全路網規模部署，建立健康可持續的建設和運營模式，構建開放融合、創新發展的產業生態。國內其他城市，如廣東廣州、廣西柳州、四川成都、安徽合肥、浙江德清等地，也在積極地籌備建設過程當中。截至2021年7月，全國共開放3 500多千米測試道路，道路測試總里程超過700萬千米。

表3 C-V2X互聯互通應用實踐活動

國內的企業也積極探索C-V2X的技術落地與模式創新，開展了一系列商用實踐活動。從出行服務到貨物運輸、干線物流、無人配送、礦山重載等，應用規模逐漸擴大。例如，中國信息通信科技集團有限公司的大唐高鴻公司與中國交通建設股份有限公司聯合在G5021石渝高速進行了全路網的車路協同示范改造，成為全球首條已建成并實際運營的C-V2X復雜高速公路。基于C-V2X的車路協同實現了多維的交通運行數字感知應用、行車主動安全應用、路運一體化協同應用、車路協同高精度定位應用和應急指揮調度應用，為提升道路行車安全、通行效率提供了有力支撐。再如，中國信息通信科技集團有限公司的大唐移動和廈門市交通運輸局、廈門市公交公司聯合建設了廈門快速公交系統（bus rapid transit，BRT）智能網聯車路協同系統。廈門BRT是國內第一條面向商用的車路協同智慧公交，利用C-V2X與5G技術，提供了超視距防碰撞、精準停靠、最優車速行駛、路口盲區檢測等多項特色應用，能夠有效降低油耗15%左右，提高車輛行駛安全及交通效率。

4.4 地方政府積極出臺車聯網發展利好政策

在國家政策指導下，各地結合自身發展需求和產業條件出臺了積極推進車聯網發展的政策。例如，江蘇省編制形成江蘇省車聯網產業發展重點任務分解表（2020—2021年），明確了推動車聯網產業發展的行動指南；天津市發布車聯網（智能網聯汽車）產業發展行動計劃，提出加快LTE網絡升級改造和5G規模化部署，提升LTE-V2X網絡覆蓋水平，建設基于LTE-V2X無線通信關鍵技術的車聯網服務平臺。北京市發布《北京市智能網聯汽車創新發展行動方案（2019年—2022年）》，提出部署智能路網試點改造工程，規劃建設衛星地面增強站、LTE-V2X、NR-V2X路側單元。另外，長沙市發布智能汽車產業“火炬計劃”和“頭羊計劃”、廣州市發布廣州市加快推進數字新基建發展三年行動計劃、四川省發布《關于推進智能網聯汽車產業發展的通知》，河北、上海、湖北武漢、浙江德清、廣東深圳等其他省市地區也發布了與車聯網相關的推進政策。

4.5 “5G+車聯網”的新基建，探索“聰明的車”“智慧的路”“協同的云”發展模式

在路側，截至2021年10月底，江蘇（無錫）、天津（西青）、湖南（長沙）、重慶（兩江新區）4個車聯網國家級先導區在700余千米的高速和城市道路上，再加上其他城市，共計部署了4 000余臺RSU，在全國其他城市也有不同程度的部署。同時，中國信息通信研究院正在積極建設車聯網基礎設施狀態統計平臺，匯聚國內各車聯網示范區、先導區及高速公路沿線中已經建設運營的車聯網C-V2X基礎設施的統計數據，周期性匯總形成報表，支撐國家級車聯網先導區創建相關工作的開展。

在車端，新車前裝C-V2X在2020年開始提速。到2021年上半年，已有十多家車企宣布C-V2X量產車型計劃，包括一汽紅旗、上汽通用、上汽奧迪、福特汽車、長城汽車、廣汽、北汽、吉利、蔚來等。業界預測，2025年，C-V2X的新車搭載率將達到50%[42]。

建設“5G+C-V2X”新型基礎設施，將助力解決車聯網車載終端滲透率低、路側基礎設施建設和運營模式不清晰等一系列問題，為中國發展智能駕駛和智慧交通，探索出一條具有中國特色的“聰明的車”“智慧的路”“協同的云”的發展模式。

5 結束語

本文以分析車聯網的通信需求與挑戰為基礎，介紹了C-V2X系統架構與核心關鍵技術，以及國際、國內技術標準演進。針對基于C-V2X的車車協同和車路協同在智慧交通和智能駕駛領域的應用，分析其在信息感知、網聯智能和成本方面的優勢，以及從重點提升道路安全和交通效率逐步向自動駕駛應用演進的發展趨勢。最后，介紹了國家及地方政策、先導應用與示范驗證，并展望中國發展智慧交通和智能駕駛之路：將積極推進“5G+車聯網”新型基礎設施建設，探索基于車聯網的“聰明的車”“智慧的路”“協同的云”的車路云協同發展模式。

鳴謝：

本文作者特別感謝大唐高鴻趙銳博士、中國信息通信研究院林琳博士對本文提出的寶貴建議。

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Technology development, application and prospect of cellular vehicle-to-everything (C-V2X)

CHEN Shanzhi1, GE Yuming2, SHI Yan3

1. State Key Laboratory of Wireless Mobile Communications, China Information Communication Technology Group Co., Ltd.(CICT),Beijing100191, China 2.China Academy of Information and Communications Technology, Beijing 100191, China 3. State Key Laboratory of Networking and Switching Technology, Beijing University of Posts and Telecommunications,Beijing 100876, China

V2X (vehicle-to-everything) is a promote and profound reform-and-innovation in transportation and automobile industries. It is changing the people’s travel mobility modes and ways of society energy consumption. The requirements and challenges of V2X communication performance in data rate, latency, and reliability, being required and challenged by intelligent transportation and automated driving applications were analyzed. The critical technologies and international standards evolutions of cellular vehicle-to-everything (C-V2X) were introduced, including LTE-V2X and NR-V2X. Then, the advantages of applying C-V2X were analyzed for vehicle-vehicle and vehicle-infrastructure cooperation in intelligent transportation and automated driving. Meanwhile, the field testing and industrial practice of C-V2X in China were presented, and the roadmap was envisioned for developing intelligent transportation and intelligent connected vehicles (ICV) in China. For example, the envisions include actively promoting the construction of “5G+C-V2X” and new type infrastructure, exploring the development mode of vehicle-infrastructure cooperation based on V2X, and eventually supporting China to reach the national low “carbon peak” and to achieve the national “carbon neutralization” strategic goals.

5G, C-V2X, LTE-V2X, NR-V2X, intelligent transportation, intelligent connected vehicle

TP393

A

10.11959/j.issn.1000?0801.2022007

2021?12?01；

2022?01?05

陳山枝，chensz@cict.com

國家自然科學基金資助項目（No.61731017，No.61731004，No.61931005）；北京市自然科學基金資助項目（No.L202018）

The National Natural Science Foundation of China (No.61731017, No.61731004, No.61931005), Beijing Natural Science Foundation of China (No.L202018)

陳山枝（1969? ），男，博士，中國信息通信科技集團有限公司（CICT）副總裁、專家委員會主任，無線移動通信國家重點實驗室主任，教授級高級工程師、博士生導師，國家杰出青年科學基金獲得者，IEEE Fellow，中國電子學會會士，中國通信學會會士。負責5G移動通信、C-V2X車聯網技術與標準研究及產業化工作。曾獲得國家科學技術進步獎特等獎、一等獎、二等獎，國家技術發明獎二等獎，何梁何利基金科學與技術創新獎，光華工程科技獎等。主要研究方向為B5G和6G、車聯網、衛星移動通信等。

葛雨明（1985? ），男，博士，中國信息通信研究院車聯網與智慧交通研究部主任，中國信息通信研究院車聯網創新中心（成都）有限公司總經理，工業和信息化部“車聯網技術創新與測試評價”重點實驗室副主任，高級工程師，中央和國家機關青年聯合會第一屆委員會委員，IMT-2020（5G）推進組C-V2X工作組組長、中國通信標準化協會車聯網子組組長、全國汽車標準化技術委員會智能網聯汽車分技術委員會委員、中國公路學會自動駕駛工作委員會常務委員、UN/WP.29 GRVA專家等。曾獲中國通信標準化協會科學技術獎二等獎、三等獎。主要研究方向為車聯網、智慧交通領域的相關政策、產業、標準和前沿技術。

時巖（1975? ），女，博士，北京郵電大學網絡與交換技術國家重點實驗室副教授、博士生導師，主要研究方向為車聯網、移動邊緣計算關鍵技術及車路協同應用。