V2X即Vehicle-to-Everything，是智能汽車和智能交通的支撐技術(shù)之一。如圖1所示，V2X包含車輛與車輛V2V(Vehicle-to-Vehicle)、車輛與基礎(chǔ)設(shè)施V2I（Vehicle-to-Infrastructure）、車輛與行人V2P(Vehicle-to-Pedestrian)、車輛與外部網(wǎng)絡(luò)V2N（Vehicle-to-Network）等各種應(yīng)用通信應(yīng)用場景。目前而言，基于V2V通信車輛能實(shí)現(xiàn)前方碰撞預(yù)警、變道輔助、左轉(zhuǎn)輔助、協(xié)同式自適應(yīng)巡航控制等，基于V2I通信可以實(shí)現(xiàn)速度建議、交通優(yōu)先權(quán)、路況預(yù)警、闖紅燈預(yù)警、當(dāng)前天氣影響預(yù)警、停車位和充電樁尋位等應(yīng)用；基于V2P通信，能實(shí)現(xiàn)弱勢(shì)道路使用者的預(yù)警和防護(hù)，基于V2N通信可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)交通路線規(guī)劃、地圖更新等服務(wù)。

圖1 V2X示例

V2X的目的是減少交通事故，降低交通擁堵提高交通效率，減少汽車污染物的排放等。美國交通部研究表明，如果全國所有車輛具備基于V2V的交叉口移動(dòng)輔助和左轉(zhuǎn)輔助功能，每年能夠減少40~60萬的碰撞事故和19~27萬的傷亡人數(shù)，挽救780~1080條生命，另外如果再加上其他的V2V和V2I應(yīng)用，V2X系統(tǒng)最高能夠減少80%的非酒精類汽車交通事故。此外V2X技術(shù)將使自適應(yīng)協(xié)同駕駛成為可能，從而減少CO2、CO、鉛及硫氧化合物等污染物的排放，歐洲eCoMove項(xiàng)目研究成果表明，具備V2X功能的車輛能減少4%~25%的油耗和污染物排放。同時(shí)V2X也是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的重要手段，能夠彌補(bǔ)攝像頭、雷達(dá)等車載傳感器視距不足的缺陷，并且提高車輛在交叉口、惡劣天氣環(huán)境等特殊條件下的感知能力。

V2X技術(shù)方案

目前國際上主要有DSRC（專用短程通信）和C-V2X（基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的V2X）兩種技術(shù)方案。其中DSRC技術(shù)發(fā)展時(shí)間較久，早在1992年美國ASTM就開始發(fā)展DSRC技術(shù)，美國和日本已經(jīng)形成了完善的標(biāo)準(zhǔn)體系和產(chǎn)業(yè)布局；C-V2X技術(shù)依靠移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，正處于快速發(fā)展的階段，得到中國、歐盟等國家的高度重視。

DSRC技術(shù)

DSRC由物理層標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.11P和網(wǎng)絡(luò)層標(biāo)準(zhǔn)IEEE1609構(gòu)成，信息內(nèi)容和結(jié)構(gòu)由SAE的SAEJ2735、SAE2945標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范構(gòu)成。DSRC是一種雙向半雙工中短距無線通信技術(shù)，通信距離一般在數(shù)十米（10m~30m）,可實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，帶寬可達(dá)3~27Mb/s。能指定授權(quán)帶寬，實(shí)現(xiàn)安全可靠的通信；能快速獲取網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)安全相關(guān)應(yīng)用的高速更新；通信延遲能達(dá)到毫秒級(jí)，滿足車輛信息交互的時(shí)間要求；高可靠性滿足車輛高速行駛下工作，并且性能不會(huì)受極端天氣的影響，支持V2V和V2I通信，有助于普遍部署應(yīng)用。

美國將DSRC視為V2X系統(tǒng)的主要實(shí)現(xiàn)手段。依托IEEE和SAE兩大協(xié)會(huì)完成了標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議框架的制定，如圖2所示。早在1999年美國交通部便選定DSRC作為V2V通信方案，迄今為止已經(jīng)投入了大約10億美元進(jìn)行開發(fā)測(cè)試。2011年8月啟動(dòng)的“輕型車輛駕駛員接受度診所”項(xiàng)目，在美國6個(gè)地方設(shè)立不同的應(yīng)用環(huán)境，用于評(píng)估用戶對(duì)V2V安全應(yīng)用的接受程度，得到了通用、福特、豐田、奔馳等車企的參與。結(jié)果表明58%的受訪者愿意以200美元以下的價(jià)格購買V2V相關(guān)安全功能。美國高速公路安全管理局在2016年12月發(fā)布了V2V通信法規(guī)提案，計(jì)劃從2021年起實(shí)施新的法規(guī)，要求所有新增輕型車必須搭載基于DSRC的V2V技術(shù)。

圖2 DSRC協(xié)議棧

盡管DSRC技術(shù)發(fā)展早，并且得到了廣泛的實(shí)際驗(yàn)證和應(yīng)用，但是也存在局限性：

1.DSRC采用載波監(jiān)聽多路訪問協(xié)議，在高密度的交通情況下會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)包譯碼失敗的可能；

2.DSRC物理成的正交頻分復(fù)用技術(shù)限制了最大的傳輸功率和傳輸范圍；

3.DSRC屬于視距傳輸技術(shù)，障礙物較多的城市工況對(duì)其構(gòu)成挑戰(zhàn)；

C-V2X技術(shù)

針對(duì)DSRC技術(shù)可能存在的問題，通信產(chǎn)業(yè)提出了C-V2X解決方案。C-V2X是一項(xiàng)利用和提高現(xiàn)有的長期演進(jìn)技術(shù)（Long Term Evolution，LTE）特點(diǎn)及網(wǎng)絡(luò)要素的信息技術(shù)，是3GPP Realease-14規(guī)范的一部分，該初始標(biāo)準(zhǔn)側(cè)重于V2V通信，并逐漸增強(qiáng)對(duì)其他V2X操作場景的支持。目前3GPP組織已經(jīng)完成了LTE-V2X的業(yè)務(wù)需求、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、無線接入技術(shù)和V2V/V2X業(yè)務(wù)方面的研究和標(biāo)準(zhǔn)化，并將LTE-V2X標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)申請(qǐng)?zhí)峤坏絿H標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO。2018年11月針對(duì)智能交通系統(tǒng)中的LTE-V2X應(yīng)用ISO/DIS17515-3標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)進(jìn)入最終的國際標(biāo)準(zhǔn)草案階段。

相比于DSRC技術(shù)，C-V2X具有獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，如圖3所示。首先C-V2X物理層采用頻分復(fù)用技術(shù)，提高了鏈路預(yù)算增益，能比DSRC提供更長的預(yù)警時(shí)間和2倍的通信范圍；其次5G技術(shù)的導(dǎo)入以及移動(dòng)生態(tài)系統(tǒng)的完善將為C-V2X制定清晰的技術(shù)演變路線支持；另外利用移動(dòng)蜂窩技術(shù)，能夠快速的實(shí)現(xiàn)C-V2X系統(tǒng)的商業(yè)化，并且和車載遠(yuǎn)程信息處理服務(wù)相結(jié)合，進(jìn)一步提高效率、降低成本。

圖3 DSRC與C-V2X特點(diǎn)對(duì)比

然而目前C-V2X的基礎(chǔ)技術(shù)LTE還存在不足：

1. 目前蜂窩網(wǎng)絡(luò)難以達(dá)到毫秒級(jí)的低延遲；

2. LTE采用增強(qiáng)型多媒體廣播多波等技術(shù)進(jìn)行單點(diǎn)到多點(diǎn)的接口管理，但是主要支持靜態(tài)場景，對(duì)于車輛擁擠的情況可能無法提供所需的效能；

未來5G將充分考慮這方面的特殊場景，針對(duì)汽車使用場景，5G V2X將具備如下特點(diǎn)：

1 . 采用毫米波頻譜提升頻譜帶寬，實(shí)現(xiàn)超高速數(shù)據(jù)傳輸；

2. 吞吐量達(dá)到1Gb/s以上，具有更好的網(wǎng)絡(luò)覆蓋均勻性；

3 . 實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)的端對(duì)端延遲；

4 . 實(shí)現(xiàn)穿透式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，查看前方車輛反饋的視頻，并發(fā)現(xiàn)弱勢(shì)道路使用者；

目前全球正在加緊制定5G國際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，中國已于2017年展開5G第二階段測(cè)試，在2018年進(jìn)行大規(guī)模組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)，于今年6月正式發(fā)放5G牌照，標(biāo)志中國5G由試運(yùn)行轉(zhuǎn)至商用。由于LTE的V2X平滑演進(jìn)至5G，基于LTE的C-V2X能夠與未來5G進(jìn)行復(fù)用。

歐洲和亞洲是C-V2X的積極倡導(dǎo)者，并且結(jié)成了各種旨在開發(fā)、測(cè)試，推進(jìn)C-V2X的伙伴關(guān)系，包括法國“駛向5G”戰(zhàn)略合作、德國“汽車連接未來一切”等。中國將V2X作為智能網(wǎng)聯(lián)車和智能交通的一部分，納入“中國制造2025”“互聯(lián)網(wǎng)+”等國家戰(zhàn)略。目前國內(nèi)積極在開展5G車輛網(wǎng)方面的部署，北京積極推動(dòng)5G車輛網(wǎng)重點(diǎn)示范應(yīng)用城市，并且2020年將在重點(diǎn)區(qū)域完成5G車聯(lián)網(wǎng)建設(shè)；2019年7月14日國內(nèi)首個(gè)自動(dòng)駕駛5G車聯(lián)網(wǎng)示范區(qū)在在廣州黃埔區(qū)開建；南京鐵塔、開沃汽車和大唐移動(dòng)合作，共同推薦5G智能網(wǎng)聯(lián)汽車業(yè)務(wù)的合作。另外由于美國在繼續(xù)使用DSRC還是使用C-V2X上存在分歧，豐田公司擱置了原定2021在美國車型部署DSRC技術(shù)。

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