V2X,自動駕駛,V2X技術

什么是V2X?無線通信技術V2X解析

車用無線通信技術(Vehicle to Everything,V2X)是將車輛與一切事物相連接的新一代信息通信技術,其中V代表車輛,X代表任何與車交互信息的對象,當前X主要包含車、人、交通路側基礎設施和網絡。

V2X定義
 
車用無線通信技術(Vehicle to Everything,V2X)是將車輛與一切事物相連接的新一代信息通信技術,其中V代表車輛,X代表任何與車交互信息的對象,當前X主要包含車、人、交通路側基礎設施和網絡。V2X交互的信息模式包括:車與車之間(Vehicle to Vehicle,V2V)、車與路之間(Vehicle to Infrastructure,V2I)、車與人之間(Vehicle to Pedestrian,V2P)、車與網絡之間(Vehicle to Network,V2N)的交互。
 
3GPP標準組織定義的V2X技術包括車與車通信(V2V)、車與路邊基礎設施通信(V2I)、車與行人通信(V2P)、車與網絡/云平臺通信(V2N/V2C)等通信場景。目前階段我國V2X的研究熱點主要集中在C-V2X(Cellular)上,包括基于4G網絡的LTE-V2X的應用和未來5G的NR-V2X研究。
 
V2X借助各種無線通信技術,將“車、路、人、云”等交通參與要素有機地聯系在一起,不僅可以支撐車輛獲得更多的感知信息,促進自動駕駛技術創新和應用;還有利于構建一個智慧的交通體系,促進汽車和交通服務的新模式新業態發展,對提高交通效率、節省資源、減少污染、降低事故發生率、改善交通管理具有重要意義。
 
V2X是智能網聯的必要支持,通過開發上層應用,可以提升全方位的智能網聯生態,服務于自動駕駛、高效出行、交通管理、遠程監控等多維度應用。
 
V2V技術
 
V2V(Vehicle to Vehicle),指通過車載終端進行車輛間的通信。最普遍的應用場景是在城市街道與高速公路中,車輛之間相互通信,發送數據,實現信息和數據的共享。
 
智能汽車計算平臺可以通過發送或接收以下數據:車輛的時速、相對位置、剎車、直行還是左拐等所有與行駛安全相關的數據,甚至包括拍攝周圍事物的圖片或者音視頻等,分析和預判其他車輛的駕駛行為,從而實現主動的安全策略,提升行駛安全,為半自動駕駛、自動駕駛提供數據支撐。
 
V2V技術允許車輛通過轉發自身及前方的實時信息來預防事故的發生,從而減少駕駛時間,最終實現改善交通環境,減少交通擁堵的目的。
 
V2V車輛通信可以通過C-V2X中的D2D協議實現車與車之間的通信,為整車廠帶來了另一種運維模式,即自由有效建立智能車隊,規劃路徑,降低油耗,提升營運收益。
 
V2I技術
 
V2I(Vehicle to Infrastructure),指車載設備與路邊基礎設施(如紅綠燈、交通攝像頭、路側單元等)進行通信,路邊基礎設施獲取附近區域環境的信息并發布各種實時信息。車與路通信主要應用于實時信息服務、車輛監控管理、不停車收費等。
 
智能汽車計算平臺需要通過分析接收到路邊基礎設施的警示信息如:十字路口的盲區碰撞、道路險情、道路施工、救急車輛、交通堵塞和事故警告,以及視線盲區的交通信號或標志指示,提示用戶相應的險情,推薦優化的駕駛行為,促進道路車輛行駛和周邊信息的合理化和完善化。
 
V2I技術通過無線的方式幫助車輛和路側的交通設施實現數據交換,主要應用包括交叉路口安全管理、車輛限速控制、電子收費、運輸安全管理,以及道路施工和限高警示等。這項技術會推動交通設施智能化,包括禁止駛入燈標、天氣信息系統等交通設施都可進化為通過多種算法可識別高風險情況并自動采取警示措施的智能交通設施。
 
V2I車輛通信可以C-V2X中的超密集組網技術以及D2D協議實現車與路基礎設施通信。智能汽車計算平臺通過強大的CPU處理接收的信息,結合GPU處理通過攝像頭識別的圖像,再輔助高精地圖和云端支持,建立協同式環境感知系統,便于整個智慧城市的搭建。
 
V2P技術
 
V2P(Vehicle to People)是指車輛中的車載設備和弱勢交通群體(包括行人、騎行者等)使用用戶設備(包括行人、騎行者等)使用用戶設備(如智能手機、可穿戴式設備、自行車GPS信號儀等)進行通信。車與行人通信主要應用于交通安全、智能鑰匙、位置信息服務、汽車共享等。
 
智能汽車計算平臺通過支持強大的安全通信,通過智能鑰匙,實現無鑰匙進入和遠程啟動等功能。同時還要通過強大的計算能力,實時推算行人或者騎行者的行動軌跡,為駕駛員提供駕駛預判,避免發生交通事故。
 
V2P技術則使得行人和騎車人通過智能手機成為V2X通信環境中的一個節點。它可以發送或接收警示信號,例如可以預先告知聯網信號燈自身是否需要延長過馬路的時間,也可以提示附近車輛前方路口有行人要過馬路,或者提示車輛相鄰車道有自行車在騎行。
 
V2P通信主要取決于用戶設備的無線通信協議,這就需要智能汽車計算平臺能夠支持盡可能多的無線通信協議,譬如BT、WIFI、Zigbee、Z-WAVE、NB-IoT/LoRA、LTE/5G,才能夠有效地實現V2P。
 
V2N/V2C技術
 
V2N/C(Vehicle to Network/Cloud)是指車輛中車載設備通過網絡與云平臺連接,云平臺與車輛之間進行數據交互,并對獲取的數據進行存儲和處理,提供遠程交通信息推送、娛樂、商務服務和車輛管理等。車與云平臺通信主要應用于車輛導航、車輛遠程監控、緊急救援、信息娛樂服務等。
 
對于V2N/V2C來說,智能汽車計算平臺需要強大而迅捷的數據處理能力以及海量的數據存儲機制,以處理超高速率、超高吞吐量、高可靠性、超低延時的網絡數據。
 
毫無疑問,V2N/V2C需要采用C-V2X中的新型天線傳輸技術、高頻段傳輸、同頻全雙工等高效技術,這就要求智能汽車計算平臺需要支持新型網絡架構,譬如D-RAN、C-RAN,D2D、MTC等接入技術相融合的方式,通過各種低成本高速光傳輸網絡,實現V2N/V2C通信。
 
V2X技術兩大產業化陣營介紹
 
V2X產業分為DSRC和C-V2X兩個標準和產業陣營。中國V2X市場因為坐擁全球最大的4G LTE網絡和成熟的產業鏈,并且對DSRC技術上沒有太多積累,考慮到規避專利風險等因素,因此有分析認為中國V2X技術發展會向C-V2X傾斜。
 
DSRC(專用短程無線通信標準),以IEEE802.11p為基礎,V2V為其主要的應用方式。DSRC最大的競爭籌碼是啟動早,早在1999年,美國聯邦通信委員會就在5.9 GHz區域為V2X留出了75 MHz的帶寬,美國、歐洲等國家已提出相關標準規格,經過十多年的發展歷史,形成成熟的產業鏈,并可以進入商用。
 
C-V2X,基于蜂窩網通信技術的車用無線通信技術(C是蜂窩Cellular),是基于4G/5G等蜂窩網通信技術演進形成的車用無線通信技術,包含LTE-V2X和5G-V2X,從技術演進角度講,LTE-V2X支持向5G-V2X平滑演進。C-V2X是在移動通信標準化組織3GPP的推進下開始啟動,目前正處于標準制定和技術積累的關鍵階段,3GPP在2017年制定了第一版的標準,目前形成以華為、高通、愛立信、諾基亞等通信產業鏈企業、電信運營商和汽車企業為主的產業陣營。
 
V2X典型應用場景
 
V2X目前主要覆蓋3大典型應用場景:交通主動安全、交通效率和信息服務,并且向支持實現自動駕駛應用演進。在未來移動通信論壇和車載信息服務產業應用聯盟共同發布的《智能網聯汽車基本應用白皮書》中定義了72種智能網聯汽車應用場景,其中基本應用場景包括:
 
交通主動安全:前向碰撞預警、左轉輔助/告警、匯入主路輔助/碰撞告警、交叉路口碰撞告警(有信號燈/無信號燈/非視距等,存在路邊單元)、交叉路口碰撞告警(有信號燈/無信號燈/非視距等,不存在路邊單元)、超車輔助/逆向超車提醒/借道超車、盲區告警/換道輔助、緊急制動預警(緊急電子剎車燈)、車輛安全功能失控告警、異常車輛告警(包含前方靜止/慢速車輛)、靜止車輛提醒(交通意外,車輛故障等造成)、非機動車(電動車,自行車等)橫穿預警/行人橫穿預警、緊急車輛提示、道路濕滑/危險路段提醒(大風、大霧、結冰等)、創紅燈(/黃燈)告警)。
 
交通效率:減速區/限速提醒(隧道限速、普通限速、彎道限速等)、車速引導、車內標牌、電子不停車收費。
 
信息服務:進場支付、自動停車引導及控制、SOS/eCALL業務、車輛被盜/損壞(包括整車和部件)警報、車輛遠程診斷,維修保養提示。
 
基于蜂窩網通信技術的車用無線通信技術C-V2X介紹
 
C-V2X通信接口
 
C-V2X中包含了兩種通信接口:一種是車、人、路之間的短距離直接通信接口(PC5),另一種是終端和基站之間的通信接口(Uu),可實現長距離和更大范圍的可靠通信。C-V2X直接通信可提供擴展的通信范圍和增強的可靠性,而不依賴蜂窩網絡的協助或覆蓋。
 
網絡通信(Uu接口),利用LTE廣播,通過V2X服務器中轉,把信息傳送到另一個節點。通過LTE方式無線基站對V2V數據的調度和接口的管理進行輔助。Uu接口具有廣覆蓋,可回傳到云平臺特點,適合信息娛樂類、遠距離的道路危險或交通狀況、延遲容忍安全消息等業務類型。
 
直連通信(PC5接口),以LTE標準中的D2D(Device-To-Device,設備間)鄰近通信服務為基礎。PC5接口,可以實現250Kph的高速度和高密度通信,支持無LTE網絡覆蓋下通信LTEV2X同時支持基站和全球導航衛星系統(GNSS)的時間同步。允許用戶在有或沒有網絡覆蓋的條件下彼此間直接廣播消息。PC5接口具有低延時、覆蓋范圍小特點,適合交通安全類、局域交通效率類業務。
 
C-V2X標準化進展
 
C-V2X的標準化可以分成3個階段:
 
支持LTE-V2X的3GPP R14版本標準已于2017年正式發布,在TR22.885中定義了V2V(車到車)、V2I(車到路邊設施)、V2P(車到人)、V2N(車到網絡)、V2X(車到其它)等27類場景,面向輔助駕駛和交通安全。
 
支持LTE-V2X增強(LTE-eV2X)的3GPP R15版本標準于2018年6月正式完成。標準TS22.886中已經定義了25個用例共計5大類增強的V2X業務需求,包括基本需求、車輛編隊行駛,半/全自動駕駛、傳感器信息交互和遠程駕駛。
 
支持5G-V2X的3GPP R16+版本標準于2018年6月啟動研究,將與LTE-V2X/LTE-eV2X形成互補關系。5G eV2X當前僅完成需求規范,定義了25個用例,包括自動排隊駕駛、半/全自動駕駛、支持擴展傳感、遠程駕駛和通用需求。目前,3GPP 5G NR(New Radio,新空口)積極支持V2X的標準化工作,自從2018年6月RAN#80全會上啟動了NR V2X技術研究后,3GPP工作組針對NR V2X的研究內容展開了豐富的討論,在今年2月份RAN1#96會議中結束了NR V2X SI(Study Item)部分的討論,NR V2X從RAN1#96b次會議開始正式進入WI(Work Item)討論,各種技術要點也將塵埃落定。預期NR-V2X產品最早有可能于2022年在上市車型中面世。
 
我國也在推進C-V2X標準化工作,例如工信部聯合國標委發布“國家車聯網產業標準體系建設指南”,其中信息通信分冊為V2X通信標準建設給出了體系參考;中國通信標準化協會CCSA為主承擔V2X通信行業標準制定。2019年10月22-24日在上海舉辦的2019中國汽車工程學會年會暨展覽會(2019 SAECCE),由IMT-2020(5G)推進組C-V2X工作組、中國智能網聯汽車產業創新聯盟、中國汽車工程學會、上海國際汽車城共同舉辦的C-V2X“四跨”互聯互通應用示范活動,首次實現國內“跨芯片模組、跨終端、跨整車、跨安全平臺”C-V2X應用展示。本次活動聚集了26家整車廠商、28家終端設備和協議棧廠商、10個芯片模組、6個安全解決方案、2個CA平臺,共接待參與C-V2X“四跨”測試體驗的年會嘉賓、行業技術專家和媒體朋友近2000人次。“四跨”活動有效展示我國C-V2X標準協議棧的成熟度,為C-V2X大規模商業化應用奠定基礎。
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文章來源:風語辰 / 文章作者:風語辰??→知識掃盲
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