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V2X车联网技术、标准与应用

摘 要:V2X(vehicle to everything)通信是车联网中实现环境感知、信息交互与协同控制的重要关键技术。大唐电信科技产业集团最早提出并由中国企业主导的LTE-V2X国际标准作为其中的主流技术之一,能够在高速移动环境中提供低时延、高可靠、高速率、安全的通信能力,并能够最大程度利用 TD-LTE已部署网络及终端芯片平台等资源。首先介绍了LTE-V2X的关键技术,并与IEEE 802.11p进行了比较;进而介绍了LTE-V2X的标准研究及其演进以及相关的产业发展和示范应用;最后展望了LTE-V2X的发展策略及其向5G NR-V2X的技术演进等,并提出了相关政策建议。

关键词:车联网;LTE-V2X;IEEE 802.11p;标准;示范应用

1 引言

车联网指借助新一代信息通信技术,实现车内、车与人、车与车、车与路、车与服务平台的全方位网络连接,提升汽车智能化水平和自动驾驶能力,从而提高交通效率,改善汽车驾乘感受,构建汽车和交通服务新业态,为用户提供智能、舒适、安全、节能、高效的综合服务。车联网技术预期在避免交通事故、提升道路安全、缓解拥堵、提高交通效率、降低能耗、降低环境污染等方面取得显著效果。通信作为车联网中的重要技术,是信息交互的载体,为车联网提供全方位的网络连接。

车联网技术向着智能化、网联化方向演进,通信技术将聚焦于智能网联汽车(intelligent and connected vehicle,ICV)、自动驾驶等不同阶段的应用中。V2X(vehicle to everything)通信技术作为智能网联汽车中的信息交互关键技术,主要用于实现车间信息共享与协同控制的通信保障。在未来的自动驾驶应用中,V2X通信技术是实现环境感知的重要技术之一,与传统车载激光雷达、毫米波雷达、摄像头、超声波等车载感知设备优势互补,为自动驾驶汽车提供雷达无法实现的超视距和复杂环境感知能力。V2X通信通过和周边车辆、道路、基础设施进行通信,从时间、空间维度扩大了车辆对交通与环境的感知范围,能够提前获知周边车辆操作信息、交通控制信息、拥堵预测信息、视觉盲区等周边环境信息。可见,V2X的应用能够增强环境感知能力、降低车载传感器成本、使能多车信息融合决策。

目前,世界上用于V2X通信的主流技术包括专用短程通信(dedicated short range communication,DSRC)技术和基于蜂窝移动通信系统的C-V2X(cellular vehicle to everything)技术(包括LTE-V2X和5G NR-V2X)。美国、日本、欧洲等发达国家和地区均积极开展了相关的技术研究和测试验证工作。

美国的V2X通信研究主要围绕DSRC展开。在美国交通部与密歇根大学的支持下,通过SafetyPilot、MCity等项目验证了DSRC的有效性,并测试智能网联汽车技术。同时,美国积极推动立法,于2016年12月颁布了关于联邦机动车安全标准中 V2V通信的 NPRM(notices of proposed rule making),对V2V通信设备的工作频段、通信能力、市场渗透等给出了建议。2017年6 月,SAE(Society of Automotive Engineers)筹备成立了C-V2X工作组,开展增强应用、直通通信等研究。欧洲各国开展了Drive C2X、C-ITS corridor、simTD等项目,对道路安全、交通管理与环境保护等应用进行了测试验证。日本于2012年2月发布了700 MHz频段的10 MHz用于车车/车路防碰撞安全应用的规范 ARIB STD-T109;分别在广岛和东京进行了外场测试,并已开始规模测试。

DSRC是美国主导的V2X通信协议,虽然产业链相关参与方包括许多车厂在DSRC系统上做了将近10年的研究和测试评估,但其商用进展一直不理想,针对自动驾驶等新应用也没有清晰的技术和标准演进路线。中国亦因缺乏核心知识产权及产业基础,在DSRC的技术与应用方面均不具有优势。

针对多样化的车联网应用场景和需求,考虑LTE系统向垂直行业新业务的延伸,2010年大唐电信科技产业集团(以下简称大唐)率先开始面向智能交通应用的LTE车联网技术研究,笔者在2013年代表大唐首次公开提出基于 LTE系统的LTE-V 技术,现已成为 3GPP(The 3rd Generation Partnership Project)的LTE-V2X标准。LTE-V2X作为面向车路协同的通信综合解决方案,能够在高速移动环境中提供低时延、高可靠、高速率、安全的通信能力,满足车联网多种应用的需求,并且基于TD-LTE通信技术,从而能够最大程度利用TD-LTE已部署网络及终端芯片平台等资源,节省网络投资,降低芯片成本。为此,本文将介绍LTE-V2X车联网技术、标准研究及其演进以及相关的研发和示范应用。

2 LTE-V2X车联网技术与标准

2.1 LTE-V2X车联网技术

大唐在国内外最早提出基于 LTE系统的LTE-V技术,包括蜂窝方式(LTE-V-cell)和直通方式(LTE-V-direct)两种工作模式。

(1)蜂窝方式

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