C-V2X技术在智能网联行业中应用探讨

（中国联通智能城市研究院，北京 100048）

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

智能网联汽车是按照约定的通信协议和数据交互标准，实现车与车、车与路以及车与云平台等智能信息交换共享，实现安全、舒适、节能、高效行驶的新一代汽车。智能网联产业具有技术整合、信息共享、产业融合的特点。感知技术、通信技术、定位技术等多种先进技术的融合，可实现高效的信息交互和智慧交通。

目前中国的政策大力扶持智能网联行业发展，将推动智能网联相关的技术研发和落地应用作为发展目标。中国目前有全球规模最大的的移动通信网络以及第一的汽车保有量，对智能网联行业的发展有强大的市场驱动力。蜂窝车用无线通信（C-V2X）技术使车与车、路、云能够通信，从而获得实时路况、道路信息、行人信息等一系列交通信息，是未来智能网联行业的关键使能技术。对运营商来说，C-V2X也是探索业务转型、拓展新市场的重点领域。

1 C-V2X技术研究现状

目前，第三代合作伙伴计划（3GPP）已经分别发布了对基于长期演进的车用无线通信（LTE-V2X）技术以及基于5G的车用无线通信（5G-V2X）技术定义的27种[1]和25种[2]应用场景。其中，3GPP TR 22.885定义的应用场景主要实现辅助驾驶功能，包括主动安全（例如碰撞预警、紧急刹车等）、交通效率（例如车速引导）、信息服务3个方面。3GPP TR 22.886主要实现自动驾驶功能，包括高级驾驶、车辆编队行驶、离线驾驶、扩展传感器传输等。

3GPP V2X研究可分为3个阶段：

（1）第1阶级在R14中完成，包括Uu（基站与终端间的通信）接口以及PC5（直接通信）接口2种通信方式，车对车（V2V）、车对基础设施（V2I）、车对人（V2P）和车对网络（V2N）4类业务模式和TR 22.885中的业务场景。同时，在业务需求方面，标准也针对LTE-V2X支持的最大移动速度、时延、消息发送频率、数据包大小等参数进行了定义[3-4]。

（2）第2阶段是在R15中完成对LTE-V2X技术增强，进一步提升V2X的时延、速率以及可靠性等性能，以进一步满足更高级的V2X业务需求，即TR 22.886。其相关技术主要针对PC5的增强，采用与LTE-V2X相同的资源池设计理念和相同的资源分配格式；因此可以与LTE-V2X用户共存且不产生资源碰撞干扰影响。

（3）第3阶段是基于新空口的蜂窝车用无线通信（NR-V2X）技术标准技术研究。主要是在R15中完成对NRV2X技术研究（SI阶级），并在R16中完成对NR-V2X的标准化（WI阶段）。该阶段预计在2020年3月份完成。

2016年9月，奥迪、宝马、戴姆勒、爱立信、华为、英特尔、诺基亚及高通发起成立的会员式组织5G汽车联盟（5GAA），着眼于开发、测试、推动用于自动驾驶、业务泛在接入、智慧城市整合及智能交通等应用的通信解决方案，助推标准，促进产品的商用化发展与全球市场渗透。此外，中国通信标准化协会（CCSA）、中国智能交通产业联盟（C-ITS）、未来移动通信论坛（FuTURE）等多个标准组织与产业联盟目前也正在积极推动V2X方面的标准研发和场景测试。

2 C-V2X助力智能网联业务

2.1 C-V2X与感知结合是智能网联汽车未来的发展方向

面向未来高级智能驾驶的技术路线主要分为2个：一个是单车智能化，另一个是基于C-V2X技术的网联化。

单车智能化主要通过雷达、摄像头等传感器来感知周围环境状态信息，并对数据进行收集处理、分析判定，最终下达行车指令。基于感知手段获取路况信息较为精准，并且实时性高；但是，单车感知存在一定的弊端。这些弊端体现在：首先，信息探测范围有限（一般在100～200 m之内），并且容易受到如光照、天气等环境因素的影响，传感器灵敏度和精准度会大幅下降；其次，目前市面上的高精度感知设备成本非常高，具有高级别自动驾驶能力的智能化成本甚至可能高于车辆本身。因此，单车智能化无法大规模推广应用。

基于C-V2X网联化使车辆可以与周围的车辆、行人、路侧设备等任何具备通信能力的对象相连，以获取周围的环境信息。C-V2X网络采集路侧的基础设施以及摄像头、雷达等道路监测传感器的数据，使所有交通信息和交通元素更全面、更准确、更广阔地为智能网联汽车的感知系统提供决策和服务。网联化的探测范围比智能化的更大，但是它只能在网络覆盖的区域中才能发挥作用，并且受限于网络的容量和传输速率；因此，网联与智能相辅相成，二者结合是未来安全驾驶技术发展的方向[5]。

2.2 C-V2X与移动边缘计算（MEC）融合为用户提供区域化智能网联业务

典型的C-V2X场景中包括如车载终端、道路基础设施、移动网络等，对应路侧的路况感知与协同调度，多媒体视频或高精度地图分发等多种业务需求。业务平台需要将车侧、路侧获取的数据进行存储和计算，为C-V2X设备提供所需要的各类应用服务；因此，大量终端接入及数据传输对网络的带宽和时延有很高的要求。

MEC是一种具有高带宽、低延时、本地化等特点的技术，将计算存储能力与业务服务能力向网络边缘迁移，使应用、服务和内容实现本地化，一定程度上满足网络热点高容量、低功耗大连接、低时延高可靠等技术场景的业务需求。将C-V2X 与MEC融合可以提升C-V2X端到端通信能力。MEC能够提供强大的本地计算能力和存储资源，支持部署更具本地区域特色、更高吞吐量的C-V2X服务[6]。

C-V2X的V2V通信大多可以通过PC5直接完成，也可以利用MEC实现信息传输的桥接；而V2I与V2N场景则可以更多地与移动无线通信网络发生关系，从而更充分利用MEC的能力。MEC在网络的边缘提供信息技术（IT）基础资源以及虚拟化应用托管环境时，C-V2X应用可以部署在其中。这可以显著降低C-V2X业务的端到端时延，改善用户体验。例如安全辅助驾驶、自动驾驶业务属于对通信时延高敏感的业务场景。如果将此类业务部署在MEC上，就可以降低业务时延，实现快速的数据处理和反馈。另外，MEC的本地属性可以提供区域化、个性化的本地服务。

2.3 C-V2X与5G构建智能网联新生态

5G网络拥有高速率、低时延的特性。5G车联网业务主要以智慧道路监测、自动驾驶、远程驾驶、编队行驶等业务为主。C-V2X与5G联合组网构建广覆盖与直连通信协同的融合网络，保障智慧交通业务连续性。

5G的低时延和C-V2X的道路环境感知能力，将会给交通的安全和效率带来极大提升。例如，5G+C-V2X网络构建的智能路况监测业务场景，可以通过5G网络和C-V2X网路对路面积水、结冰、施工维护、车道异物、事故提醒、车速管控等交通路况实施采集，通过5G网络将信息上传至云平台实时分析决策后，再通过5G和C-V2X将信息下发给车辆和行人，用于异常路况提醒、施工提醒、限速预警、闯红灯预警、拥堵提醒等；信息下发给交通部门时，可用于道路精准监控、智能交通流量分析、基础设施故障监控、智慧执法等。5G+C-V2X实现有效规避、减少交通拥堵和事故，保障出行安全、提高通行效率。

5G+C-V2X能够提升交通效率，降低社会成本。例如，在高速公路编队行驶业务中，领队车辆为有人驾驶或一定条件下的无人驾驶，跟随车队为基于实时信息交互的无人驾驶车。领队车辆的车载摄像头、雷达采集车辆周边环境。5G终端将采集的感知信息及车辆状态信息实时上传。平台基于上报的信息做出决策，并将决策指令下发，帮助车辆识别路况、变换行驶速度和方向。而车载V2X终端则实现车队车辆之间及车路之间信息交互。编队行驶可以提升整体道路的通行效率，降低人力和时间成本，带来可观的经济效益。

3 基于C-V2X的系统架构与发展建议

3.1 C-V2X总体架构

基于C-V2X的车联网将采用“终端-网络-平台”的统一架构，如图1所示[7]。路端实现基础设施的全面信息化，构建全方位数字化镜像映射交通系统；车端实现交通工具智能化，建立智能驾驶系统、智能物流系统；云端实现智能交通的一体化管控，包括大数据的收集、共享、分析，以及全局交通动态的智能管控等。

● 综合业务平台——打造车联网协同互联云平台，实现互联互通。在功能上，车联网云平台一方面具有网络管理能力（包括业务管理、连接管理），含有车联网通用业务分析组件，能够实现车车协同和车云协同；另一方面具有网络开放能力，例如进行大数据分析、拓展新的业务渠道，或者向第三方企业开放网络接入功能。

▲图1 智能网联体系总体架构

● 一体化的交通网络——纵向通过C-V2X，包括LTE-V2X以及NRV2X，实现车车、车路的直连通信，为实现智慧交通提供更可靠、高效的网络服务。横向实现4G/5G网络共存，依据不同的业务需求选用不同的网络及技术，实现多模通信。C-V2X与蜂窝网络相结合，可实现网络的无缝覆盖和“车-路-云”之间的多维高速信息传输。

● 基础设施信息化——终端即基础设施层，是智慧交通的神经末梢，能实现道路的全面感知与检测，同时实现感知数据的结构化处理。雷达、摄像头、车载单元（OBU）/路侧设备（RSU）以及交通基础设施等，通过传感器或C-V2X通信实现周围环境的信息收集。

3.2 C-V2X发展建议

随着C-V2X技术的发展成熟，未来的C-V2X网络部署落地大体上可以分为以下3个阶段：

（1）组织运营商、设备商、车企、交通部门等开展规模试验，深入挖掘智能网联服务的范围，探索组网与运营模式的解决方案，提升终端设备、网络设备和平台开发的成熟度，建立起覆盖C-V2X功能、性能、安全性等全方位的试验体系。

（2）针对特定场景的试运营，在试点区域内部署路侧设备和5G基站，打造示范先导示范区。例如，在城市公交车专用道进行部署，即在公交车上部署车联网车载终端，可以实现公交通安全、高效行驶、节能减排等各类业务应用；在高速公路规划专用车道，可以实现物流卡车在这些路段的车辆编队行驶，实现智慧物流。

（3）随着C-V2X技术和相关产品的进一步成熟和渗透率的提升，以及前2个阶段的积累，建立包含智能网联汽车、智慧道路和一体化管控平台的智慧交通体系，进一步探索新的运营管理模式，并推广到全国各重点城市和智慧新城中。

4 C-V2X应用面临的挑战

（1） C-V2X产品未规模商用化及推广。

与单车感知、专用短程通信技术（DSRC）等技术相比，C-V2X技术的研究起步较晚。虽然C-V2X的关键产品（包括芯片、车载终端、路侧基础设施等）在近2年已经取得了很大进展，但产品本身离商业部署还仍然有差距，尚没有较大规模的商用化，市场渗透率也较低。仍需要加大研发力度，才能尽早实现产品规模商用。

（2） C-V2X建设成本较高。

C-V2X技术旨在实现车路协同，需要路侧基础设施部署的覆盖率和车载终端部署的渗透率共同实现。路侧基础设施的部署包括RSU、路侧感知设备（摄像头、雷达、环境感知设备）以及智能信号灯、智能化标志标识等；此外，网络能力的增强还需要MEC、LTE或者5G蜂窝基站的部署等。目前，中国城市道路超过4×105km，高速公路里程也超过1.4×105km。如果实现全部覆盖，建设成本预计在数千亿元；因此，未来C-V2X网络的建设规模、资金来源都是考验产业发展的关键因素。

（3）尚未有成型的商业模式。

与以往传统车联网的商业模式不同，C-V2X产业牵涉的主体众多，还未形成强有力的主导方，未有统一的C-V2X网络部署方案。整个C-V2X产业没有形成核心的凝聚力，导致产业推动力量发散；因此，非常有必要基于示范项目逐步探索合适的商业模式，并在推动产品成熟与跨行业协作融合的同时，明确C-V2X关键的建设者和运营者。

5 结束语

智能网联业务是未来智能交通的发展方向，而C-V2X是将车辆、道路与网络平台连接的桥梁。目前，LTE的网络性能可以满足部分车联网业务。随着5G的到来，网络能力会进一步加强，这更有利于驾驶信息的获取与传输，有助于在未来实现更加丰富的车联网服务。一方面，运营商作为传统的通信管道提供商，需要通过网络演进及升级来支持低时延、高可靠业务；另一方面，运营商也正在积极探索在新形成的车联网产业链中的角色转变，即从传统的管道服务向全面服务运营演进。