引言

C-V2X分為兩種模式：“直接模式”（也稱為模式4）和“基于網(wǎng)絡(luò)的模式”（稱為模式3）。直接模式像 使用5.9 GHz ITS頻段的車輛對(duì)車輛 (V2V)、車輛對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施 (V2I) 和車輛對(duì)行人 (V2P) 通信一樣進(jìn)行 直接通信，不用依賴任何網(wǎng)絡(luò)?！盎诰W(wǎng)絡(luò)的模式”則是蜂窩網(wǎng)絡(luò)的一部分，使用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)專用的頻段進(jìn)行車輛對(duì)網(wǎng)絡(luò) (V2N)、基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)網(wǎng)絡(luò) (I2N) 和行人對(duì)網(wǎng)絡(luò) (P2N) 通信。一部分器件同時(shí)支持兩種模式，但目前開發(fā)中的大多數(shù)器件只支持直接模式。

第三代合作伙伴計(jì)劃 (3GPP) 這個(gè)術(shù)語代表了開發(fā)蜂窩通信協(xié)議的七個(gè)組織。3GPP發(fā)布的每個(gè)版本標(biāo)準(zhǔn)均可追溯到新的協(xié)議和通信技術(shù)，例如GSM、寬帶CDMA、2G、3G、4G (LTE) 和5G。2015年，適用于C-D2D（器件對(duì)器件）的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，該標(biāo)準(zhǔn)被視為C-V2X的前身。

第14版給出了C-V2X的定義，該版本對(duì)C-D2D進(jìn)行了增強(qiáng)和改進(jìn)，將可能產(chǎn)生多普勒頻移的車輛環(huán)境和高速行駛狀態(tài)納入考慮。

第15版包括5G以及對(duì)C-V2X的一些微小增強(qiáng)，第16版于2020年底開發(fā)完成，在側(cè)鏈（或直接通信 模式）中為V2X網(wǎng)絡(luò)提供了5G新空口。如下所示，3GPP已經(jīng)發(fā)布了一系列版本的標(biāo)準(zhǔn)和增強(qiáng)功能，并計(jì)劃在未來繼續(xù)發(fā)布新版本，從而滿足最新解決方案的需求，使其與不斷變化的協(xié)議和規(guī)范完全保持同步。

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本白皮書介紹了C-V2X在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛方面發(fā)揮的作用、與汽車行業(yè)相關(guān)的3GPP標(biāo)準(zhǔn)版本以及智能交通系統(tǒng)(ITS) 的分層體系結(jié)構(gòu)，為您應(yīng)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)一致性的挑戰(zhàn)奠定了基礎(chǔ)。在推薦與持續(xù)變化的C-V2X要求同步演進(jìn)的解決方案之前，我們回顧多個(gè)地區(qū)的不同使用場景。

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第14版——LTE

在第14版的物理層中，C-V2X側(cè)鏈?zhǔn)褂肧C-FDMA并支持10 MHz和20 MHz信道。信道分為子幀和 子信道，我們可以將它們稱為資源塊（圖4中的紅色塊）。

每個(gè)子幀的長度為一毫秒，相當(dāng)于兩個(gè)時(shí)隙。資源塊 (RB) 是可以分配給LTE用戶的最小頻率資源單位， 其頻率寬度為180 kHz（12個(gè)15 kHz的子載波）乘以0.5 ms（1個(gè)時(shí)隙）。

C-V2X將子信道定義為同一子幀中的一組RB；每個(gè)子信道的RB數(shù)量可能會(huì)有所不同，具體數(shù)量取決于調(diào)制編碼方案。這些子信道用于傳輸數(shù)據(jù)和控制信息（圖4中的綠色塊），數(shù)據(jù)在傳輸塊 (TB) 中傳輸。RB的概念定義了LTE網(wǎng)絡(luò)，第14版中使用了這個(gè)概念。

第15版——面向主要垂直行業(yè)的5G

第15版具有非常重大的意義，因?yàn)樗鼘?G引入行業(yè)，并且?guī)砹舜怪毙袠I(yè)和網(wǎng)絡(luò)切片這兩個(gè)概念。然而，該版本僅對(duì)C-V2X做了如下所述的微小增強(qiáng)。

? 適用于模式4的載波聚合——支持多個(gè)PC5鏈路的不同 機(jī)制。

? 64-QAM能夠?qū)鬏攭K擴(kuò)展到64-QAM，不受之前每個(gè)載波一個(gè)QPSK的限制。

? 發(fā)射分集——使用多個(gè)天線提高傳輸可靠性。

? 減少時(shí)延——縮短數(shù)據(jù)包到達(dá)與選擇資源進(jìn)行傳輸之間的時(shí)間。

第16版——面向C-V2X的下一個(gè)大版本

第16版將在側(cè)鏈中引入5G新空口 (NR)。該版本還提供超高可靠性和超低時(shí)延的移動(dòng)寬帶連接，為汽車行業(yè)帶來顯著優(yōu)勢(shì)。該版本專門針對(duì)C-V2X開發(fā)，具有如下特點(diǎn)

? 可擴(kuò)展的OFDN接口——支持參數(shù)集，可實(shí)現(xiàn)更高數(shù)據(jù)速率和更大帶寬。

? 具有即時(shí)反饋的獨(dú)立時(shí)隙結(jié)構(gòu)，可用于非常可靠的低時(shí)延通信系統(tǒng)。

? 先進(jìn)的信道編碼——復(fù)雜性低、可靠性高。

? 支持寬帶載波——可實(shí)現(xiàn)更高數(shù)據(jù)速率。

? 使用大量天線——支持使用多個(gè)天線，從而實(shí)現(xiàn)更高數(shù)據(jù)速率、更大覆蓋范圍和更高可靠性。

第16版具有低延遲和高可靠性等特點(diǎn)，使C-V2X網(wǎng)絡(luò)有能力為車輛實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)準(zhǔn)確度的精準(zhǔn)地圖導(dǎo)航。這些特性為實(shí)現(xiàn)超高效駕駛創(chuàng)造了機(jī)會(huì)，允許多輛汽車在考慮了實(shí)時(shí)風(fēng)阻和行駛速度的情況下在短距離內(nèi)“編隊(duì)”行駛。

此外，第16版還支持從網(wǎng)絡(luò)中心站點(diǎn)遠(yuǎn)程駕駛車輛和/或與駕駛員合作操控車輛。得益于該版本提供的更大帶寬和更低時(shí)延，車輛能夠共享傳感器信息和意圖。這使得車輛可以自行做出安排，同時(shí)支持在公路行駛途中進(jìn)行并線或更復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)。

利用第16版提供的厘米級(jí)準(zhǔn)確度，自動(dòng)泊車也將成為現(xiàn)實(shí)。車輛能夠找到停車位并將自己停入其中。之后，駕駛員能夠使用智能手機(jī)遠(yuǎn)程取車。

編隊(duì)——多輛汽車以車隊(duì)形式行駛，它們通過技術(shù)手段和通信協(xié)議連接到一起，可以控制速度、距離、 方向，實(shí)現(xiàn)高效的性能提升和其他相關(guān)優(yōu)勢(shì)。

來源：FHWA

協(xié)同操控——通過智能數(shù)據(jù)共享和通信，車輛可以共享傳感器信息和/或意圖，從而允許車輛在公路 行駛途中自行做出并線或更復(fù)雜的操控。

來源：ResearchGate.net

遙控駕駛——這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于深海和太空探索，它允許遠(yuǎn)程操作員駕駛位于市區(qū)的車輛。該技術(shù) 可用于支持遠(yuǎn)程控制的出租車或代駕服務(wù)。

來源：Project Visio.M——慕尼黑工業(yè)大學(xué)

自動(dòng)泊車——車輛能夠發(fā)現(xiàn)和定位停車位，之后 用戶可以通過智能手機(jī)遠(yuǎn)程自動(dòng)取車。

來源：Forbes.com

第17版

第17版計(jì)劃于2022年發(fā)布。該版本以第16版為基礎(chǔ)，加快推動(dòng)5G的擴(kuò)展。第17版還提供多項(xiàng)NR 側(cè)鏈增強(qiáng)功能，包括網(wǎng)絡(luò)控制的交互服務(wù) (NCIS)、提高能效和覆蓋范圍的增強(qiáng)型中繼 (REFEC)、視聽 服務(wù)制作 (AVPROD) 等。

ITS堆棧（智能交通系統(tǒng)堆棧）和地區(qū)性差異

ITS堆棧由多個(gè)元件組成，這些元件均在物理層之上。

ITS堆棧元件包括傳輸層、消息層和應(yīng)用層，每一層都具有管理能力和安全性。盡管C-V2X的物理層是以蜂窩技術(shù)為基礎(chǔ)，并且與DSRC等其他 “V2X” 系統(tǒng)有區(qū)別，但I(xiàn)TS堆棧中的每一層都根據(jù)SAE、ETSI、C2C等標(biāo)準(zhǔn)得到重復(fù)使用并做出了適當(dāng)調(diào)整。然而，上面幾層的確存在地區(qū)性差異。

ITS層的地區(qū)性差異源于北美、歐洲和中國采用了不同的標(biāo)準(zhǔn)。無論每一層存在怎樣的地區(qū)性差異，都能執(zhí)行相似的功能，但產(chǎn)品設(shè)計(jì)必須考慮到產(chǎn)品銷售地區(qū)適用的不同標(biāo)準(zhǔn)。此外，測(cè)試設(shè)備和測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)也必須適應(yīng)這些差異。

我們將上面的堆棧圖倒過來展示，從而更真實(shí)地反映它們的實(shí)際布置。舉個(gè)例子，圖中頂部是物理層， 它通常連接車頂?shù)奶炀€。

這個(gè)圖中所顯示的概念意味著需要驗(yàn)證遠(yuǎn)程車輛是否能夠向主車輛發(fā)送消息以及從主車輛接收消息。例如，一輛車想要發(fā)送消息，例如電子緊急剎車燈預(yù)警消息，我們希望確保該預(yù)警消息通過空中接口沿著物理堆棧各層向上傳遞，然后通過應(yīng)用層接收后解碼返回。這張圖從邏輯上解釋了如何在一輛汽車上發(fā)起消息，消息如何向上經(jīng)過各層傳輸至天線，另一輛汽車如何通過其天線接收消息并進(jìn)行處理和解碼再返回的過程。測(cè)試解決方案必須能夠準(zhǔn)確測(cè)量這種交換，同時(shí)將我們提到的地區(qū)性差異納入考慮。

擁堵控制壓力測(cè)試

對(duì)這些器件來說，有一項(xiàng)重要的壓力測(cè)試是擁堵控制測(cè)試。這項(xiàng)壓力測(cè)試需要將器件放置到擁堵的環(huán)境中，例如車輛密集的道路上，在一個(gè)小地理區(qū)域內(nèi)有許多ITS站點(diǎn)。在ITS頻段上共享資源可能有一定的 挑戰(zhàn)性，因此這項(xiàng)測(cè)試已納入測(cè)試要求的范疇。為了緩解這類情況造成的影響，業(yè)界開發(fā)了擁堵控制算法以便平等地共享資源，從而盡可能讓信道保持不飽和狀態(tài)。

我們需要能夠正常運(yùn)行的擁堵控制算法來協(xié)調(diào)信道的適當(dāng)使用。標(biāo)準(zhǔn)定義了表征信道狀態(tài)的兩個(gè)指標(biāo)。這兩個(gè)指標(biāo)分別是下圖所示的信道繁忙率 (CBR) 和信道占用率 (COR)。

C-V2X模塊會(huì)用1000毫秒時(shí)間感知環(huán)境，并嘗試確定臨近的車輛在發(fā)送哪些RB。該器件會(huì)檢測(cè)某個(gè)頻率或某個(gè)信道是否存在空閑RB，然后決定在使用得最少或能耗最低的頻譜部分進(jìn)行發(fā)送。器件會(huì)根據(jù)控制面的信道占用率和信道繁忙率信息做出決定，然后對(duì)資源進(jìn)行分配和發(fā)送。因此，測(cè)試擁堵控制算法的運(yùn)行情況可以很好地對(duì)器件進(jìn)行壓力測(cè)試。

擁堵控制方法

如上所述，擁堵控制算法會(huì)根據(jù)不同指標(biāo)和參數(shù)以及信道繁忙率和信道占用率做出決定。這些參數(shù)包括 功率、信道質(zhì)量指標(biāo)和范圍。根據(jù)輸入到算法的信息（例如PER、CQI和范圍內(nèi)的車輛密度），站點(diǎn)或 器件可以使用多種方法。

? 放棄數(shù)據(jù)包重傳——如果重傳功能已經(jīng)激活，站點(diǎn)可以禁用該功能。

? 放棄數(shù)據(jù)包傳輸——站點(diǎn)放棄傳輸數(shù)據(jù)包（也包括激活了的重傳）；這種方法最簡單

? 縮短數(shù)據(jù)包傳輸周期——延長數(shù)據(jù)包傳輸間隔

? 自適應(yīng)MCS——站點(diǎn)可以通過增加所使用的MCS指數(shù)來降低其CR；這樣可以減少傳輸使用的 子信道數(shù)量。但是，增加 MCS 會(huì)降低消息的穩(wěn)健性，從而導(dǎo)致消息的傳輸范圍縮小。

? 自適應(yīng)發(fā)射功率——站點(diǎn)可以降低發(fā)射功率；其后果是，該區(qū)域的整體CBR會(huì)下降，CR極限值 可能會(huì)增加。

對(duì)于具體使用哪一種方法，標(biāo)準(zhǔn)沒有做強(qiáng)制要求。裝置因此，壓力測(cè)試最好是將被測(cè)器件放到擁堵的 環(huán)境中，看看觸發(fā)了哪些機(jī)制（如果觸發(fā)了的話）以及器件如何處理消息并做出相應(yīng)的反應(yīng)。

使用場景

在測(cè)試C-V2X器件和應(yīng)用時(shí)，可以使用一些基本的安全使用 場景。右圖只描繪了50個(gè)基本使用場景中的幾個(gè)。

? 緊急剎車燈 (EEBL) ——踩下車輛的剎車時(shí)，車輛會(huì)向附近的其他車輛發(fā)出預(yù)警信號(hào)。

? 來自交通信號(hào)燈的信號(hào)相位和時(shí)間信息——有助于確定車輛以怎樣的合適速度接近交通信號(hào)燈。

? 交叉路口碰撞預(yù)警——車輛可能會(huì)發(fā)送 EEBL 消息，警告存在碰撞風(fēng)險(xiǎn)。

? 橫向車道車輛轉(zhuǎn)彎碰撞風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警——車輛可能會(huì)發(fā)送EEBL消息，警告存在碰撞風(fēng)險(xiǎn)。

? 弱勢(shì)道路使用者保護(hù)——通過智能手機(jī)提醒行人或其他 非車輛用戶存在碰撞風(fēng)險(xiǎn)。

? 慢速車輛或靜止車輛預(yù)警——提醒有可能與擁堵的車輛或 其他停泊或靜止的車輛發(fā)生碰撞。

業(yè)界還有所謂的“首日”使用場景。這些使用場景涵蓋了我們 剛才提到的基本安全問題。每個(gè)地區(qū)都有各自的首日使用場景 列表。例如，中國就有大約17到20個(gè)首日使用場景。其他 地區(qū)可能有類似的使用場景集合，但具體內(nèi)容不一定相同。首日使用場景可能包括前方碰撞預(yù)警、左轉(zhuǎn) 輔助、盲區(qū)預(yù)警等等。

圖 10：C-V2X 使用場景的大眾市場部署時(shí)間表。來源：5G-ACIA

上述時(shí)間表注明了5GAA汽車協(xié)會(huì)報(bào)告的各項(xiàng)功能特性計(jì)劃上市的時(shí)間。例如，交通效率和安全相關(guān)使用場景（如環(huán)境危險(xiǎn)或交通信息）計(jì)劃隨著第15版以及2020年之后推出的其他版本一同發(fā)布。該時(shí)間表 還列出了緊急電子剎車燈預(yù)警和左轉(zhuǎn)輔助使用場景的發(fā)布時(shí)間。高級(jí)安全和自動(dòng)駕駛使用場景（例如適用于自動(dòng)駕駛汽車的自動(dòng)泊車）計(jì)劃于2024年推出，其他一些高級(jí)安全功能將于2029年推出。根據(jù)這個(gè)時(shí)間表，我們可以更好地了解即將發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)版本以及計(jì)劃將哪些使用場景合并或準(zhǔn)備整合到C-V2X 測(cè)試計(jì)劃中。

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