快速了解车联网V2X通信

自动驾驶拥有极其巨大的潜力，有可能改变我们的出行方式。它不仅有望永远改变车辆的设计和制造，还会永远改变汽车的所有权乃至整个交通运输业务。要实现全自动驾驶的目标，开发人员需要开发极为复杂的软件，软件中融入的人工智能(AI)必须能够正确理解从周边基础设施和车载传感器阵列接收到的实时数据流，并据此做出相应动作。因此：为了对这些系统的功能、性能和安全性进行彻底验证，开发人员越来越依赖于在实验室中进行精密的仿真和测试。自动驾驶仿真(ADE)平台很早便开始在整个汽车设计工作流程中使用，目前已经非常成熟，能够仿真测试在公路上行驶的车辆中所部署的各种新技术。

随着自动驾驶、电动汽车、互联汽车和汽车以太网的飞速发展，在数年之后，许多在今天还让我们叹为观止的创新技术都会变成稀松平常的基本技术。

这个全新的汽车生态系统融合了来自各个领域的大量先进技术，例如：

•传感器融合了无线电探测和测距(RADAR)、光探测和测距(LIDAR)以及光学传感器(摄像头)。

•高速信息系统融合了汽车以太网、强大的信号处理功能、具有高精度导航功能的高清(HD)地图，以及人工智能(AI)。

•汽车通信则包括车辆到车辆(V2V)、车辆到网络(V2N)、车辆到基础设施(V2I)、车辆到行人(V2P)、车辆到公用事业(V2U)以及车辆到一切车联网(V2X)之间的通信。

车联网(V2X)是一项新兴技术，有助于提高交通安全和效率。V2X使车辆能够与其他车辆和交通系统中的其他要素进行通信，包括道旁基础设施、自行车和行人。根据美国运输部的资料，全面采用V2X技术可将交通事故的严重度完全消除或减少高达80％。这项技术还将大大减少车辆在高速公路上的行驶时间和燃油消耗。

与高级驾驶辅助系统(ADAS)关联度最高的传感器有雷达、激光雷达、超声波传感器和摄像头。通过车联网(V2X)无线器件获得的外部输入可以给这些传感器提供额外的重要数据。

V2X通信的核心目的是通过广播消息的方式提供标准化的安全服务，即通过广播提醒每一辆车注意周围的其他车辆以及它们的位置、轨迹和速度。车辆通常使用5.9GHz频段中的无线链路与其他车辆以及交通信号灯等路侧单元进行通信。这种通信的覆盖范围达到300米，且不受视距限制，因此车辆能够“看见”并探测到可能被建筑物、树木等障碍挡住的其他车辆。

从短期来看，欧洲(C2C论坛)、北美(SAE)、中国(C-SAE)和其他地区的标准机构纷纷以使用场景的形式对V2X应用进行了定义。从长远来看，很多应用(例如5GAA所考虑的应用)在开发时都需要依赖V2X信息以及其他传感器数据。总的说来，这些因素决定了在设计支持V2X的ADAS时，必须对其进行多大规模和范围的测试。

任何一种新车辆设计都需要经历大量的测试，然而如果汽车中采用的技术数量翻两番，一辆汽车每天传输的数据达到几TB，那么测试就会变成一个极其沉重的负担。OEM及其供应商需要一种在实验室中使用真实信号进行闭环测试的方法。是德科技的ADE平台通过在实验室中仿真真实的道路场景，能够在闭环系统中使用真实数据测试真实的传感器。客户由此可以提升对自动驾驶汽车的信心、节省测试成本并抢占竞争优势，最终在道路上更快实现全自动交通运输。

DSRC与4G蜂窝网络

在讨论汽车连通性中5G无线通信的优势之前，有必要回顾一下目前汽车行业中使用的无线通信技术：802.11pDSRC和基于LTE的蜂窝网络V2X。两种技术都支持V2X通信，但各有利弊，而且目前它们都无法实现完整的V2X体验。下表对比了每种技术的优势和局限。

DSRC以IEEE802.11p物理层标准为基础，在美国还要遵守1609车载无线接入环境(WAVE)协议，在欧洲则要符合欧洲电信标准协会(ETSI)的TC-ITS欧洲标准。802.11pDSRC的两大主要优点：可立即用于汽车行业；时延极低，仅约5毫秒(ms)。基于成熟的Wi-Fi802.11a技术，IEEE于2010年批准了802.11p规范。许多想要部署V2X(特别是V2V和V2I)通信的汽车制造商现在更青睐802.11p的可用性。DSRC是基于自组网的通信技术，不依赖于网络基础设施服务。

但是，802.11p需要安装许多新的接入点(AP)和网关，这增加了完全部署的时间和成本。由于它基于免费的Wi-Fi技术，因此很难找到愿意支付AP部署成本的运营商，因为当前还没有明确的商业模式。技术发展也没有明确的方向。

蜂窝网络V2X(C-V2X)是汽车行业的新技术。最新的3GPP第14版定义了一些基于LTE技术的C-V2X规范(也称为用于车辆的LTE-V)。LTE-V支持汽车与网络的无线通信(V2N)，以及V2V和V2P的器件到器件(D2D)通信。C-V2X的一大优势在于它使用现有的蜂窝网络基础设施，可以提供更好的安全性、更大的通信范围以及从4G到5G及更高代的技术演进路径。然而，当前4GLTE网络上的LTE-V不能提供关键V2V通信所需的低时延，现在的时延在30ms到100ms之间。如果领头的汽车发出了紧急信号，V2V通信却未能及时通知后续车辆，那么危急情况可能会迅速恶化。

与这些动态变化的需求保持同步和灵活的能力是确保您的C-V2X功能性能和2021一致性要求的唯一方法。

5G正在将蜂窝网络从一种消费类技术转向高风险的汽车应用联合国负责信息和通信技术的专门机构—国际电信联盟(ITU-R)的无线通信部门确定了5G的三种主要应用场景：增强移动多千兆比特宽带、大规模高密度机器类连接以及超高可靠性低时延(99.999％)通信。

这些场景中的技术指标提供了自动驾驶系统所需的峰值数据速率、时延、频谱效率和连接密度，为改造驾驶体验带来了巨大优势。

•速度高达500km/h(310mph)时具有20Gbps的高峰值速率

•最高可连接1,000,000辆汽车和器件的极高密度

当前，有两种无线通信技术启用了V2X：专用短距离通信(DSRC)和蜂窝V2X(C-V2X)。尽管V2X使用DSRC已有20多年，但现在随着C-V2X得到应用，它将有可能成为V2X的主流技术。C-V2X已纳入第三代合作伙伴计划(3GPP)版本14。

首例4G版本C-V2X商业部署(称为长期演进V2X(LTE-V2X))已在2020年进行。5G技术以其较低的延迟、更宽的带宽和在道旁基础设施中的普及性，将进一步增强C-V2X。

3GPP版本16和版本17将会带来更多功能。这些更新将进一步加强C-V2X，特别是超可靠低延迟通信(URLLC)。

版本16和版本17将促进车辆与道旁基础设施之间传感器数据的实时共享。这些功能使车辆能够了解交通和道路状况，访问视线外数据感应以查看拐角处的情况，并相互提示驾驶危险。这些版本还将支持更复杂的C-V2X用例，包括自动驾驶、增强现实和基于云的服务。

本白皮书重点介绍了5G提供的C-V2X的新功能，并概述了5G给C-V2X模块和通信系统开发人员带来的测试挑战。

通过5GC-V2X实现自动驾驶