3GPP 制定了無人駕駛汽車的解決方案

汽車行業(yè)正在經(jīng)歷前所未有的轉(zhuǎn)型，自動駕駛的競爭越來越激烈。基于移動蜂窩技術(shù)的 C-V2X(Celular-V2X)將是未來安全的無人駕駛車輛的關(guān)鍵推動力之一，該技術(shù)將使車輛之間，以及包括與行人，道路基礎(chǔ)設(shè)施和云端之間能夠相互“傾聽”“交談”。通過估計(jì)其它車輛傳感器的數(shù)據(jù)來補(bǔ)充其非視距(non-line-of-sight)的能力，直接的C-V2X通信通過傳送位置，速度，方向甚至意圖等信息來提供更高級別的可預(yù)測性和預(yù)測的確定性。

車載到一切(V2X)的通信和解決方案能夠使得車輛與人(V2P：Vehicle-to-Pedestrian)之間的信息交換，例如用于警報(bào)騎自行車的人和行人;用于防撞的車輛到車輛通信(V2V：Vehicle-to-vehicle)，用于定時(shí)和優(yōu)先級的設(shè)備的與路邊的基礎(chǔ)設(shè)施(V2I：Vehicle-to-Infrastructure)之間的通信，以及用于提供實(shí)時(shí)交通導(dǎo)航路況信息和其他云旅行服務(wù)信息的車輛到網(wǎng)絡(luò)(V2N：Device-to-network)之間的通信等等。 V2X的目標(biāo)是改善道路安全，提高交通效率，減少對環(huán)境的影響，并提供額外的乘客信息服務(wù)。

C-V2X正在獲得汽車和電信領(lǐng)導(dǎo)者的強(qiáng)力支持，具有廣泛的生態(tài)系統(tǒng)。為了加速采用，高通在推動3GPP Release 14中關(guān)于V2X的規(guī)范中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，并于2017年參與了多項(xiàng)試驗(yàn)測試，例如近日高通和LG攜手合作，推動測試和采用5G和C-V2X的車輛通信，高通和LG預(yù)計(jì)將在2018年上半年通過試用展示這些下一代無線技術(shù)。除了增強(qiáng)安全性，C-V2X Rel-14具有向更強(qiáng)大的未來版本的演進(jìn)路徑，新版本的協(xié)議將對Rel -14具有互補(bǔ)性，并增加新功能，同時(shí)保持向后兼容， C-V2X未來的版本將采用5G NR功能，為高級應(yīng)用廠家和無人駕駛提供高吞吐量，寬帶載波支持，超低延遲和高可靠性。

高通支持C-V2X的芯片解決方案

近日美國交通運(yùn)輸部(DOT：Department of Transportation )為互連汽車技術(shù)(互連X，V2I，V2P，ITS)和移動服務(wù)提供了6,000萬美元以支持開發(fā)部署大型和先進(jìn)的交通技術(shù)的示范站點(diǎn)，以提高安全性，效率，系統(tǒng)性能和基礎(chǔ)設(shè)施投資回報(bào)。

美國交通部(USDOT：U.S. Department of Transportation)對2004年至2008年的事故數(shù)據(jù)的廣泛分析得出結(jié)論：完全實(shí)現(xiàn)的V2X系統(tǒng)可以解決所發(fā)生的450萬次碰撞事故(參見：https://www.its.dot.gov/cv_basics/pdf/Readiness-of-V2V-Technology-for-Application-812014.pdf)。預(yù)計(jì)USDOT將要求在2019年年底及以后制造的車輛要部署專用短距離通信(DSRC：dedicated short range communication)設(shè)備，以支持V2V和V2I通信。美國DSRC解決方案已經(jīng)經(jīng)過十多年的汽車生態(tài)系統(tǒng)運(yùn)營商的廣泛測試，它采用5.9 GHz的專用頻譜。

然而，DSRC面臨著幾個(gè)技術(shù)挑戰(zhàn)：

首先該系統(tǒng)依賴于目前尚未部署的路邊單元(RSUs：road side units)。

其次，由于系統(tǒng)的異步性質(zhì)，導(dǎo)致該標(biāo)準(zhǔn)在物理層有幾處低效率產(chǎn)生，導(dǎo)致性能降低，如覆蓋范圍范圍。

最后從長遠(yuǎn)來看，在范圍，魯棒性和可靠性方面，該標(biāo)準(zhǔn)沒有演進(jìn)路徑(或者沒有IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)活動)來實(shí)現(xiàn)DSRC物理層/ MAC層的改進(jìn)。

DSRC需要連接到基礎(chǔ)設(shè)施和部署RSU

幸運(yùn)的是，DSRC并不是V2X通信的唯一解決方案。 LTE和第五代(5G)蜂窩系統(tǒng)不僅具有支持現(xiàn)有DSRC應(yīng)用的潛力，而且還具有滿足所需要的低延遲，高可靠性或者高帶寬等更具挑戰(zhàn)性和未來感的應(yīng)用場景。此外蜂窩V2X還可以補(bǔ)充DSRC通信以增強(qiáng)V2X的通信功能。

移動運(yùn)營商有潛力為整個(gè)V2X解決方案提供額外的價(jià)值。蜂窩網(wǎng)絡(luò)已覆蓋世界各地，包括農(nóng)村村道和省級高速公路。這些網(wǎng)絡(luò)可用于RSU(road side unit)激活和去激活列表以及RSU的回程通信。此外，LTE網(wǎng)絡(luò)可以將V2X的覆蓋范圍從DSRC可實(shí)現(xiàn)的300米擴(kuò)展到幾公里或者更遠(yuǎn)。這種擴(kuò)大的覆蓋范圍可以提前通知事故，道路狀況和交通擁堵來使司機(jī)受益。

二十多年來，汽車制造商一直在研究防碰撞技術(shù)。通用汽車公司于2014年9月宣布，凱迪拉克將在2017年推出采用V2V通信技術(shù)的CTS轎車。全球已經(jīng)有幾家汽車制造商正在與移動運(yùn)營商和技術(shù)提供商聯(lián)合開展V2X試驗(yàn)。

另外鑒于LTE向5G演進(jìn)，顯而易見的是連接到蜂窩網(wǎng)絡(luò)的車輛將能夠享受的優(yōu)異的V2X功能。作采用新的遠(yuǎn)距離傳感器，蜂窩V2X通信可以幫助實(shí)現(xiàn)新一代的自動駕駛技術(shù)。蜂窩網(wǎng)絡(luò)在農(nóng)村，城市和郊區(qū)的廣泛覆蓋意味著V2X服務(wù)具有巨大的有待開發(fā)的市場空間。通過實(shí)現(xiàn)更安全的交通和更愉快的旅行體驗(yàn)來直接使每個(gè)司機(jī)和每個(gè)乘客受益。

總之，V2X通信是未來汽車的關(guān)鍵組成部分。因此，移動蜂窩生態(tài)系統(tǒng)的利益相關(guān)者應(yīng)盡早評估互連汽車的容量和覆蓋需求。移動蜂窩和汽車行業(yè)之間的合作對于實(shí)現(xiàn)一流的互連汽車解決方案至關(guān)重要。

為了說明V2X應(yīng)用的多樣性和潛力，3GPP針對V2X系統(tǒng)(版本14，3GPP TS 22.1853)推出服務(wù)需求的一些具體用例做了說明(參見：https://portal.3gpp.org/desktopmodules/Specifications/SpecificationDetails.aspx?specificationId=2989)，而對于對于增強(qiáng)型V2X的工作，在3GPP TR 22.886.4中列舉出了這些額外的更具挑戰(zhàn)性的應(yīng)用，這些應(yīng)用被視為推導(dǎo)Release 15版及更高版本協(xié)議的服務(wù)需求的基礎(chǔ)(參見：https://portal.3gpp.org/desktopmodules/Specifications/SpecificationDetails.aspx?specificationId=3108);

LTE在V2X解決方案中的作用

基于LTE的V2X服務(wù)

第一代LTE V2X可以提供與其他V2X解決方案相同的應(yīng)用 - 同樣的外觀和感受，最重要的區(qū)別在于LTE V2X能夠提供更好的無線接入技術(shù)。憑借更好的性能，LTE V2X解決方案可以擴(kuò)大目前設(shè)想的V2X安全性，移動性和環(huán)境應(yīng)用的廣度和有效性。

為了實(shí)現(xiàn)這種一致的外觀，LTE V2X解決方案應(yīng)該重新使用消息集和V2X設(shè)計(jì)的許多板載性能標(biāo)準(zhǔn)。此外，LTE V2X可以使用IEEE 1609.2安全服務(wù)框架以及支持與新車輛的信任，匿名安全消息交換的公共(PKI)系統(tǒng)。這種適應(yīng)和采用將利用智能交通系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)社區(qū)的成就和共識，并提供近20年來所設(shè)想的轉(zhuǎn)型低延遲應(yīng)用。

這種重用DSRC的應(yīng)用和安全服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)對LTE V2X是有意義的，可以實(shí)現(xiàn)多贏的局面：公路運(yùn)營商的交通管理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)具有成本效益的LTE V2X解決方案方案，而移動運(yùn)營商提供了替代方案。 移動運(yùn)營商可以通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備為道路運(yùn)營商提供服務(wù)，還可以為商業(yè)旅客提供信息或其他V2N服務(wù)的個(gè)人用戶收費(fèi)來實(shí)現(xiàn)蜂窩頻譜的價(jià)值。 最終消費(fèi)者驅(qū)動應(yīng)用實(shí)現(xiàn)價(jià)值，他們可以hiode獲得重要的，高質(zhì)量的旅行路線和安全等關(guān)鍵信息。

基于LTE的V2X解決方案能夠解決新的挑戰(zhàn)

交通運(yùn)輸?shù)奈磥韺⑹侵悄芑?，永遠(yuǎn)互連的車輛，相互配合的運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施，提供更安全，更愉快的旅行體驗(yàn)。

LTE可以以DSRC的補(bǔ)充方式解決低延遲，高可靠性的V2X用例。這可能包括將DSRC應(yīng)用卸載到LTE。例如，基于LTE的V2V通信可以實(shí)現(xiàn)ADAS的部署。

基于LTE的V2X通信可以支持需要更長范圍或更高消息吞吐量的各種用例。這些是由于基于LTE的V2V通信的物理層方面的優(yōu)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)的：基于LTE的V2V由于采用頻分復(fù)用(FDM)和更長的傳輸時(shí)間(1毫秒)從而實(shí)現(xiàn)了顯著的鏈路預(yù)算增益?？梢圆捎没旌献詣又貍髡埱?HARQ：Hybrid automatic repeat request)重傳來實(shí)現(xiàn)更高的鏈路預(yù)算?；贚TE的V2V還使用turbo編碼和單載波FDM，這兩者都進(jìn)一步增加了鏈路預(yù)算收益。在系統(tǒng)層面，基于LTE的V2V通過將無線電資源的感測與半持續(xù)傳輸相結(jié)合來利用V2V業(yè)務(wù)的周期性。這種方法沒有像DSRC那樣的載波感知開銷，并且由于使用了相對閾值(而不是DSRC的固定開銷)，因此可以導(dǎo)致無線電資源可以更好在空間上重用。這導(dǎo)致與DSRC相比能夠?qū)崿F(xiàn)具有優(yōu)異性能的系統(tǒng)。

作為3GPP的Release 14 版協(xié)議所解決的低延遲本地通信的一些關(guān)鍵性能參數(shù)是：

車輛速度高達(dá)160公里/小時(shí)，相對速度為280公里/小時(shí)

讓駕駛員有足夠的響應(yīng)時(shí)間(例如4秒)

在兩個(gè)用戶設(shè)備(UE)之間的定期廣播消息的消息大小其有效載荷為50-300字節(jié)，事件觸發(fā)的消息最多為1200字節(jié)(不包括與安全性相關(guān)的消息組件)

兩個(gè)UE之間的消息傳輸?shù)淖畲笱舆t是100毫秒，通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的消息傳遞的最大延遲為1000毫秒

在隨后的發(fā)行版本中，預(yù)計(jì)對延遲，范圍，速度，可靠性，位置精度和消息有效載荷的更嚴(yán)格要求將會隨之而來，以支持更高級的應(yīng)用場景。例如，基于5G的V2X系統(tǒng)預(yù)計(jì)將提供5 ms或更短的車輛之間的端到端延遲，并在短到中等范圍(80到200米)內(nèi)提供超過99%的數(shù)據(jù)包傳輸可靠性。

用于LTE和5G的3GPP中定義的基于蜂窩的V2X系統(tǒng)旨在重用已經(jīng)由汽車社區(qū)(例如由SAE International)所規(guī)定的服務(wù)和應(yīng)用層。它還重用現(xiàn)有的安全和傳輸層協(xié)議，如ISO，ETSI-ITS和IEEE(1609標(biāo)準(zhǔn)系列)等其他標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)組織所定義的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。

3GPP基于5G的V2X的研究已經(jīng)開始了。

V2X應(yīng)用場景的種類(圖片來源3GPP)

移動運(yùn)營商為V2X增加價(jià)值

移動運(yùn)營商可以利用現(xiàn)有的蜂窩基礎(chǔ)設(shè)施來促進(jìn)V2X技術(shù)的高效部署。他們也有機(jī)會在短期內(nèi)為V2X以下四個(gè)方面來增加價(jià)值：

1.道路運(yùn)營商的連接/平臺：移動運(yùn)營商可以為公路運(yùn)營商提供連接和RSU管理

2.證書和證書吊銷列表的分發(fā)：考慮到蜂窩網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)覆蓋全球，eNB可以以成本效益和及時(shí)的方式替代RSU來分發(fā)證書和證書撤銷列表

3.范圍擴(kuò)展：根據(jù)設(shè)計(jì)，DSRC僅提供短距離通信：約300米。 LTE將V2X解決方案擴(kuò)展到幾公里，使他們能夠通知更多司機(jī)關(guān)于重大事件，如事故

4. RSU回程：LTE可以在銅或光纖成本昂貴，效率低下或者根本沒有的地方來為RSU提供回程

本圖說明了蜂窩生態(tài)系統(tǒng)如何支持和實(shí)現(xiàn)V2X服務(wù)的(圖片來源3GPP)

在V2X中使用LTE廣播承載以及D2D廣播通信

結(jié)語和展望

憑借強(qiáng)大的5G演進(jìn)路線，C-V2X技術(shù)是安全意識和自主駕駛解決方案的關(guān)鍵。 C-V2X與其他高級駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)傳感器(如攝像機(jī)，雷達(dá)和LIDAR)相輔相成，即使在非視距(NLOS)情況下也能提供有關(guān)車輛周圍環(huán)境的信息。除了允許360度NLOS之外，C-V2X還旨在通過使用5.9GHz ITS頻段中的直接通信，以及與其他車輛，基礎(chǔ)設(shè)施和行人設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來檢測和交換信息，同時(shí)能夠與使用商業(yè)蜂窩頻段的云服務(wù)進(jìn)行通信，從而增強(qiáng)情境意識。與現(xiàn)有技術(shù)相比，C-V2X旨在提供增強(qiáng)的V2X直接通信范圍，可靠性，延遲性和卓越的NLOS性能。該技術(shù)得到基于3GPP Release 14規(guī)范的廣泛生態(tài)系統(tǒng)的支持，并且預(yù)計(jì)將在今年晚些時(shí)候開始實(shí)施。

C-V2X演進(jìn)至5G為自主車輛提供更多的無線通信功能，支持高級使用案例，例如使用車輛之間的高吞吐量傳感器數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)地圖共享，透視功能，以及將攝像機(jī)信息從一輛車傳導(dǎo)另一輛車上，以及寬帶精確測距，同時(shí)保持與3GPP 14 C-V2X的向后兼容性。5G擁有支持千兆速度的能力，具有超可靠低延遲通信和大量節(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵任務(wù)服務(wù)，5G將為未來實(shí)現(xiàn)始終連接的無人駕駛汽車提供統(tǒng)一的連接平臺。

讓我們期待吧!