1. 首页
  2. 科技

无线通信 | V2X技术助力5G智慧交通 无线通讯

【来源:虹科卫星通信与无线电技术】

关于V2X

V2X,即Vehicle to Everything / vehicle to X,车用无线通信技术,是意向以车辆为中心,与周边车辆、设备、基站通信,从而获取实时路况、道路信息、行人信息等一系列交通信息,以提高驾驶安全性、减少拥堵、提高交通效率、提供车载娱乐信息等,是未来智能交通运输系统的关键技术。

具体来说,我们通常认为V2X技术包含以下几个类别:

车辆与车辆V2V(Vehicle-to-Vehicle):常见应用如防碰撞安全系统 车辆与基础设施V2I(Vehicle-to-Infrastructure):交通信号指示与时间提醒 车辆与行人V2P(Vehicle-to-Pedestrian):行人单车安全距离警报 车辆与外部网络V2N(Vehicle-to-Network):实时地图,云服务等

V2X技术的目的是减少交通事故,提高交通效率,在目前更是助力自动驾驶的重要力量。V2X也是实现自动驾驶的重要手段,能够弥补摄像头、雷达等车载传感器视距不足的缺陷,并且提高车辆在交叉口、恶劣天气环境等特殊条件下的感知能力。

发展历程

V2X的起源其实相当早,在国外也经历了相当长时间的发展,在1999年美国就已经开始了相关方面的研究,分配了5.850-5.925 GHz给智能运输系统(ITS),从2004年开始,IEEE开始基于802.11系列协议开发车用无线通信系统并提出了DSRC(专用短程通讯,Dedicated Short Range Communications)来命名这项基于802.11的车载无线通信技术,这也就是V2X的第一个技术路线的起源。与此同时,在日本也较早展开了对车联网技术研究,在1991年, 日本车辆信息与通信系统(VICS)中心正式成立,经过近10年的发展,VICS被认为是世界上最成功的道路交通信息提供系统。

与欧美、日本等国比较,我国起步较晚,在2009年,随着车联网技术在国内的发展,V2X也开始在国内发展迅速,在这个过程中,我国在V2X的路径上没有选择着重研究发展DSRC这一技术,而是在伴随3GPP的发展框架内正式将V2X纳入LTE技术,选择了基于LTE蜂窝网的C-V2X(LTE-V2X)技术。

随着2020年5G元年的正式到来,因4G-LTE技术设计之初并未充分考虑车联网技术,随着智能汽车迅速发展起来,4G-LTE技术就显得不够用,因此5G通信在设计之初即将智能汽车的需求考虑进去,V2X将是5G网络的一部分,5G-V2X有融合LTE-V2X及DSRC的可能,为汽车提供更安全、更高效的运行能力。

在目前,智能汽车开始大规模快速发展,5G网络的部署逐渐完善,自动驾驶技术已经成为发展的热点与重点,而V2X更是智能汽车和智能交通的支撑技术之一,也将会迎来更快速的发展。

使用技术

正如之前所说,目前的V2X有以下几种主要的技术:

DSCR技术

DSRC技术,即车辆短程通信专用技术( Dedicated Short-Range Communications),发展较早,可以追溯至 2004 年。当时,IEEE 在其 802.11 无线局域网(即 Wireless Local Area Networks, WLAN)标准系列下,开始制定新的车载通信标准。这一标准即是 IEEE 802.11p。在 2007 年左右,IEEE 802.11p 标准已经趋于稳定。而 DSRC 所采用的通信标准即是IEEE 802.11p 和 1609.x。因此现在,人们将DSRC和相应的下层标准统称为 DSRC。例如,美国联邦通信委员会提出的车载环境下的无线接入(WAVE)通信协议是目前最为完善的DSRC V2X通信标准之一,已经进行了多次大规模测试及应用。

DSRC具有以下特点:

美国在发展DSRC的初期,为其分配了专属带宽:位于 5.9GHz 频带的一段 75MHz 的带宽(5.850-5.925GHz)被划为 DSRC 专属的交通安全频谱。二十多年的发展过程中,国际上DSRC专用短程通信技术曾出现3个主要的工作频段:800-900MHz、2.4GHz和5.8GHz频段,;目前我们国家采用的是源于ISO/TC204国际标准化组织智能运输系统技术委员会(国内编号为SAC/TC268)的5.795-5.815GHz ISM频段,下行链路(D-link)500Kbp,2-AM;上行链路(U-link)250Kbp,2-PSK的技术标准。 从覆盖的距离来看,DSRC是一种相对来说距离较近的通信方式,一般有效通信距离不超过1km。 DSRC的平均时延一般小于50ms,因此在安全性相关的场景中更具有实用价值。

C-V2X技术

3GPP在2017年发布的第14版本(Release 14)的LTE技术明确支持V2X,这就意味着V2X迎来了第二条技术路线。基于LTE蜂窝技术的V2X被称为C-V2X,既 Cellular V2X,由于当前的C-V2X技术是基于LTE的,因此又被称为LTE-V2X。而3GPP的第16版本(Release 16)支持基于5G技术的V2X,因此届时将被称为5G-V2X或者NR-V2X。按照3GPP的时间表,Release16的制定将在2020年下半年完成。

为什么会演进出不同于DSRC的C-V2X技术呢?基于Wi-Fi技术的DSRC性能存在局限性——Wi-Fi难以支持高速移动场景,移动速度一旦提高,DSRC信号就开始骤降、可靠性差、时延抖动较大,所以很长一段时间DSRC的性能不稳定,一直处于测试阶段。此外,DSRC在实际部署中有效工作距离一般为几十米,如果需要全境覆盖,那么需要部署的RSU设备的数量就相当之多,从经济成本还是部署难度来讲都是难以实现的。

因此,随着蜂窝网的逐步发展与LTE技术的演进,业界开始研究在蜂窝通信技术(Cellular)基础上重新设计V2X的构想,C-V2X(基于LTE技术)由此应运而生。就目前而言,主要有两种通信模式存在:集中式(LTE-V-Cell)和分布式(LTE-V-Direct)。

1)集中式(LTE-V-Cell)也称为蜂窝式通信或网络通信模式

需要基站作为控制中心,利用基站作为集中式的控制中心和数据信息转发中心,使用网络运营商提供的频段,由基站完成集中式调度、拥塞控制和干扰协调等,支持大带宽、大覆盖通信,可以显著提高LTE-V2X的接入和组网效率,保证业务的连续性和可靠性,满足Telematics(远程信息处理)应用需求。

2)分布式(LTE-V-Direct)也称为直接通信模式

无需基站作为支撑,可以独立于蜂窝网络,实现车辆与周边环境节点低时延、高可靠的直接通信,满足行车安全需求。基于“万物互联”的物联网思想也为未来平滑向5G进行演进转换提供渠道,保证向后兼容性。

我们对通信模式进行整理与归纳,对其进行对比:

总的来说,由于C-V2X的基础设施是在蜂窝技术上发展起来的,仅通过改造现有的基站,就可以将C-V2X基础设施集成进去;终端部署方面,可以延用LTE和5G的生态系统,在一个通信模块内里面把LTE、V2X集成在一起,形成一个统一的连接性的解决方案,部署成本较DSRC更优。

5G-V2X

5G-V2X是5G通信的V2X标准,也称作NR-V2X,因4G-LTE技术设计之初并未充分考虑车联网技术,随着智能汽车迅速发展起来,4G-LTE技术就显得不够用,因此5G通信在设计之初即将智能汽车的需求考虑进去,V2X将是5G网络的一部分,5G-V2X有融合LTE-V2X及DSRC的可能,为汽车提供更安全、更高效的运行能力。

DSRC V2X和LTE V2X互有长短,各有千秋,这两种通信技术各有优点,前者是基于十几年的研究,最终形成标准统一的,具有可靠稳定性的技术;后者在覆盖范围、感知距离、承接数量、短时延以及后续更新演进具有优势,而NR-V2X在一定程度上是二者的融合与延续,目前大力发展的高级驾驶辅助(ADAS)与自动驾驶都将依托于NR-V2X的能力,随着相关标准的逐步完善,其研发进度也正在逐步加快。

【来源:虹科卫星通信与无线电技术】

原创文章,作者:手帕网,如若转载,请注明出处:https://www.esp-4u.com/keji/1394792.html