5G車聯(lián)網(wǎng)標準的演進之路

導讀：產(chǎn)業(yè)發(fā)展第一要素是標準。誰把握了標準主導權，誰就控制了產(chǎn)業(yè)發(fā)展的制高點。

圖片來自“東方IC”

原作者吳冬升，“5G行業(yè)應用”特邀專欄作家，東南大學博士，17年TMT從業(yè)經(jīng)歷，多年B2B/B2G整合營銷及品牌經(jīng)驗，對5G、車聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、數(shù)字化轉型有深刻洞察。

億歐智慧城市對文章進行二次編輯，供讀者參考。

產(chǎn)業(yè)發(fā)展第一要素是標準。沒有一個統(tǒng)一的標準，產(chǎn)業(yè)發(fā)展將無章可循，也解決不了互聯(lián)互通問題，產(chǎn)業(yè)就難以做大做強。

另一方面，誰把握了標準主導權，誰就控制了產(chǎn)業(yè)發(fā)展的制高點。所以產(chǎn)業(yè)發(fā)展，尤其是高科技產(chǎn)業(yè)是否能健康快速發(fā)展，首先要分析其標準的進展情況。本文將從DSRC vs. C-V2X標準之爭、國際C-V2X標準進展、中國C-V2X標準進展三個層面來分析5G車聯(lián)網(wǎng)標準的演進之路。

01、DSRC vs. C-V2X標準之爭

1. DSRC vs. C-V2X標準整體情況

車聯(lián)網(wǎng)V2X(Vehicle-to-Everything)全球存在兩大標準流派，DSRC(Dedicated Short Range Communications，專用短程通信技術)和C-V2X(Cellular-Vehicle-to-Everything，基于蜂窩技術的車聯(lián)網(wǎng)通信)。

車聯(lián)網(wǎng)主要的標準組織和聯(lián)盟包括IEEE(美國電氣電子工程師學會)、ETSI(歐洲電信標準協(xié)會)、3GPP(移動通信伙伴聯(lián)盟)、ARIB(日本電波產(chǎn)業(yè)協(xié)會)、TTA(韓國電信技術協(xié)會)、IMDA(新加坡資訊通信媒體發(fā)展局)、5GAA(5G Automotive Association)等。ETSI制定了基于DSRC的標準ITS-G5，同時作為3GPP的創(chuàng)建伙伴，ETSI也會從3GPP的技術標準成果中直接轉化引用。

中國車聯(lián)網(wǎng)主要標準組織和聯(lián)盟包括CCSA(中國通信標準化協(xié)會)、C-ITS(中國智能交通產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟)、SAE-China(中國汽車工程學會)、NTCAS(全國汽車標準化委員會)、TIAA(車載信息服務產(chǎn)業(yè)應用聯(lián)盟)、TC/ITS(全國智能運輸系統(tǒng)標準化技術委員會)、全國道路交通管理標準化技術委員會、IMT-2020(5G)推進組C-V2X工作組、CAICV(中國智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟)等。

DSRC標準由IEEE基于WIFI制定，并且獲得通用、豐田、雷諾、恩智浦、AutoTalks和Kapsch TrafficCom等支持。通用已經(jīng)有量產(chǎn)車凱迪拉克CTS搭載DSRC(由Aptiv提供系統(tǒng)，AutoTalks提供模塊，恩智浦提供芯片)，豐田則在2016年就開始銷售具備DSRC技術的皇冠和普銳斯，銷量已經(jīng)超過10萬輛(電裝提供系統(tǒng)，瑞薩提供芯片)。

C-V2X由3GPP通過拓展通信LTE標準制定，并向5G演進，獲得福特、寶馬、奧迪、戴姆勒、本田、現(xiàn)代、日產(chǎn)、沃爾沃、PSA Group，眾多Tier1，運營商移動、聯(lián)通、AT&T、德國電信、KDDI、DOCOMO、Orange、Vodafone，以及華為、愛立信、大唐、高通、英特爾、三星等支持。

DSRC標準化流程可以追溯至 2004 年，主要基于三套標準：第一個標準是IEEE 802.11p，它定義了汽車相關的“專用短距離通信”(DSRC)物理標準;第二個是IEEE 1609，標題為“車載環(huán)境無線接入標準系列(WAVE)”，定義了網(wǎng)絡架構和流程;第三個是SAE J2735和SAE J2945，定義了消息包中攜帶的信息，該數(shù)據(jù)將包括來自汽車上的傳感器信息，例如位置、行進方向、速度和剎車信息。

美國高速公路安全管理局(NHTSA)力推DSRC，目標是為消費者提供安全、效率、便捷三大方面優(yōu)質(zhì)服務。安全方面，中輕型車輛將避免80%的交通事故，重型車避免71%的事故;效率方面，交通堵塞將減少60%，短途運輸效率提高70%，現(xiàn)有道路通行能力提高2~3倍;便捷方面，停車次數(shù)可減少30%，行車時間降低13%至45%，實現(xiàn)降低油耗15%。

C-V2X標準工作始于2015年，各工作組主要從業(yè)務需求、系統(tǒng)架構、安全研究和空口技術4個方面開展工作。業(yè)務需求由3GPP SA1工作組負責，系統(tǒng)架構由3GPP SA2工作組負責，安全方面由3GPP SA3工作組負責，空口技術由3GPP RAN工作組負責。

3GPP C-V2X標準化工作分為3個階段：第1階段基于LTE技術滿足LTE-V2X基本業(yè)務需求，對應LTE Rel-14版本;第2階段基于LTE技術滿足部分5G-V2X增強業(yè)務需求(LTE-eV2X)，對應LTE Rel-15版本;第3階段基于5G NR(5G新空口)技術實現(xiàn)全部或大部分5G-V2X增強業(yè)務需求，對應5G NR Rel-16，Rel-17版本。

已經(jīng)完成Rel-14 LTE-V2X和Rel-15 LTE-eV2X，目前正在進行5G NR Rel-16制定和Rel-17規(guī)劃。

LTE-V2X包含LTE-D2D(點對點)的PC5接口和LTE蜂窩網(wǎng)的Uu接口。其中車-車通信(V2V)，車-路邊基礎設施通信(V2I)，車-人通信(V2P)均通過PC5模式，工作于專用頻段;車-網(wǎng)絡/云通信(V2N/V2C)通過Uu模式，工作于運營商蜂窩網(wǎng)絡頻段。其中PC5接口稱為Sidelink(側行鏈路或直通鏈路)，Uu接口包括Uplink和Downlink(上下行鏈路)。

全球主要國家和地區(qū)已經(jīng)分配了V2X(DSRC和C-V2X)點對點通信工作頻段。美國分配5850-5925MHz共75M帶寬;歐洲分配5855-5925MHz共70M帶寬;日本分配5770-5850MHz共80M帶寬;韓國分配5855-5925MHz共70M帶寬;新加坡分配5875-5925MHz共50M帶寬;中國分配5905-5925MHz共20M帶寬。

2. DSRC vs. C-V2X技術和商用對比

從技術角度看，2018年4月在華盛頓召開的5GAA會議上，福特發(fā)布了與大唐、高通的聯(lián)合測試結果，給出DSRC和LTE-V2X實際道路測試性能。結果顯示，在相同的測試環(huán)境下，通信距離在400米到1200米之間，LTE-V2X系統(tǒng)的誤碼率明顯低于DSRC系統(tǒng)，而且C-V2X的通信性能在可靠性和穩(wěn)定性方面均明顯優(yōu)于DSRC?；诖?，福特最終放棄DSRC而選擇C-V2X。

從持續(xù)演進角度看，C-V2X包含Rel-14 LTE-V2X、Rel-15 LTE-eV2X和向后演進的NR-V2X，也比DSRC有明顯優(yōu)勢。

從商用角度看，美國希望在2021年達到50%新車安裝DSRC，2022年達到75%新車安裝DSRC，2023年開始100%新車安裝DSRC。DSRC經(jīng)過多年的測試與驗證，可行性得到驗證，同時網(wǎng)絡、芯片等產(chǎn)業(yè)鏈相對成熟。但是C-V2X具備后發(fā)優(yōu)勢。5GAA自2016年9月創(chuàng)立以來，已經(jīng)有超過120家運營商、車企、芯片商、設備廠商等產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)企業(yè)加入。

微信公眾號“5G行業(yè)應用”的《5G車聯(lián)網(wǎng)十大產(chǎn)業(yè)化趨勢》文章中，對C-V2X商用進程做了預測。

基于LTE-V2X的車聯(lián)網(wǎng)商用進程：2018年進行規(guī)模試驗，2019年進行預商用測試，2020年正式邁入車聯(lián)網(wǎng)(LTE-V2X)商用元年;基于5G NR的車聯(lián)網(wǎng)商用進程：2019年進行5G NR Uu技術試驗，2020年進行5G NR PC5技術試驗，2021年進行預商用測試，2022年正式邁入5G NR-V2X商用元年。

3. DSRC vs. C-V2X競爭背后動因

標準競爭的背后，不僅是技術對抗，更是國家利益的博弈。在無線通信領域，1G時代百家爭鳴，主要以美國(AMPS)、歐洲(TACS/C-Netz)、日本(JTACS)為主;2G時代主要是歐洲(GSM)和美國(CDMA)角力;3G時代，歐洲(WCDMA)主導，加上美國(CDMA2000)和中國(TD-SCDMA)，除此之外，美國以Intel為首的“IT派”，加入戰(zhàn)局，推出了技術上極具競爭力的WiMAX，由IEEE制定802.16標準，采用OFDM+MIMO技術，解決了多徑干擾，提升了頻譜效率，大幅增加系統(tǒng)吞吐量及傳送距離，向“電信派”發(fā)起挑戰(zhàn)。盡管WiMAX初期技術優(yōu)勢明顯，但是最終由于芯片供應跟不上，終端和網(wǎng)絡設施跟不上，產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展嚴重不足，導致最終敗北給LTE，也將北電等老牌企業(yè)拖跨;4G時代，主要是FDD LTE和TDD LTE(中國主導)標準。

同樣的情況，發(fā)生在車聯(lián)網(wǎng)領域，美國主推脫胎于WIFI的DSRC標準，中國主推基于電信領域的C-V2X標準，雙方在歐洲市場博弈。

借鑒WiMAX vs. LTE的案例，DSRC vs. C-V2X最終競爭的勝敗不僅在于技術的優(yōu)劣，更在于產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的成熟度。

02國際C-V2X標準進展

1. C-V2X標準的業(yè)務及技術演進

目前3GPP已經(jīng)發(fā)布了對LTE-V2X定義的27種(3GPP TR 22.885)和5G-V2X定義的25種(3GPP TR 22.886)應用場景。

其中TR 22.885定義的27種應用場景主要實現(xiàn)輔助駕駛功能，包括主動安全(例如碰撞預警、緊急剎車等)、交通效率(例如車速引導)、信息服務等方面。具體包括Forward Collision Warning，Control Loss Warning，V2V Use case for emergency vehicle warning，V2V Emergency Stop Use Case，Cooperative Adaptive Cruise Control，V2I Emergency Stop Use Case，Queue Warning，Road safety services，Automated Parking System，Wrong way driving warning，V2X message transfer under MNO control，Pre-crash Sensing Warning，V2X in areas outside network coverage，V2X Road safety service via infrastructure，V2N Traffic Flow Optimisation，Curve Speed Warning，Warning to Pedestrian against Pedestrian Collision，Vulnerable Road User (VRU) Safety，V2X by UE-type RSU，V2X Minimum QoS，Use case for V2X access when roaming，Pedestrian Road Safety via V2P awareness messages，Mixed Use Traffic Management，Enhancing Positional Precision for traffic participants，Privacy in the V2V communication environment，V2N Use Case to provide overview to road traffic participants and interested parties，Remote diagnosis and just in time repair notification(來源《3GPP TR 22.885 V14.0.0 (2015-12)》)。

整合各種典型用例，對LTE-V2X有如下技術需求：

而TR 22.886主要實現(xiàn)自動駕駛功能，包括車輛編隊、高級駕駛、擴展傳感器、遠程駕駛四大類功能。加上基礎功能，共25種應用場景(來源《3GPP TR 22.886 V15.1.0 (2017-03)》)。

車輛編隊：實現(xiàn)多個車輛自動編隊行駛。編隊中的所有車輛接收頭車周期性發(fā)出的數(shù)據(jù)，以便進行編隊操作。通過車輛之間的信息交互，可以使得車輛之間的間距非常小(例如幾米甚至幾十厘米)，從而降低后車的油耗。此外編隊行駛還可幫助后車實現(xiàn)跟隨式的自動駕駛。

高級駕駛：實現(xiàn)半自動或全自動駕駛。每輛車或RSU將其通過傳感器獲得的數(shù)據(jù)共享給周邊車輛，從而允許車輛協(xié)調(diào)它們的運動軌跡或操作。此外，每輛 車都與周邊車輛共享其駕駛意圖。這個場景可以提高駕駛安全性，提高交通效率。

擴展傳感器：實現(xiàn)本地傳感器采集的數(shù)據(jù)或實時視頻數(shù)據(jù)在車輛、RSU、行人設備和V2X應用服務器之間的交換。這些數(shù)據(jù)的交互等效于擴展了車輛傳感 器的探測范圍，從而使車輛增強了對自身環(huán)境的感知能力，并使車輛對周邊情況能有更全面的了解。

遠程駕駛：實現(xiàn)駕駛員或駕駛程序遠程駕駛車輛。該場景可用于乘客無法駕駛車輛、車輛處于危險環(huán)境等本地駕駛條件受限的情況，也可用于公共運輸?shù)刃旭傑壽E相對固定的場景。

整合各種典型用例，對5G-V2X有如下技術需求。

Rel-15 LTE-eV2X在與Rel-14 LTE-V2X保持兼容性的前提下，進一步提升V2X的時延、速率以及可靠性等性能，以滿足更高級的V2X業(yè)務需求。其相關技術主要針對PC5增強，采用與Rel-14相同資源池設計理念和相同的資源分配格式，因此可以與Rel-14 V2X用戶共存且不產(chǎn)生資源碰撞干擾影響。Rel-15的增強技術主要包括PC5載波聚合、64QAM高階調(diào)制、發(fā)送分集、低時延相關技術、Mode3和Mode4資源池共享等。

到Rel-16 5G NR-V2X階段，支持eV2X的所有業(yè)務場景。主要研究工作包括設計NR Sidelink、NR Uu接口增強、NR Uu調(diào)度NR Sidelink、V2X定位、無線接入技術選擇機制、空口QoS管理技術方案、NR Sidelink與LTE Sidelink共存機制、Sidelink頻段等。

2. 標準未來演進方向

一方面考慮前向兼容，Rel-16 5G NR-V2X不是取代LTE-V2X，而是增強，是在更高帶寬、更低時延下提供LTE-V2X不能滿足的V2X業(yè)務能力。未來基礎的V2X業(yè)務可能只通過LTE-V2X進行接收或發(fā)送。因此，車企并不需要等待Rel-16的到來，而是現(xiàn)在就可以部署Rel-14。

一方面考慮演進到R17，可能包括UE增強(比如針對弱勢道路使用者UE節(jié)能增強)、Sidelink演進(比如定位精度、容量增強、可靠性提升、2TX/2RX天線基準等)、結構間隙閉合和增強(Uu Multicast、組播增強、基于網(wǎng)絡定位精度增強等)、MDT和SON自動增強(Sidelink QoS評估報告)等。

除此之外，還有很重要的一點是關于NR V2X工作頻譜問題。待確定如下幾個問題：在授權頻段上，哪個3GPP(Sub-6GHz或者毫米波)NR頻段將被用于NR V2X sidelink?在5.9GHz ITS頻譜和其它潛在ITS頻譜，什么頻率范圍和信道位置被用于NR V2X Sidelink?NR V2X sidelink需要多大信道帶寬?

可能潛在的NR V2X工作頻譜包括ITS無許可頻譜(已經(jīng)分配的5.9GHz，僅用于D2D，有限QoS)，通用專用授權MNO頻譜(高QoS)、共享頻譜(例如許可共享訪問，已經(jīng)討論在2.3-2.4GHz，需要大量的監(jiān)管工作)，其它無許可頻譜等。

03中國C-V2X標準進展

中國國家層面于2017年成立車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項委員會，在國家制造強國建設領導小組下設立，由工信部、發(fā)改委、科技部、財政部、公安部、交通運輸部等20個部門和單位組成，負責組織制定車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃、政策和措施，協(xié)調(diào)解決車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展重大問題，統(tǒng)籌推進產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

2018年6月，工信部與國家標準委聯(lián)合印發(fā)了《國家車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)標準體系建設指南(總體要求)》、《國家車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)標準體系建設指南(信息通信)》和《國家車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)標準體系建設指南(電子產(chǎn)品和服務)》系列文件，確定到2020 年，基本建成國家車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)標準體系，規(guī)范車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2019年5月，工信部裝備工業(yè)司組織全國汽標委編制了《2019年智能網(wǎng)聯(lián)汽車標準化工作要點》，進一步貫徹落實《國家車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)標準體系建設指南》。

目前中國已基本完成LTE-V2X相關接入層、網(wǎng)絡層、消息層和安全等核心技術標準，標準體系初步形成。為了推動LTE-V2X標準在汽車、交通、公安、通信行業(yè)的應用，一方面推進LTE-V2X標準轉升為國標，便于跨行業(yè)采用;另一方面在汽車、交通、公安行業(yè)，開展功能要求和系統(tǒng)技術要求等上層標準制定。

其中包括轉升《基于LTE的車聯(lián)網(wǎng)無線通信技術 網(wǎng)絡層技術要求》、《基于LTE的車聯(lián)網(wǎng)無線通信技術 消息層技術要求》、《基于LTE的車聯(lián)網(wǎng)無線通信技術 安全技術要求》、《基于LTE的車聯(lián)網(wǎng)無線通信技術安全證書管理系統(tǒng)技術要求》、《基于LTE-V2X直連通信的路側單元系統(tǒng)技術要求》、《面向LTE-V2X的多接入邊緣計算 業(yè)務架構和總體需求》、《面向LTE-V2X的多接入邊緣計算 服務能力開放和接口技術要求》為國標;制定《十字交叉路口預警、車輛編隊行駛等功能應用》行標和國標等。

在《5G車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的冷思考》一文中，分析了車聯(lián)網(wǎng)提供的業(yè)務發(fā)展情況。一開始車聯(lián)網(wǎng)主要提供信息服務類業(yè)務，比如定位管理、基于用戶行為的UBI(Usage-Based Insurance/User-Behavior Insurance)業(yè)務、以及面向B端的車隊管理等。當前又回歸到出行需求上，為消費者解決安全問題和效率問題。未來，車聯(lián)網(wǎng)將賦能自動駕駛，實現(xiàn)協(xié)同自動駕駛和單車自動駕駛。

現(xiàn)在基于V2X的主要業(yè)務場景是面向交通安全類和交通效率類的。以汽車標準委員會T/CSAE 53-2017應用列表中定義的17種典型車聯(lián)網(wǎng)應用層標準看，其中包括12種安全類業(yè)務，4類效率類業(yè)務，1類近場支付信息服務。

全力推進和落實C-V2X國際和中國的標準工作，將助力C-V2X車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)健康快速發(fā)展。