車(chē)聯(lián)網(wǎng)進(jìn)化的驅動(dòng)力 5G為 V2X 應用帶來(lái)優(yōu)勢

由于車(chē)聯(lián)網(wǎng)（V2X）等新興車(chē)載網(wǎng)絡(luò )應用需要，對于延遲、數據速率、可靠性和通訊距離提出嚴格服務(wù)質(zhì)量要求，以及V2X 應用正在過(guò)渡到基于5G，與當下專(zhuān)用短距離通訊方法相較，帶來(lái)的一些關(guān)鍵特性和功能缺失，本文將討論在自動(dòng)駕駛系統中使用 5G為 V2X 應用帶來(lái)的主要優(yōu)勢。

車(chē)聯(lián)網(wǎng)（V2X）技術(shù)是車(chē)輛運輸之未來(lái)。透過(guò)道路上車(chē)輛之間通訊（V2V）以及車(chē)輛與路燈和人行橫道等交通基礎設施（V2I）之間進(jìn)行通訊，將大大增強汽車(chē)安全功能并緩解交通壅堵。V2X可使用5G在汽車(chē)、行人和交通攝影鏡頭/傳感器之間傳輸訊號，讓駕駛更加安全、更加方便。

接下來(lái)，本文將討論在 V2X 應用中 5G 如何提供新功能的五種方式，5G會(huì )比當前車(chē)載專(zhuān)用短程通訊（DSRC）系統提供更好的鏈接性和更低延遲。


技術(shù)進(jìn)化即將到來(lái)


 
圖1 : C-V2X能夠透過(guò)非視線(xiàn)方式感知來(lái)補充攝影鏡頭、雷達和激光雷達等傳感器不足，這是實(shí)現安全自動(dòng)駕駛之關(guān)鍵因素。（source：metamorworks/Shutterstock.com）

透過(guò)接收有關(guān)駛近緊急車(chē)輛（包括距離和方向信息）以及學(xué)校/行人信道的訊息，V2X 和 5G能夠達成增強道路安全之目的。當孩子們即將過(guò)馬路時(shí)，校車(chē)能夠通知附近車(chē)輛避讓?zhuān)斣诜泵值郎铣霈F阻塞車(chē)道時(shí)，送貨卡車(chē)可以讓周?chē)貐^知道。有關(guān)交通壅堵訊息將實(shí)時(shí)傳遞，相關(guān)道路事故或交通壅堵警告會(huì )在發(fā)生后幾秒鐘內傳輸。行人甚至可以透過(guò)手機接收到附近有關(guān)車(chē)輛行駛不正?；蛞圆话踩俣刃旭偩?，當一輛超速行駛車(chē)輛闖紅燈后穿過(guò)十字路口時(shí)，行人會(huì )在踏上馬路之前聽(tīng)到響亮警報。

蜂巢式C-V2X（C-V2X）是 V2X 的一個(gè)子集，能夠透過(guò)非視線(xiàn)（LoS）方式感知來(lái)補充攝影鏡頭、雷達和激光雷達等傳感器不足，這是實(shí)現安全自動(dòng)駕駛之關(guān)鍵因素。C-V2X 還將提供比 LoS 傳感器更大覆蓋范圍，并且是車(chē)輛與其他鏈接設備進(jìn)行通訊基礎。

除了 V2X，5G 還將支持車(chē)對基礎設施（V2I）、車(chē)對網(wǎng)絡(luò )（V2N）、車(chē)對車(chē)（V2V）、車(chē)對行人（V2P）以及騎行者等弱勢道路使用者、用于電動(dòng)車(chē)功率傳輸的車(chē)輛到設備（V2D）和車(chē)輛到電網(wǎng)（V2G）通訊。



 
圖2 : 重要C-V2X 用例：車(chē)對車(chē)（V2V）、車(chē)對行人（V2P）、車(chē)對基礎設施（V2I）和車(chē)對網(wǎng)絡(luò )（V2N）通訊。

透過(guò) DSRC 和 C-V2X 提高安全性
自動(dòng)駕駛車(chē)輛采用兩種高速通訊協(xié)議來(lái)保障車(chē)輛安全：DSRC 和 C-V2X，這兩種協(xié)議以極高速率運作，并以低延遲進(jìn)行高頻數據交換。DSRC工作在5850～5925MHz頻段，數據速率為6～26Mbps； C-V2x 具有接收速率 26Mbps（RX）和最大26Mbps（TX）發(fā)射速率。 DSRC 和 C-V2X 無(wú)線(xiàn)電可以沒(méi)有連結，但它們在收聽(tīng)其他訊號同時(shí)，能夠廣播車(chē)輛位置、速度和加速度等。


在所有距離內進(jìn)行安全可靠通訊
透過(guò)推進(jìn)車(chē)輛編隊、進(jìn)階駕駛、擴展傳感器和遙控駕駛等基于 C-V2X 應用，5G為行業(yè) C-V2X 帶來(lái)側鏈通訊技術(shù)（sidelinking）。由于在緊急駕駛情況下需要緊急制動(dòng)和規避碰撞，因此要求嚴格的低延遲和高可靠性。C-V2X最短傳輸延遲不超過(guò)4ms，并且可能更快，具體取決于實(shí)施方式。

短程通訊導致的大部分流量，尤其是在 V2X 部署第一階段，將主要是每輛車(chē)定期廣播消息，以傳達其狀態(tài)和運動(dòng)。

在交通密集區域，可用信道資源會(huì )使該區域飽和，并增加數據報丟失，從而可能危及駕駛員?？赏高^(guò)擁塞控制算法來(lái)檢查并定義某些參數，以在這些條件達到臨界水平之前進(jìn)行修改。C-V2X側鏈通訊是第一個(gè)在物理層引入距離作為維度的無(wú)線(xiàn)系統，可為 LoS和非LoS方案提供統一通訊距離。

V2X通訊之安全/隱私
基于 LTE的V2X通訊使用高容量、大小區覆蓋范圍和廣泛部署基礎設施，來(lái)支持用于安全和非安全應用的各種類(lèi)型車(chē)載通訊服務(wù)。3GPP和Qualcomm等機構已經(jīng)為基于 5G的 V2X 服務(wù)制定了路線(xiàn)圖。

3GPP中定義的安全，主要包括機密性、完整性、真實(shí)性和抗回放攻擊能力。新的隱私和安全挑戰，例如面向群體的自動(dòng)隊列安全移動(dòng)管理、可靠協(xié)作駕駛、高效和保護隱私的車(chē)輛大數據共享和處理等，將需要進(jìn)一步研究。

V2X 應用仰仗于連續、詳細位置信息，這可能會(huì )導致隱私問(wèn)題。在私人車(chē)輛中，位置跟蹤將會(huì )顯示出駕駛員（可能是也可能不是車(chē)主）所處位置變化和活動(dòng)；發(fā)送和傳播 V2X 用戶(hù)位置訊息，可能會(huì )給車(chē)主和租車(chē)人/借車(chē)人帶來(lái)隱私問(wèn)題。

其他 V2X 應用包括車(chē)輛之間通訊、增強現有方法以幫助提供左轉或右轉輔助、緊急制動(dòng)警告以及改善十字路口態(tài)勢感知等。擴展 Waze概念，它可以控制或建議車(chē)速調整以解決交通壅堵問(wèn)題，并在GPS 地圖上對于車(chē)道關(guān)閉和高速公路建設活動(dòng)等情況進(jìn)行實(shí)時(shí)更新。V2X 對于實(shí)現汽車(chē)中大量軟件驅動(dòng)系統無(wú)線(xiàn)（OTA）更新至關(guān)重要，這些包括從地圖更新到錯誤修復再到安全更新等軟件應用。


V2X訊息保護/安全性
V2X 通訊需要強大安全性來(lái)保護消息免受欺詐或誤導性使用，從而避免導致安全和隱私問(wèn)題。另一種安全方法是使用公鑰證書(shū)對消息進(jìn)行簽名，以防止未經(jīng)授權的各方對數據傳輸進(jìn)行干擾，并安全地對通訊實(shí)施假名化。

公鑰基礎建設（PKI）包含一些用于創(chuàng )建、管理、使用、保存和撤銷(xiāo)數字安全證書(shū)的策略和程序。 PKI 允許安全地傳輸電子訊息，并且不僅僅是以密碼作為身份驗證，還需要更嚴格身份確認。


為實(shí)現強大 V2X 性能進(jìn)行測試
對于預測各種現實(shí)世界場(chǎng)景中V2X 通訊之性能，其重要性怎么強調都不為過(guò)。由于駕駛員、乘客和行人安全極其重要，因此需要在部署前進(jìn)行測試。實(shí)驗室測試是證明重要假設和測試意外情況的關(guān)鍵第一階段。作為此類(lèi)測試之一，5GAA 汽車(chē)協(xié)會(huì )在 V2X 功能和性能測試報告中運作 V2X 性能和功能測試，其中僅 C-V2X 技術(shù)會(huì )在實(shí)驗室環(huán)境中針對高度擁擠場(chǎng)景進(jìn)行測試，即便在這種擁擠場(chǎng)景中，C-V2X 延遲仍然受到為該場(chǎng)景設置的100ms延遲限制。

這些測試中一些主要關(guān)注點(diǎn)，包括：

? 20MHz CH183中的C-V2X通訊與10MHz CH184中同樣BSM類(lèi)消息傳輸具有相同可靠性（數據報接收率針對距離）。
? CH183中C-V2X高負荷傳輸對CH172中DSRC基本安全傳輸之影響，在LoS條件下，遠達1.4km距離時(shí)可忽略不計。
? CH183中C-V2X高負載傳輸對CH178中V2I和I2V傳輸影響，在LoS條件下，遠達1.4km距離時(shí)可以忽略不計。
? CH183中C-V2X高負載傳輸對CH180 中V2I和I2V傳輸影響，在LoS條件下，遠達1km距離時(shí)可以忽略不計。

Ford和Qualcomm還進(jìn)行了進(jìn)一步外場(chǎng)測試，以支持最新5G汽車(chē)協(xié)會(huì )（5GAA）向美國聯(lián)邦通訊委員會(huì )提出的C-V2X部署豁免申請。C-V2X表現良好，尤其是在視線(xiàn)（LoS）條件下。

按照5GAA計劃，C-V2X被認為已準備好與商用芯片組一起部署，也被視為車(chē)載全球部署準備就緒。5GAA 將與相關(guān)標準制定組織（SDO）合作，推動(dòng)5G V2X需求，以創(chuàng )建成功V2X生態(tài)系統。


結論
我們可以看到V2X巨大市場(chǎng)潛力，但它仍處在起步階段，而且在成熟之前，我們可能無(wú)法充分享受這項技術(shù)許多好處。大多數交通系統尚不兼容 V2X，但伴隨V2X系統變得越來(lái)越普遍，交通系統將能夠根據需要調整交通訊號燈時(shí)間以緩解交通壅堵，這如同高速公路如何使用流量控制燈（通常帶定時(shí)器）以避免出現大壅堵。

車(chē)聯(lián)網(wǎng)連結技術(shù)可能會(huì )在未來(lái) 20 年左右取得長(cháng)足進(jìn)步，許多新車(chē)型會(huì )使用某種形式 V2X 技術(shù)，尤其是豪華車(chē)型。大多數原來(lái)豪華車(chē)的設施（例如真皮座椅、天窗、巡航控制）當下已經(jīng)在所有價(jià)位汽車(chē)中變得很普遍。預計 V2X 鏈接將成為具備自動(dòng)駕駛系統（ADS）車(chē)輛的一項關(guān)鍵能力，該自動(dòng)駕駛系統會(huì )評估環(huán)境中潛在危險，然后做出相應響應。ADS 掌握周?chē)h(huán)境有關(guān)信息越多，就能夠做出更好的決策，5G 將使從手機到交通訊號燈再到車(chē)載導航系統的鏈接，成為交通之未來(lái)。

（本文由貿澤電子提供；作者為Steve Taranovich、Alex Plumer）