0前言
在V2X通信技术发展衍变过程中,主要有2种实现方式:①以国际芯片厂商高通主导的无线专用短程通信技术(DSRC);②由中国车路协同厂商大唐与华为主导的基于第三代移动通信(3G)/第四代移动通信(4G)/第五代移动通信(5G)蜂窝网通信技术演进形成的蜂窝车联网(C-V2X)通信技术｡车用无线通信技术以以下2种通信传输接口为主:①针对短距离直接通信在车､路､人之间传输的接口(PC5);②在基站和终端之间实现长距离直接通信传输的车与云端接口(Uu)｡C-V2X通信技术同时是具备5G通信,包含长期演进网络R14版本的车联网技术(LTE-V2X)和基于5G网络的车联网技术(5G-V2X)｡基于5G通信特点,LTE-V2X传输支持向5G-V2X平滑演进｡
1发展与应用
1.1C-V2X演进路线
为了支持多样化的车联网应用,开展了C-V2X关键技术和行业标准的研究｡C-V2X的标准化准则主要分为以下3个阶段｡(1)2017年5月,完成了基于长期演进(LTE)的第3代合作伙伴计划(3GPP)V2X标准化工作,主要面向实际道路安全的业务通信需求,制定了5.9GHz频段的C-V2X底层直通蜂窝通信协议(PC5)接口通信方式｡(2)2018年6月,完成了3GPP对LTE-V2X的增强标准化工作,主要是在PC5接口引入了高阶调制及载波聚合等技术,提升了数据的传输速率,降低了时延,同时在5G标准的制定上,着重提出了增强移动式车路协同场景｡(3)2018年6月,启动了基于5G新空口-车用无线通信(5GNR-V2X)技术的3GPP具体研究内容,重点是面向5G车路协同V2X业务,研究基于5GNR的PC5接口技术和Uu增强技术｡
1.2C-V2X技术架构
1.2.1PC5接口关键技术
(1)车联网物理层架构增强｡增强后最高支持500km/h的车辆相对移动速度,同时能够解决高频率的信息传输和信道快速时变的问题｡
(2)高精度定位增强｡与全球卫星导航定位系统(GNSS)进行同步,保证数据的传输性能,确保数据的发送和接收在传输过程中保持同步｡(3)资源分配机制和拥塞控制机制的增强｡使PC5接口既支持集中调度式的资源分配方式(Mode3),也支持终端分布式的资源分配方式(Mode4)｡
1.2.2Uu接口关键技术
作为C-V2X通信技术中实现短距离传输的接口,Uu接口采用集中式的分配方式,实现车辆､基础设施和手持终端之间的信息传输,以基站为中心,实现数据的中转｡此外,在Uu空口技术层面,也对C-V2X作了增强,具体分为以下2个方面｡(1)数据上下行传输切换增强｡数据上行传输以半静态调度为核心,支撑对应的通信业务｡既能缩减上行调度的时延,也保证了业务传输的高可靠性[3]｡基于V2X业务的区域通信特点,针对数据下行传输,在Uu空口增加了低延时的单点到多点传输,以及多播/组播单频网络的数据传输｡(2)边缘计算的应用扩展｡虽然Uu接口在点对点信息传输中的数据消耗弱于PC5,为适应超低时延与超高可靠性传输的车联网通信,如自动驾驶､实时高清地图下载等,基于C-V2X业务的Uu接口技术加入了多接入边缘计算节点(MEC)｡大规模部署的边缘计算节点可降低信息传输的损耗｡
1.3C-V2X典型应用场景
目前,车路协同技术高效的信息交互与全方位的数据连接需要借助人､车､路､云等要素｡相关典型的应用场景也正从体验式的信息服务类场景向安全类场景和交通效率类应用扩展,C-V2X典型的应用可分为以下3种场景｡(1)信息服务类应用场景｡信息服务是用户提高乘车体验的重要应用｡目前主流的信息服务应用场景仍是围绕紧急类呼叫来呈现,即当车辆出现紧急状况时,车辆能手动或自动对外发起求助｡(2)交通安全类应用场景｡该类应用场景在一定程度上降低了交通事故的发生,能最大程度地减少事故带来的人身危害和财产损失等｡典型的C-V2X交通安全应用场景包括前向碰撞预警和交叉路口碰撞预警等｡(3)交通效率类应用场景｡该类应用场景对缓解道路交通拥堵和提高道路通行质量具有重要的意义｡
2室内互联互通协议一致性测试
互联互通测试是车联网偏向底层通信协议一致性的测试,主要验证分组数据汇聚协议(PDCP)､无线链路控制协议(RLC)､远程资源控制协议(RRC)和安全协议等互联互通协议的兼容性｡本文基于天津国家级车联网先导区规划的典型场景,在试验室环境下进行协议一致性测试｡
室内互联互通协议一致性测试包含以下2方面内容｡
(1)路侧单元(RSU)/车载单元(OBU)接收信息测试｡具体的测试步骤为:①从消息库中随机选择5类消息(包括基础安全消息(BSM)､路侧消息(RSI)､交通灯相位与时序消息(SPAT)､路侧安全消息(RSM)和地图(MAP)消息)中的若干条信息[4],通过上位机软件将所选消息由测试系统进行发送｡若被测实体是OBU时,发送全部5类消息,若被测实体是RSU时,仅发送BSM消息｡②被测实体将接收到的消息进行解析,输出经ASN.1解码器解码后的结构化数据(数据格式由参与测试单位自定义,但要求全部数据元素具备可读性)｡③比对测试用例消息与被测实体解析消息内容一致性｡(2)RSU/OBU发送信息测试｡
其测试步骤为:
①被测实体发送所公示的消息,由测试系统进行接收｡若被测实体是RSU时,发送RSI､SPAT､RSM和MAP消息;若被测实体是OBU时,仅发送BSM消息｡
②测试系统将接收到的消息进行解析,输出经ASN.1解码器解码后的结构化数据到上位机软件｡
③比对被测实体所发消息与测试系统解析消息的内容一致性｡目前,国内参与OBU/RSU测试的厂商有华为､大唐高鸿､星云互联､高新兴､海康智联和希迪等公司｡经过测试,各厂商均实现了OBU与RSU协议的互联互通功能｡
3外场车路协同功能场景测试
V2X车载终端包括通信模块､信号处理模块,以及人机界面(HMI)交互接口｡通信模块负责PC5与Uu之间进行通信;信号处理模块负责对接收的附近车辆信息进行处理,识别出异常的车辆或危险状况;HMI交互接口负责在发现危险情况下,第一时间向驾驶员进行提醒｡通过前方道路拥堵提醒(TJW)场景,可以简要说明外场车路协同测试的整体流程｡TJW是指当主车行驶前方发生交通拥堵状况时,RSU将拥堵路段信息发送给主车,并对驾驶员进行提醒的场景｡
通常,外场车路协同功能场景测试的流程如下:①测试前确保主车和拥堵测试通信正常,车辆刹车系统功能正常;②沿路口直线正向,主车以60km/h行驶;③记录主车TJW功能报警时间,同时记录碰撞时间(TTC);④记录各设备厂商提示前方拥堵语音与实际拥堵距离,以及提示的不同类型车辆的状态;⑤根据测试数据对测试设备进行详细评价｡
4结语
作为车路协同应用场景实现的一种主流技术方案,目前C-V2X技术已得到国内外多家设备厂商的支持｡基于天津(西青)国家车联网先导区车路协同环境建设,本文对C-V2X相关测试技术进行了研究,并对复杂的车路协同应用场景测试标准进行了分析｡在未来几年,C-V2X测试技术的深入化､测试标准的规范化及测试场景的拓展都将是业内重点关注的课题｡
参考文献
[1]张小俊,郭剑锐,郭蓬,等.面向智能驾驶的V2X测试方法研究[J].汽车电器,2020(5):1-5.
[2]张亚萍,权建刚,徐浩宇.V2X测试环境搭建研究与分析[J].汽车工业研究,2017(7):45-49.
[3]刘华.基于V2X系统的开放道路场景实现研究[J].信息通信,2020(10):178-180.
[4]孙世聪.一种车路协同系统功能测试方法[J].长江信息通信,2021,34(2):207-209.