一文带你读懂蜂窝车联网C-V2X
v2x是什么
v2x，即vehicle to everything，车联万物。
简单来说，就是赋予车辆通信能力，通过v2v（车对车）、v2p（车对行人）、v2i（车对基础设施）、v2n（车对网络），让驾乘体验更加舒适，交通环境更加安全，使能未来的自动驾驶。
来源: rohde & schwarz
相信很多开车人都有这样的体会：行驶在一条道路，连续好几个路口都遇到红灯，一路走走停停，不仅浪费时间，而且特别耗油。有时候，明明前方一辆车也没有，却还要傻等红灯变绿。你一定会想，如果交通灯也有眼睛和大脑，那该多好啊！
其实，利用v2i（车对基础设施）、v2n（车对网络）技术，就可以掌控全局的交通流量，大幅缩减等待时间，从而实现“绿灯畅行”。
再举一个例子，你平时在开车的时候，有没有遇到过突然窜出的行人或者电瓶车，被他们吓个半死？
这个时候，v2p（车对行人）技术就可以派上用场了。它能够在非视距情况下，捕捉周围环境的信息，让我们拥有“上帝视角”，对潜在威胁进行提前准备。
来源: keysight
实际上，我们应该把v2x技术理解为高级驾驶辅助系统（adas）的一部分。v2x和其它多种多样的传感器（如摄像头，激光雷达等）相辅相成，共同辅助完成高级别的自动驾驶。
从理论上来说，单车（例如google的自动驾驶汽车）不计成本地堆砌传感器，也能完成自动驾驶。
但是，缺少了v2x的自动驾驶汽车，就好像是一座信息孤岛。它没办法有效地和周围车辆或者基础设施进行沟通交流，在感知和决策上存在极大的限制。
▉ 两种方案（dsrc vs c-v2x）对比
目前，国际上有两套主流的v2x通信技术规范，它们分别是：
dsrc（专用短距离无线通信）：基于ieee 802.11p，欧洲的its-g5同样是基于该物理层技术，我们在这里只讨论dsrc即可
c-v2x（蜂窝车联网）：基于3gpp lte
来源: keysight
dsrc已经存在很多年了，因为存在一些先天的不足，发展过程并不顺利。相比之下，3gpp的c-v2x有很多优势，所以这几年发展很快。
我们不妨从各个角度来比较一下这两种技术方案：
首先，从技术角度来看。
5gaa（5g汽车联盟）针对dsrc和c-v2x，在实验室及外场进行了试验对比。结果证实，c-v2x在很多方面的性能，都要优于dsrc。比如，c-v2x支持更远的通信距离、更佳的非视距性能、更强的可靠性、更高的容量和更佳的拥塞控制等。（详细的测试报告请参考文末附件）
来源: 5gaa测试报告p-190033
其次，再从成本和标准化的角度来看。
在这两方面，c-v2x也有一些显著的优势：
c-v2x基于蜂窝网络，与目前的4g和5g网络可以复用，网络覆盖范围广，部署成本较低。相反，基于802.11p的dsrc技术，在组网时需要新建更大量的路侧单元rsu，部署成本很高
c-v2x基于3gpp标准，全球范围内具备更佳的兼容性
c-v2x演进路线非常清晰，且后向兼容（lte c-v2x nr c-v2x）
来源: qualcomm
最后，从政策支持的角度来看。
在这方面，c-v2x也有后来居上之势：
美国之前一直支持dsrc，但是最近的态度开始有所转变，偏向c-v2x。美国联邦通信委员会fcc最近针对5.9ghz的重新分配进行了投票，结果，划了20mhz给c-v2x专用
欧洲的态度比较纠结，dsrc和c-v2x两种技术都表示支持
中国拥有全球最大的lte网络，综合考虑应用价值、成本、性能、专利、政策、产业成熟度等各方面因素，c-v2x无疑是我国v2x技术路线的首选。频谱方面，划定了20mhz给c-v2x专用
▉ c-v2x的3gpp标准化进展
c-v2x未来能否走向成功，仅靠通信行业的支持是不够的。它还需要来自汽车行业代表的有力支持。
2016年9月，5gaa联盟成立，截至目前已有一百多名汽车和通信行业代表参与其中，共同推进全球c-v2x的开发部署。
针对c-v2x，3gpp采取了分阶段迭代的发展策略：
第一阶段，是lte-v2x （r14）和lte-ev2x （r15），主要是针对v2x进行安全增强
第二阶段，是nr-v2x （r16及其演进版本）, 聚焦自动驾驶场景
来源: keysight
r16已经支持车辆编队、高级驾驶、外延传感、远程驾驶等场景。
来源: 3gpp ts 22.186
笔者预计，与lte-v2x类似，nr-v2x也将经历至少两个版本（甚至更多）的演进和迭代。当前3gpp已经启动了r17技术标准的研究工作，初步规划了r17的主要增强技术，继续对现有版本进行演进。
来源: 3gpp官网
▉ c-v2x的关键技术
首先从架构的角度看。非漫游场景下，5g支持v2x的架构如下图所示：
来源: 3gpp ts 23.287
笔者认为，mec将会是v2x很重要的一个关注点（并没有在架构图中直接画出）。
根据intel的研究报告，2020年，一辆自动驾驶汽车每天将使用4000gb的数据。相比之下，一个互联网用户每天使用的数据大约是1.5gb。车辆和道路的数量庞大且复杂，加之传感器数量的增加，由此会带来的大数据处理和存储的难题。
mec是解决这一难题的有效手段。借助mec技术，很多服务可以部署到更加靠近车辆和道路等数据源的地方，节省网络资源并降低延迟。
接下来，我们从接口的角度看。
常常有人会问：“在没有网络覆盖的条件下，c-v2x如何工作？”
前面的架构图告诉我们，即使是在没有4g/5g网络覆盖的环境下，c-v2x还是可以利用pc5接口进行彼此通信的。
uu接口主要是用来实现时延不敏感业务，进行信息共享和提前预测。
pc5接口主要是用来实现低时延的业务，提高非视距条件下的可靠性。
来源: qualcomm
pc5接口进一步区分为两种工作模式：
模式3：借助基站，通过控制信令接口uu实现v2v数据的调度和接口管理。在这种情况下，采用动态的方式进行资源的调度，车车间采用pc5接口通信。
模式4：v2v数据调度和接口的管理是基于车车间的分布算法实现。
来源: rohde & schwarz
再从协议栈的角度来看。
基于pc5接口的协议栈，如下所示（基于uu接口的协议栈和传统的5g协议栈一样，这里不再赘述）：
来源: qualcomm
3gpp定义了其中的phy和mac层，完全重用dsrc既有的高层协议规范（它们由sat和ieee制定）。这就意味着，用户从dsrc迁移到c-v2x的成本会相对较低。
最后，我们来简单了解一下最新的nr-v2x在物理层和协议层方面做了哪些提升（3gpp tr 38.885的第5、6章节有较为详细的描述。备注:协议规范中通常使用sidelink这个词来描述pc5所承担的具体功能,简称sl），这里仅针对pc5的提升方面进行简要说明：
概念上提出了点对点播、组播的概念，之前pc5只支持广播
物理层处理方面，sl的pssch、pscch 的资源分配上更规整，便于实现（如下图所示），此外sl支持开环功率控制（olpc）
同步方面，sl可以使用 s-pss, s-sss 完成同步
协议层方面，明确定义sl 通信有三种模式: rrc连接模式（rrc_connected）、空闲模式（rrc_idle）和未激活模式（nr情况下）（rrc_inactive）。在空闲或未激活模式下ue的sl通信是通过sib 消息里的小区配置信息来完成的。
▉ 结语
目前，全球的c-v2x试验案例正在不断增加。
围绕c-v2x的通信芯片、模组、终端、整车制造、测试验证、运营服务、高精度定位和地图服务等上下游厂商，都在积极进行布局，希望抢占市场先机。
行业普遍认为，基于c-v2x的车联网，很可能成为5g时代最先成功的垂直行业应用场景。
来源: imt-2020推进组c-v2x白皮书
在我们国家，政府层面非常鼓励包括c-v2x在内的车联网技术的发展。工信部、发改委、交通部、公安部、科技部等部委及地方政府，都针对性给出了一些明确的政策支持。
据不完全统计，目前全国已经拥有超过30个测试示范区，其中包括上海、北京-河北、重庆、无锡（先导区）、杭州-桐乡、浙江、武汉、长春、广州、长沙、西安、成都、泰兴、襄阳等16个国家级示范区。
这些示范区涵盖了无人驾驶和v2x测试场景建设、lte-v2x/5g车联网应用、智慧交通技术应用等功能，提供了涉及安全、效率、信息服务、新能源汽车应用以及通信能力等的测试内容。
虽然车联网技术正在飞速发展，我们也仍需意识到，车联网最终目标的实现（包括自动驾驶的落地），是一个漫长的过程。除了技术和资金之外，还涉及到法律和伦理的问题。更重要的是，它是否能获得最终用户的信任和认可，被用户接受。
行业曾经指出，自动驾驶将分为若干个过程，逐步实现：
第一个阶段：辅助驾驶安全和提高交通效率
第二个阶段：在封闭园区的（商用车）的自动驾驶
第三个阶段：在开放道路的（乘用车）的自动驾驶
来源: 5gaa白皮书
总而言之， 路漫漫其修远兮，c-v2x将上下而求索。
数控振荡器的基本原理及如何在FPGA中实现设计
Spectacle开卖！ 售价只要129美元
基于Arduino构建一个自动饮水机
ATP生物荧光检测仪的特点
李彦宏:今年将在长沙试运营,届时在长沙可以打到无人车
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但是，缺少了v2x的自动驾驶汽车，就好像是一座信息孤岛。它没办法有效地和周围车辆或者基础设施进行沟通交流，在感知和决策上存在极大的限制。
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dsrc（专用短距离无线通信）：基于ieee 802.11p，欧洲的its-g5同样是基于该物理层技术，我们在这里只讨论dsrc即可
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来源: keysight
dsrc已经存在很多年了，因为存在一些先天的不足，发展过程并不顺利。相比之下，3gpp的c-v2x有很多优势，所以这几年发展很快。
我们不妨从各个角度来比较一下这两种技术方案：
首先，从技术角度来看。
5gaa（5g汽车联盟）针对dsrc和c-v2x，在实验室及外场进行了试验对比。结果证实，c-v2x在很多方面的性能，都要优于dsrc。比如，c-v2x支持更远的通信距离、更佳的非视距性能、更强的可靠性、更高的容量和更佳的拥塞控制等。（详细的测试报告请参考文末附件）
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其次，再从成本和标准化的角度来看。
在这两方面，c-v2x也有一些显著的优势：
c-v2x基于蜂窝网络，与目前的4g和5g网络可以复用，网络覆盖范围广，部署成本较低。相反，基于802.11p的dsrc技术，在组网时需要新建更大量的路侧单元rsu，部署成本很高
c-v2x基于3gpp标准，全球范围内具备更佳的兼容性
c-v2x演进路线非常清晰，且后向兼容（lte c-v2x nr c-v2x）
来源: qualcomm
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在这方面，c-v2x也有后来居上之势：
美国之前一直支持dsrc，但是最近的态度开始有所转变，偏向c-v2x。美国联邦通信委员会fcc最近针对5.9ghz的重新分配进行了投票，结果，划了20mhz给c-v2x专用
欧洲的态度比较纠结，dsrc和c-v2x两种技术都表示支持
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c-v2x未来能否走向成功，仅靠通信行业的支持是不够的。它还需要来自汽车行业代表的有力支持。
2016年9月，5gaa联盟成立，截至目前已有一百多名汽车和通信行业代表参与其中，共同推进全球c-v2x的开发部署。
针对c-v2x，3gpp采取了分阶段迭代的发展策略：
第一阶段，是lte-v2x （r14）和lte-ev2x （r15），主要是针对v2x进行安全增强
第二阶段，是nr-v2x （r16及其演进版本）, 聚焦自动驾驶场景
来源: keysight
r16已经支持车辆编队、高级驾驶、外延传感、远程驾驶等场景。
来源: 3gpp ts 22.186
笔者预计，与lte-v2x类似，nr-v2x也将经历至少两个版本（甚至更多）的演进和迭代。当前3gpp已经启动了r17技术标准的研究工作，初步规划了r17的主要增强技术，继续对现有版本进行演进。
来源: 3gpp官网
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根据intel的研究报告，2020年，一辆自动驾驶汽车每天将使用4000gb的数据。相比之下，一个互联网用户每天使用的数据大约是1.5gb。车辆和道路的数量庞大且复杂，加之传感器数量的增加，由此会带来的大数据处理和存储的难题。
mec是解决这一难题的有效手段。借助mec技术，很多服务可以部署到更加靠近车辆和道路等数据源的地方，节省网络资源并降低延迟。
接下来，我们从接口的角度看。
常常有人会问：“在没有网络覆盖的条件下，c-v2x如何工作？”
前面的架构图告诉我们，即使是在没有4g/5g网络覆盖的环境下，c-v2x还是可以利用pc5接口进行彼此通信的。
uu接口主要是用来实现时延不敏感业务，进行信息共享和提前预测。
pc5接口主要是用来实现低时延的业务，提高非视距条件下的可靠性。
来源: qualcomm
pc5接口进一步区分为两种工作模式：
模式3：借助基站，通过控制信令接口uu实现v2v数据的调度和接口管理。在这种情况下，采用动态的方式进行资源的调度，车车间采用pc5接口通信。
模式4：v2v数据调度和接口的管理是基于车车间的分布算法实现。
来源: rohde & schwarz
再从协议栈的角度来看。
基于pc5接口的协议栈，如下所示（基于uu接口的协议栈和传统的5g协议栈一样，这里不再赘述）：
来源: qualcomm
3gpp定义了其中的phy和mac层，完全重用dsrc既有的高层协议规范（它们由sat和ieee制定）。这就意味着，用户从dsrc迁移到c-v2x的成本会相对较低。
最后，我们来简单了解一下最新的nr-v2x在物理层和协议层方面做了哪些提升（3gpp tr 38.885的第5、6章节有较为详细的描述。备注:协议规范中通常使用sidelink这个词来描述pc5所承担的具体功能,简称sl），这里仅针对pc5的提升方面进行简要说明：
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这些示范区涵盖了无人驾驶和v2x测试场景建设、lte-v2x/5g车联网应用、智慧交通技术应用等功能，提供了涉及安全、效率、信息服务、新能源汽车应用以及通信能力等的测试内容。
虽然车联网技术正在飞速发展，我们也仍需意识到，车联网最终目标的实现（包括自动驾驶的落地），是一个漫长的过程。除了技术和资金之外，还涉及到法律和伦理的问题。更重要的是，它是否能获得最终用户的信任和认可，被用户接受。
行业曾经指出，自动驾驶将分为若干个过程，逐步实现：
第一个阶段：辅助驾驶安全和提高交通效率
第二个阶段：在封闭园区的（商用车）的自动驾驶
第三个阶段：在开放道路的（乘用车）的自动驾驶
来源: 5gaa白皮书
总而言之， 路漫漫其修远兮，c-v2x将上下而求索。
数控振荡器的基本原理及如何在FPGA中实现设计
Spectacle开卖！ 售价只要129美元
基于Arduino构建一个自动饮水机
ATP生物荧光检测仪的特点
李彦宏:今年将在长沙试运营,届时在长沙可以打到无人车
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