芯耀
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截至2024年1月，全國共建設(shè)17個國家級測試示范區(qū)、7個車聯(lián)網(wǎng)先導區(qū)、16個智慧城市與智能網(wǎng)聯(lián)汽車協(xié)同發(fā)展試點城市，開放測試示范道路22000多公里，發(fā)放測試示范牌照超過5200張，累計道路測試總里程8800萬公里，自動駕駛出租車、干線物流、無人配送等多場景示范應(yīng)用有序開展。
（一）智能網(wǎng)聯(lián)發(fā)展階段
在中國，智能網(wǎng)聯(lián)作為新生事物，從封閉園區(qū)測試階段，到開放道路運行階段，城市網(wǎng)聯(lián)化的趨勢越來越明顯，已開展一系列探索，并取得階段性建設(shè)成效。
1．封閉園區(qū)測試階段
封閉園區(qū)測試是智能網(wǎng)聯(lián)發(fā)展的第一階段，該階段以科研機構(gòu)和車企在封閉環(huán)境內(nèi)進行測試實驗為主導，主要目的是探索技術(shù)的可行性、產(chǎn)品的實用性，重點考核車輛對交通環(huán)境的感知及應(yīng)對能力，是面向車-車、車-路、車-人等耦合系統(tǒng)的測試。
交通部2018年7月發(fā)布了自動駕駛封閉場地建設(shè)的指導性文件《自動駕駛封閉場地建設(shè)技術(shù)指南（暫行）》，對建設(shè)目標與原則、場地選擇和設(shè)計、設(shè)施設(shè)備和管理等方面進行規(guī)范指導。目前，全國約有50個封閉測試場（已建成和待建設(shè)），其中30余個具備智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試能力，如表1所示。
表1封閉測試場列表
備注：*為智能網(wǎng)聯(lián)汽車封閉測試場
封閉園區(qū)測試建設(shè)，通過抓取典型智能交通場景，真實還原實際路況和環(huán)境，模擬智能網(wǎng)聯(lián)落地應(yīng)用。一方面能夠有效控制安全風險，防止因智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)不成熟而導致出現(xiàn)安全事故，另一方面也可為持續(xù)研究和分析智能網(wǎng)聯(lián)應(yīng)用提供翔實的試驗和測試數(shù)據(jù)，為后續(xù)的開放道路階段提供成功的實踐經(jīng)驗和技術(shù)儲備。
2．開放道路運行階段
開放道路運行階段是智能網(wǎng)聯(lián)汽車從封閉園區(qū)進入實際應(yīng)用的關(guān)鍵時期，涵蓋了智能網(wǎng)聯(lián)汽車的演化、測試、應(yīng)用等全過程，主要是在特定的開放道路環(huán)境下運行，通過試點示范、先行先試，實踐并驗證技術(shù)成果，解決在公開道路上的交通環(huán)境復雜、人員車輛流動等問題，保證車輛的可控性。
開放道路測試與示范應(yīng)用方面，國家部委、各省市均紛紛出臺相關(guān)道路測試管理規(guī)范。不完全統(tǒng)計，全國40多個省和市出臺了智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試管理規(guī)范或?qū)嵤┘殑t，其中北京、上海、天津、重慶、江蘇、浙江、湖南、河南、廣東、海南、吉林等出臺了?。ㄖ陛犑校┘壏ㄒ?guī)，如表2所示。上海、江蘇、浙江、安徽出臺了跨省市的《長江三角洲區(qū)域智能網(wǎng)聯(lián)汽車道路測試互認合作協(xié)議》。
表2 各地智能網(wǎng)聯(lián)測試政策匯總表
從封閉測試區(qū)到開放道路建設(shè)階段，一方面需要符合實際交通情況，考慮設(shè)計和建設(shè)的可行性，保證道路安全，另一方面，需要通過成功的示范應(yīng)用，促進智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)的發(fā)展，加速其在實際中的推廣應(yīng)用。
（二）智能網(wǎng)聯(lián)關(guān)鍵技術(shù)
C-V2X是智能網(wǎng)聯(lián)關(guān)鍵技術(shù)，其發(fā)展經(jīng)歷了從簡單的車輛間通信到智能車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的演變過程。目的是為了提高道路安全和交通效率，為未來的智慧交通打下堅實的基礎(chǔ)。隨著技術(shù)的不斷升級和完善，C-V2X技術(shù)發(fā)揮著越來越重要的作用，為人們的出行和生活帶來更多的便利和創(chuàng)新。下面將闡述C-V2X技術(shù)從3GPP R14到R17的幾個發(fā)展階段。
1．3GPP R14
C-V2X技術(shù)的發(fā)展歷程可以追溯到3GPP R14版本，該版本最初被定義為一種用于車輛之間通信的技術(shù)，以實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)交換和共享。該版本的規(guī)范包括V2V和V2I通信的基礎(chǔ)架構(gòu)和功能需求，并明確了相關(guān)術(shù)語和定義。在該版本中，C-V2X的主要目標是提高道路安全和交通效率，從而實現(xiàn)更高的可靠性和更低的延遲。
首先，C-V2X是一種無線通信技術(shù)，可以使車輛與其他車輛、交通信號燈、道路設(shè)施以及其他車輛上的傳感器進行通信。這種通信可以實現(xiàn)更高效的交通流動、更安全的道路行駛以及更智能化的車輛控制。
其次，C-V2X包括多個組件，如車載終端、路側(cè)終端、云端服務(wù)和API等。這些組件可以通過無線信號進行通信，從而實現(xiàn)車輛之間的信息交換。此外，C-V2X還包括一些安全機制，以確保通信的安全性和可靠性。
第三，C-V2X可以支持多種應(yīng)用，如車聯(lián)網(wǎng)、自動駕駛、遠程監(jiān)控和智慧城市等。通過與其他車輛和基礎(chǔ)設(shè)施進行通信，C-V2X可以為這些應(yīng)用提供更加精確和實時的數(shù)據(jù)。例如，在車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，C-V2X可以幫助車輛更好地理解路況和交通狀況，從而更加智能地規(guī)劃路線。
最后，C-V2X還涉及到一些標準化問題。為了確保不同廠商的設(shè)備和應(yīng)用程序能夠相互通信，3GPP組織制定了一系列的規(guī)范和協(xié)議。這些規(guī)范和協(xié)議確保了C-V2X的可靠性、安全性和互操作性。
2．3GPP R15
2015年9月，國際電聯(lián)（International Telecommunication Union，ITU）正式確認了5G的三大應(yīng)用場景，即增強移動寬帶（Enhanced Mobile Broadband，eMBB）、超可靠低時延通信（Ultra-Reliable and Low-Latency Communications，uRLLC）和大規(guī)模機器通信（Massive Machine Type Communications，mMTC）。2016年3月，3GPP就正式啟動了5G的標準化工作，旨在開發(fā)一個統(tǒng)一的、更強大的無線空口——5G新空口（New Radio，NR）。
R15是5G標準制定的開端。R15最重要的使命之一，是針對eMBB場景進行標準制定。ITU針對eMBB的指標要求，是下行峰值速率必須達到10Gbps以上，用戶體驗速率必須達到1Gbps以上。3GPP為了實現(xiàn)這一需求，采用了兩個思路：一個是尋找更多的可用頻譜資源，另一個是深入挖掘每MHz頻率資源的潛力。
在擴充頻譜資源方面，3GPP在Sub-6GHz頻段的基礎(chǔ)上，提出了移動毫米波技術(shù)。也就是說，將5G的工作頻譜向更高頻段延伸，覆蓋到毫米波的頻段。
移動毫米波帶來的速率和容量提升非常明顯，奠定了5G高速連接的基礎(chǔ)。在毫米波技術(shù)的基礎(chǔ)上，3GPP又引入了大規(guī)模天線陣列（Massive Multiple Input Multiple Output, Massive MIMO）。這個技術(shù)是5G最具標志性的創(chuàng)新之一，它通過大量增加基站中的天線數(shù)量，從而對不同的用戶形成獨立的窄波束覆蓋，可以數(shù)十倍地提升系統(tǒng)吞吐量，也改進了基站的覆蓋效果（尤其彌補了毫米波覆蓋能力的不足）。
5G NR設(shè)計中最重要的決定之一，就是選擇無線波形和多址接入技術(shù)。在當時的方案評估過程中，通過廣泛研究發(fā)現(xiàn)，正交頻分復用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）體系，具體來說包括循環(huán)前綴正交頻分復用和離散傅里葉變換擴頻正交頻分復用，是面向5G eMBB和更多其他場景的最佳選擇。在4G LTE已有的OFDM應(yīng)用基礎(chǔ)上，通過設(shè)計統(tǒng)一的子載波間隔指數(shù)擴展公式，實現(xiàn)了可擴展的OFDM參數(shù)配置。這一技術(shù)發(fā)明，被稱為“可擴展參數(shù)集”，是R15的重大亮點之一。利用可擴展OFDM參數(shù)配置，可以實現(xiàn)子載波間隔能隨信道寬度以2的n次方擴展。這樣一來，在更大帶寬的系統(tǒng)中，快速傅里葉變換點數(shù)大小也隨之擴展，卻不會增加處理的復雜性。
R15另一個令人耳目一新的設(shè)計是基于時隙的靈活框架。該靈活框架的關(guān)鍵技術(shù)發(fā)明就是5G NR自包含時隙結(jié)構(gòu)。在新的自包含時隙結(jié)構(gòu)中，每個5G NR傳輸都是模塊化處理，具備獨立解碼的能力，避免了跨時隙的靜態(tài)時序關(guān)系。
2018年6月，3GPP R15標準正式凍結(jié)。在3GPP R15版本中，C-V2X標準得到了進一步的發(fā)展和完善。該版本的規(guī)范主要包括增強版的V2V和V2I通信，以及引入智能路側(cè)單元（Smart Road Side Unit，SRSU）的概念，以提高通信效率和可靠性。同時，該版本還針對車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的安全、隱私等問題進行了詳細的考慮和規(guī)定。
首先，C-V2X增加了新的應(yīng)用場景，如智能停車和交通燈控制等。通過這些新增的應(yīng)用，C-V2X可以提供更加全面和細致的服務(wù)，為駕駛員和乘客帶來更好的出行體驗。
其次，C-V2X的性能得到了提升。在新的版本中，C-V2X的傳輸速率提高了數(shù)倍，使其更加適合高速移動的場景。同時，新版本還對信道進行了優(yōu)化，以提高通信的可靠性和穩(wěn)定性。
第三，C-V2X的安全機制也得到了加強。新的版本針對網(wǎng)絡(luò)安全性和隱私保護等方面進行了改進，以增強C-V2X的安全性和可信度。
第四，C-V2X的標準化進程得到了進一步的推進。在新的版本中，3GPP組織進一步完善了C-V2X的標準和規(guī)范，使其更加具有互操作性和可擴展性。這將有助于促進不同廠商的設(shè)備和應(yīng)用之間的互通和交流。
3．3GPP R16
R15主要針對eMBB場景進行了標準制定。R16在R15的基礎(chǔ)上，進一步完善了uRLLC和mMTC場景的標準規(guī)范，從而貢獻了第一個5G完整標準，也是第一個5G演進標準。從本質(zhì)上來說，實現(xiàn)對垂直行業(yè)的支持和賦能，是R16最重要的使命。
R16需要進行標準化的uRLLC場景，主要針對的就是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等垂直行業(yè)領(lǐng)域。ITU針對uRLLC場景提出的指標目標，包括更嚴格的可靠性要求（高達99.9999%的可靠性），以及毫秒級的時延。
R16需要通過進一步增強5G網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)能力，引入更多的網(wǎng)絡(luò)新特性，以此更好地支持toB的關(guān)鍵業(yè)務(wù)型用例，滿足智能制造、智能質(zhì)檢、無人駕駛等垂直行業(yè)需求。
在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)能力增強方面，R16對頻譜效率、網(wǎng)絡(luò)的利用率和魯棒性等方面都做了專門的優(yōu)化和增強，包括大規(guī)模天線增強、載波聚合增強、切換技術(shù)增強等，極大地提升了5G的可用性和完善性。
在新特性引入方面，R16的表現(xiàn)更是可圈可點。以頻譜擴展為例，R16增加了對5G NR免許可頻譜（New Radio in Unlicensed Spectrum，NR-U）的支持，包括兩種模式：許可輔助接入（Licensed-Assisted Access，LAA），以及不需要任何許可頻譜的獨立部署。這不僅帶來了更大的容量，也實現(xiàn)了更靈活的部署。
對于前面提到的可靠性和時延要求，多點協(xié)作通信（Coordinated Multiple Points，CoMP）是實現(xiàn)這一目標的關(guān)鍵賦能技術(shù)之一。在這個技術(shù)創(chuàng)新中，通過采用多個發(fā)射和接收點，創(chuàng)建有冗余通信路徑的空間分集，實現(xiàn)高可靠性和低時延，構(gòu)建可用的時間敏感網(wǎng)絡(luò)（Time Sensitive Networking，TSN）。
R16在組網(wǎng)技術(shù)方面則引入了遠端干擾管理、無線中繼以及網(wǎng)絡(luò)組織和自優(yōu)化技術(shù)，使得網(wǎng)絡(luò)實際用戶體驗獲得提升。具有代表性的例子，是新型干擾測量與抑制技術(shù)，以及集成接入與回傳（Integrated Access Backhaul，IAB）。IAB支持毫米波基站進行無線接入和回傳，在部署密集網(wǎng)絡(luò)時可有效減少新增光纖部署需求。
特別值得一提的是，為了更好地推動政企垂直行業(yè)的5G落地，R16在專網(wǎng)部署模式上也進行了創(chuàng)新，推出了對非公共網(wǎng)絡(luò)（Non-Public Networks，NPN）的支持，為5G專網(wǎng)通信的發(fā)展指明了方向。R16引入的新特性很多，除了上述技術(shù)之外，還包括終端節(jié)能，終端移動性增強、高精度定位等。
2020年7月，R16標準正式凍結(jié)。如果說R15只是實現(xiàn)了一個“可用”的5G，那么，R16的作用，就是讓“可用”的5G變成“好用”的5G。它在成本、效率和功能上進行了深入增強和改進，為5G的全面落地鋪平了道路。
在3GPP R16版本中，C-V2X進一步發(fā)展成為智能車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的重要組成部分。該版本的規(guī)范包括智能路側(cè)單元（SRSU）的功能和能力，以及基于SRSU的智能車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的架構(gòu)和應(yīng)用。該版本的目標是實現(xiàn)更高效、更安全、更可靠的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，并為未來的智慧交通打下堅實的基礎(chǔ)。
R16首次引入了NR-V2X，針對PC5接口定義了全新的幀結(jié)構(gòu)、資源調(diào)度、數(shù)據(jù)重傳方式等，支持單播、組播和廣播三種模式；在Uu口引入了V2X通信切片、邊緣計算、服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service，QoS）預(yù)測等特性，滿足車聯(lián)網(wǎng)低時延、高可靠和大帶寬等需求。R16引入了車輛編隊行駛、高級駕駛、傳感器擴展和遠程駕駛四類應(yīng)用，定義支持25個V2X高級用例。
4．3GPP R17
2022年6月初，通信標準組織3GPP第96次全會在匈牙利布達佩斯如期召開。在本次會議上，備受矚目的3GPP R17標準被正式宣布凍結(jié)。這標志著，5G的第一階段演進已經(jīng)全部完成，5G技術(shù)發(fā)展，邁入嶄新的第二階段，如圖1所示。
圖1 ?3GPP 5G標準演進階段
作為全球5G NR標準的第三個主要版本，R17進一步從網(wǎng)絡(luò)覆蓋、移動性、功耗和可靠性等方面擴展了5G技術(shù)基礎(chǔ)，將5G拓寬至全新用例、部署方式和網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。R17演進的關(guān)鍵詞，可以分為“增強”和“擴展”。
（1）網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)能力增強
R17是在5G規(guī)模商用之后制定的標準。所以，它可以根據(jù)5G前期實際部署的經(jīng)驗，以及發(fā)現(xiàn)的不足，進行“查漏補缺”。R17為5G系統(tǒng)的容量、覆蓋、時延、能效和移動性等多項基礎(chǔ)能力帶來了更多增強特性，包括Massive MIMO增強、覆蓋增強、終端節(jié)電、頻譜擴展、IAB增強、uRLLC增強等。
R17對5G毫米波進行了頻譜擴展，定義了一個被稱為FR2-2（Frequency Range 2-2）的全新獨特頻率范圍，將毫米波的頻譜上限，推高到了71GHz。這意味著，5G毫米波的網(wǎng)絡(luò)容量將變得更大，更多的用例和部署方式將得以實現(xiàn)。例如智能制造行業(yè)中支持通信和定位功能的毫米波企業(yè)專網(wǎng)[2]。得益于5G NR可擴展子載波間隔（Sub-Carrier Space，SCS）方案和基于時隙的靈活幀結(jié)構(gòu)，這種頻段擴展可將控制和數(shù)據(jù)信道的子載波間隔直接擴展到480kHz和960kHz（以前低頻段毫米波為120kHz）。
除頻段擴展之外，R17還帶來了其它毫米波增強特性，包括支持帶間上行/下行載波聚合和增強移動性。IAB增強，來自于同時發(fā)射/接收（即全雙工）和增強的多跳操作等特性，可以進一步提升部署效率、覆蓋和性能。這對于毫米波部署尤其有用，它能夠更經(jīng)濟且高效地快速擴展覆蓋范圍。
終端能力增強方面，為了改善用戶體驗，R17提出了一系列的增強特性。例如支持多達八根天線和額外的空間流，可實現(xiàn)更高吞吐量；先進的MIMO增強功能，可提升容量、吞吐量和電池續(xù)航；面向連接態(tài)和空閑態(tài)模式的節(jié)能新特性，可延長電池續(xù)航；重傳和更高傳輸功率，可改善終端的網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍；5G定位技術(shù)增強，可改善定位精度和時延；雙卡雙待，可支持單個或兩個運營商的兩個訂購服務(wù)并發(fā)等等。
（2）5G網(wǎng)絡(luò)和終端應(yīng)用擴展
R17作為5G第一階段和第二階段的過渡，既要對現(xiàn)有5G進行增強，也要探索更多的5G場景應(yīng)用可能性。這些可能性，包括輕量化（Reduced Capability，RedCap）、非地面網(wǎng)絡(luò)（Non Terrestrial Network，NTN）、擴展直連通信、厘米級定位、擴展廣播/多播，以及無界（Extended Reality，XR）擴展現(xiàn)實。
5G R17引入的最具代表性的技術(shù)，當然是面向中低速物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的RedCap，也就是NR-Light。RedCap是簡化版的5G，通過降低協(xié)議的復雜度，采用更好的節(jié)能技術(shù)，可以滿足可穿戴設(shè)備、工業(yè)傳感器和監(jiān)控攝像頭等物聯(lián)網(wǎng)需求。
另一個值得關(guān)注的R17新特性，是非地面網(wǎng)絡(luò)（NTN）。近年來，人們對衛(wèi)星通信的關(guān)注度不斷增加。為了讓5G提供無處不在的連接，3GPP也加強了非陸地區(qū)域網(wǎng)絡(luò)覆蓋的研究。在R17中，有兩個并行的NTN工作組來應(yīng)對移動寬帶和低復雜度物聯(lián)網(wǎng)（IoT）用例。第一個項目采用5G NR框架來進行衛(wèi)星通信，實現(xiàn)從地面到衛(wèi)星的固定無線接入（Fixed Wireless Access，F(xiàn)WA）回傳，并為智能手機直接提供低速率數(shù)據(jù)服務(wù)和語音服務(wù)。第二個項目側(cè)重支持低復雜度eMTC和窄帶物聯(lián)網(wǎng)（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）終端衛(wèi)星接入，擴大了關(guān)鍵用例的網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，如全球資產(chǎn)追蹤。
近年爆火的元宇宙，給我們展現(xiàn)了跨越實體世界和虛擬世界的個性化數(shù)字體驗。作為元宇宙的底層支撐技術(shù)，以VR、AR為代表的XR擴展現(xiàn)實技術(shù)得到了更多的重視。R17中的XR項目，專注于研究和界定各種類型的XR流量（AR、VR、云游戲）。此項研究為已經(jīng)確定的XR流量類型定義需求和評估方法，并支持性能評估以確定未來的提升范疇。
在3GPP R17版本中，C-V2X繼續(xù)完善和優(yōu)化，以適應(yīng)更加復雜和多樣化的應(yīng)用場景。該版本的規(guī)范主要針對智能車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的實時性、可靠性、安全性等方面進行了調(diào)整和升級，以支持更多的應(yīng)用場景和需求。同時，該版本還強調(diào)了車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)與其他物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間的互操作性和互聯(lián)互通的重要性，為實現(xiàn)智慧交通提供了有力的支撐。
R17側(cè)重研究弱勢道路參與者的應(yīng)用場景（V2P），研究直通鏈路中終端節(jié)電機制、節(jié)省功耗的資源選擇機制以及終端之間資源協(xié)調(diào)機制，以提高直通鏈路的可靠性和降低傳輸?shù)臅r延。R17還將NR Sidelink直接通信的應(yīng)用場景從V2X擴展到公共安全、緊急服務(wù)，乃至手機與手機之間直接通信應(yīng)用。
