车联网C-V2X技术原理及测试解决方案

姚勤文 刘玥 张玉稳 裴静

（中国汽车技术研究中心有限公司 天津市 300300）

车联网是在互联网、物联网基础上，融合使用无线传感器网络技术发展起来的一种全新化车载服务技术，其对于智能交通目标的实现就有积极作用。作为车联网的核心技术，C-V2X 技术原理的测试解决方案和具体应用对于智能交通目标的实现具有积极作用。新时期，有必要把握C-V2X 这一核心技术，优化其测试解决方案，并深化其在城市交通管理系统中的深层次应用。

1 车联网内涵及C-V2X技术原理

1.1 车联网内涵界定

车联网是汽车和交通服务新业态应用发展的基本手段和技术支撑，其在新一代信息技术的支撑下，融合使用了现代通信技术，经这些技术交融，不仅加强了车内、车与车、车与路的相互关联，而且实现了车与人、车与服务平台的全方位网络连接。从应用效果来看，新时期的车载服务系统具有高效、节能、舒适的特点，而且安全、智能的优势极为突出[1]。

车联网的应用主要涉及三个核心要素，即网络连接、汽车智能化以及服务新业态发展。在实际的车载服务过程中，信息通信技术的应用极为关键；现阶段，车用无线通信技术V2X 是车联网信息通信技术的主要应用形式。在V2X 技术中，V、X 分别代表车辆和任何与车交互信息的对象；这里与车交互信息的对象涉及车、人、交通基础设施与网络扥诸多内容，受此影响，V2X 交互的信息模式也逐渐多样，除车与车（V2V）、车与路（V2I）外，车与人（V2P）、车与网络（V2N）等都是其重要的交互形式[2]（见图1）。

1.2 C-V2X技术原理

C-V2X 通信技术本质上是一种车用无线通信技术，其是通过3G、4G、5G 等蜂窝网通信技术发展起来的，在C-V2X 通信技术中，C 代表了蜂窝。目前，C-V2X 通信技术包含LTE-V2X 系统和NRV2X 系统两种主要形式；NR-V2X 系统的应用以5G 网络为基础，现阶段的应用较少，而LTE-V2X 系统以LTE 网络为支撑，其在目前应用较多，且已经实现了V2V、V2I、V2P、V2N 等过程的信息交互。相比于传统的车载服务系统，C-V2X 通信技术的应用具有低延迟、高可靠性的特征，其在满足带宽要求的基础上，适应了复杂应用场景的车载服务需要[3]。

C-V2X 技术系统不仅包含车载单元OBU、路测单元RSU，而且涉及行人、基站eNB，此外云服务器等都是其极为重要的组成部分。在实际应用中，C-V2X 技术包含集中式和分布式两种布置形式，其中集中式C-V2X 技术主要采用广域蜂窝式布局，而分布式C-V2X技术采用短程直通式蜂窝布局[4]。在提供车载服务过程中，C-V2X技术下的通信实现主要依赖于Uu 和PC5 两种接口形式；其中当车载终端、智能手机等终端设备支持C-V2X 技术，且位移蜂窝网络覆盖范围时，可通过Uu 接口进行通信，PC5 接口的应用不受蜂窝网络覆盖限制。

图1：车联网V2X 交互形式

图2：车联网C-V2X 技术下的应用场景模拟

2 C-V2X技术下的核心技术应用

2.1 Uu接口技术应用

基于Uu 接口完成车载服务业务通信时，基站往往充当着控制中心的角色，即不论是车辆与基础设施，还是车辆与车辆，其通信功能的实现均需要通过基站来完成数据传输。Uu 接口不仅支持大带宽、大覆盖通信，而且有效地满足了Telematics 的应用需求。在一定程度上，Uu 接口技术应的应用增强了上下行传输功能，并对多接入边缘计算功能产生了较大影响。

从上行传输过程来看，Uu 接口下的上行传输可实现多路半静态调度，这在保证传输可靠性的基础上，实现了上行调度时延的控制与缩减。而在下行传输中，Uu 接口在考虑通信局部性的基础上，为小范围广播、多点传输、多播/组播单频网络功能的实现创造了良好条件。在车载服务中，一些业务需要在超低时延下，完成超高可靠性的传输业务需求，如驾驶、高清地图下载等。此时基于Uu接口技术应用，C-V2X 技术能耐较为准确的实现多接入边缘计算，提升车站服务控制效果。

2.2 PC5接口技术应用

PC5 接口为车辆之间直接通信功能的实现创造了有利条件，在PC5 接口下，车辆之间可以实现位置、速度、行驶方向等动态变化信息的有效交换，这实现了无线资源分配机制的有效优化。一方面，基于PC5 接口的实现了物理层结构增强，这在解决多普勒频率扩展问题的基础上，优化了信道快速时变问题，满足了更高速度车载服务业务数据的传输需要。另一方面，在PC5 接口下，C-V2X 接收机和发射机能始终保持相互同步状态，这对于网络控制及调取预配置信息功能的实现具有积极作用。此外在C-V2X 技术应用中，PC5接口还实现了资源分配机制的优化，即其不仅可以为调度式的资源分配方式提供支撑，而且能为终端自主式的资源分配提供便利。

2.3 通信频段及传输模式

通信频段和传输模式的系统管理中，3GPPTR36.785 对PC5接口协议进行了界定管理。即采用PC5 接口时，专用载波频段使用E-UTRA47 类型，该类型下的信道带宽包含两种类型，分别为10MHz 和20MHz；我国车联网频率范围5905MHz~5925MHz。

TM3 和TM4 是适用于V2V 通信的两种传输模式。其中M3 传输模式主要是在eNB 基站的支撑下，利用接口Uu 来完成业务数据的调动管理的；这种数据调度方式具有一定动态性，要注意的是，在车间资源调度时，还要求进行PC5 接口通信的灵活使用。而当使用TM4 传输模式时，车间的分布算法不仅会对V2V 数据调度产生较大作用，而且对于接口管理具有深刻影响，在实际管理中，基于全球导航卫星系统的应用，可充分实现与车交互信息对象之间的时间同步管理。

3 车联网C-V2X技术的测试解决方案

3.1 协议测试方案

在3GPP 标准中，R14 已经对C-V2X 的两种通信接口形式进行了规范说明，这为PC5 和Uu 接口的应用提供了有效支撑。在协议中，TM4 规定指出：一旦车联网车载服务系统使用受环境限制，即区域内无网络覆盖，此时需要在GNSS 卫星支持下，实现业务信息的同步管理；并且该信息同步过程需满足3GPP 标准协议。针对这种环境下的车联网C-V2X 技术应用，可采用基于CMW500 和SMBV100A/B 的测试方案；前者在C-V2X PC5 接口通信协议测试中的应用较多，而后者多用于GNSS 卫星同步功能测试。新时期，通过C-V2X TM4SideLink 测试方案，不仅能较为方便地完成数据的发射与接收，而且能为数据性能测试提供有效支撑，此外，该测试方案满足GCF 认证的规范测试要求，具有较高适应性。

3.2 应用测试方案

从C-V2X 技术应用过程来看，其不仅实现了3GPP 物理层、协议层的规范约束，而且对应用层进行重新定义。就C-V2X 技术的应用层而言，其侧重于车联网应用场景的系统模拟（见图2）。

由图2 可知，一旦前车实施紧急刹车操作，则在PC5 接口的作用下，操作信息会及时地传递给周边的其他车辆。人们对车联网C-V2X 技术下的应用场景模拟提出了较高要求，并且我国进一步界定了PC5 接口下C-V2X 技术的应用场景，具体场景不仅包含前向碰撞告警FCW，而且涉及紧急制动预警，此外限速预警等场景均需要C-V2X 技术作为支撑。在这些场景下C-V2X 技术的应用测试管理中，可采用R&S 公司与Vector 合作开发的测试方案。该测试方案特点包括：

（1）在CMW500 和SMBV100A 平台下，开展测试方案应用，能有效确保接口协议的一致性。

（2）在CANoe 软件下，通过SAEIEEE 场景模拟，能为C-V2X后期应用提供ITS 消息设置功能。

（3）CANoe 软件采用Car2x 实施场景编辑，编辑过错较为灵活，并且数据的导入、交互较为边界。

（4）R&S 公司与Vector 合作开发的测试方案还允许总线链接，其接口不仅包含CAN、LIN、MOS，而且涉及FlexRay 及车载以太网接口的应用。

3.3 产线测试方案

新时期，基于LTE 网络的LTE-V2X 系统应用逐渐增多，其为人们提供了较高质量的车载服务，在车联网C-V2X 技术应用中，还需要在3GPP 的支撑下，对PC5 接口的产线应用情况进行测试。实际测试中，可通过CMWKM570 完成该接口的物理测试。在非信令模式下，规范合理地开展CMW-KM570 选件控制，能有效完成C-V2X PC5 接口射频一致性的测试。在实际测试中，基于CMWKM570 还能进行多台CMW100 设备的联合测试，测试效率较高，结果精度较高。

4 结语

车联网C-V2X 技术的应用智能交通的实现具有深刻影响。新时期，人们只有充分理解车联网车载服务系统的应用模式，掌握C-V2X 技术原理和关键技术操作要点，并做好车联网C-V2X 技术的测试管理，合理布局测试方案，这样才能确保车联网C-V2X 技术应用的高效性、节能性、舒适性、安全性和智能性，为驾乘人员提供更高质量的车载服务，促进智能交通的持续、稳步发展。