蜂窝车联网（C-V2X）

　　车联网是跨信息通信、汽车、交通等领域的交叉新兴技术。蜂窝车联网（C-V2X，Cellular Vehicle-to-Everything）技术是能保证低时延和高可靠性能的车联网专用无线通信技术。本书以车联网的发展背景、国内外发展态势为基础，以车联网基本应用和增强应用的性能需求为出发点，分析了车联网的系统架构和技术标准体系，重点介绍了C-V2X的两个技术演进阶段——LTE-V2X和NR-V2X的网络架构和关键技术，以及与C-V2X相关的其他关键技术、安全技术、频谱规划、产业发展与应用，并展望C-V2X的应用发展阶段、技术发展趋势。 本书的读者对象主要为从事与车联网相关的信息通信、交通、汽车、互联网等行业领域的技术研究、标准研究、产品开发、产业研究、政策研究、应用开发、业务运营等相关人员，以及高等院校相关专业的教师和学生。

　　陈山枝 北京邮电大学博士研究生毕业。教授级*级工程师，博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者，IEEE Fellow。现任中国信息通信科技集团有限公司（CICT）副总裁、专家委员会主任，无线移动通信国家重点实验室主任，负责4G和5G移动通信技术与标准研究及产业化工作。曾获国家科技进步奖特等奖、一等奖、二等奖，国家技术发明奖二等奖，何梁何利基金科学与技术创新奖，光华工程科技奖等。目前主要研究方向为B5G和6G、车联网等。 胡金玲 北京航空航天大学硕士研究生毕业。正*级工程师，现任职于大唐高鸿公司，公司车联网&席专家及智能网联事业部副总经理。无线移动通信国家重点实验室车联网学术带头人。曾获中国通信学会科学技术奖一等奖，2018年入选国务院特殊津贴人员。目前主要研究方向为C-V2X车联网、车路协同、车联网无线定位等。

第 1 章 概述 ............................................................................................................... 001

1.1 车联网发展背景 .......................................................................................... 002

1.1.1 信息通信技术在汽车行业的应用与演进 ......................................... 003

1.1.2 信息通信技术在交通行业的应用与演进 ......................................... 013

1.1.3 车联网支持的车路协同与自动驾驶................................................. 016

1.1.4 车联网与 C-V2X ............................................................................... 020

1.2 全球发展态势：政策、标准化 .................................................................. 025

1.2.1 全球主要国家政策 ............................................................................ 025

1.2.2 国际标准化组织 ................................................................................ 027

1.3 我国发展现状：政策、标准化 .................................................................. 032

1.3.1 政策及规划 ........................................................................................ 033

1.3.2 标准制定 ............................................................................................ 035

1.4 本书章节安排 .............................................................................................. 039

参考文献 ............................................................................................................... 041

第 2 章 车联网应用需求 ........................................................................................... 045

2.1 车联网基本应用需求 .................................................................................. 046

2.1.1 道路安全类应用 ................................................................................ 046

2.1.2 交通效率类应用 ................................................................................ 051

2.1.3 信息娱乐类应用 ................................................................................ 053

001 

蜂窝车联网（C-V2X） 

2.2 车联网增强应用需求 .................................................................................. 055

2.3 国内外车联网应用的标准进展 .................................................................. 059

2.3.1 SAE ..................................................................................................... 059

2.3.2 ETSI .................................................................................................... 061

2.3.3 3GPP ................................................................................................... 061

2.3.4 5GAA .................................................................................................. 062

2.3.5 China SAE .......................................................................................... 064

2.3.6 IMT-2020（5G）推进组 C-V2X 工作组 .......................................... 066

2.4 小结 .............................................................................................................. 067

参考文献 ............................................................................................................... 067

第 3 章 车联网系统架构与技术标准体系 ............................................................... 071

3.1 车联网系统架构 .......................................................................................... 072

3.1.1 通信和应用视角下的车联网系统架构 ............................................. 072

3.1.2 车路协同视角下的车联网系统架构 ................................................. 074

3.1.3 智能交通视角下的车联网系统架构 ................................................. 076

3.2 车联网的技术挑战 ...................................................................................... 077

3.3 车联网技术标准体系 .................................................................................. 078

3.4 IEEE 802.11p 技术与标准 ......................................................................... 080

3.4.1 IEEE 802.11p 技术 ............................................................................. 080

3.4.2 IEEE 802.11p 标准进展及演进 ......................................................... 089

3.5 C-V2X 技术与标准 ...................................................................................... 089

3.5.1 蜂窝车联网的设计思想 ..................................................................... 089

3.5.2 LTE-V2X 关键技术 ........................................................................... 091

3.5.3 NR-V2X 关键技术 ............................................................................. 093

3.5.4 C-V2X 标准进展及演进 .................................................................... 095

3.6 IEEE 802.11p 与 C-V2X 技术对比 ............................................................ 097

3.7 IEEE 802.11p 和 C-V2X 仿真与实测性能对比 ........................................ 099

3.7.1 NGMN V2X 工作组仿真结果 ........................................................... 099

3.7.2 福特汽车（Ford）与大唐、高通（Qualcomm）实际道路测试结果

输出到 5GAA ..................................................................................... 100

3.8 IEEE 802.11p 与 C-V2X 频谱 .................................................................... 102

3.9 小结 .............................................................................................................. 103

参考文献 ............................................................................................................... 103

002 Cellular Vehicle-to-Everything (C-V2X)

目录

第 4 章 LTE-V2X 技术 .............................................................................................. 107

4.1 研究背景与技术思路 .................................................................................. 108

4.2 技术需求 ...................................................................................................... 110

4.2.1 LTE-V2X 业务需求 ........................................................................... 110

4.2.2 LTE-V2X 的技术挑战 ....................................................................... 111

4.3 LTE-V2X 通信方式和网络架构.................................................................. 113

4.3.1 LTE-V2X 通信方式 ........................................................................... 113

4.3.2 LTE-V2X 网络架构 ........................................................................... 118

4.4 无线接口协议栈 .......................................................................................... 121

4.5 物理层关键技术 .......................................................................................... 124

4.5.1 传输波形、时频资源定义、传输信道处理流程 ............................. 125

4.5.2 物理信道和物理信号 ........................................................................ 128

4.5.3 资源池配置 ........................................................................................ 130

4.6 资源分配方法 .............................................................................................. 134

4.6.1 概述 .................................................................................................... 134

4.6.2 自主资源选择（模式 4） ................................................................. 136

4.6.3 基站分配资源（模式 3） ................................................................. 147

4.7 同步机制 ...................................................................................................... 148

4.8 服务质量管理与拥塞控制 .......................................................................... 151

4.8.1 服务质量管理 .................................................................................... 151

4.8.2 拥塞控制 ............................................................................................ 152

4.9 LTE-V2X 对 Uu 接口的增强技术 .............................................................. 154

4.10 LTE-V2X 直通链路增强技术 ................................................................... 155

4.11 小结 ........................................................................................................... 158

参考文献 ............................................................................................................... 159

第 5 章 NR-V2X 技术 ............................................................................................... 161

5.1 背景介绍 ...................................................................................................... 162

5.2 NR-V2X 部署场景 ....................................................................................... 163

5.3 NR-V2X *体架构 ....................................................................................... 165

5.3.1 NR-V2X 网络架构 ............................................................................. 166

5.3.2 NR-V2X PC5 协议栈和信道映射关系 ............................................. 168

5.4 NR-V2X PC5 单播、多播和广播通信模式管理 ...................................... 172

003 

蜂窝车联网（C-V2X） 

5.4.1 NR-V2X PC5 广播的管理 ................................................................. 172

5.4.2 NR-V2X PC5 多播的管理 ................................................................. 173

5.4.3 NR-V2X PC5 单播的管理 ................................................................. 174

5.5 NR-V2X 业务服务质量管理机制 ............................................................... 176

5.6 NR-V2X 直通链路物理层技术 ................................................................... 177

5.6.1 传输波形、参数集、部分带宽和时频资源的定义 ......................... 177

5.6.2 物理信道结构 .................................................................................... 180

5.6.3 NR-V2X 直通链路控制信令 ............................................................. 184

5.6.4 NR-V2X 资源池配置 ......................................................................... 186

5.7 NR-V2X 直通链路的 HARQ 反馈机制 ...................................................... 188

5.7.1 NR-V2X 单播的 HARQ 反馈机制 .................................................... 189

5.7.2 NR-V2X 多播的 HARQ 反馈机制 .................................................... 189

5.7.3 PSFCH 资源确定方法 ....................................................................... 192

5.7.4 多 PSFCH 时域冲突处理 .................................................................. 194

5.8 NR-V2X 直通链路的资源分配方法 ........................................................... 196

5.8.1 NR-V2X 模式 1 的资源分配方法 ..................................................... 196

5.8.2 NR-V2X 模式 2 的资源分配方法 ..................................................... 199

5.9 NR-V2X 直通链路的同步机制 ................................................................... 206

5.9.1 NR-V2X 自同步过程 ......................................................................... 206

5.9.2 直通链路同步信号块（S-SSB）资源的配置 .................................. 207

5.10 NR-V2X 直通链路的功率控制技术 ......................................................... 208

5.11 NR-V2X 直通链路信道状态信息（CSI）的测量和反馈方法 ............... 210

5.12 NR-V2X 拥塞控制机制 ............................................................................. 212

5.13 跨无线接入技术调度机制 ........................................................................ 213

5.14 NR-V2X 与 LTE-V2X 设备内共存 ............................................................ 214

5.15 小结 ............................................................................................................ 216

参考文献 ............................................................................................................... 216

第 6 章 与 C-V2X 应用相关的关键技术 .................................................................. 219

6.1 C-V2X 与移动边缘计算 .............................................................................. 220

6.1.1 移动边缘计算概述 ............................................................................. 220

6.1.2 C-V2X 与移动边缘计算融合应用场景 ............................................ 224

6.1.3 C-V2X 与移动边缘计算融合架构 .................................................... 228

6.2 C-V2X 与 5G 网络切片 .............................................................................. 231

004 Cellular Vehicle-to-Everything (C-V2X)

目录

6.2.1 5G 网络切片概述 .............................................................................. 231

6.2.2 5G 网络切片支持车联网应用 ........................................................... 237

6.3 C-V2X 与高精度定位、车用高精度地图 .................................................. 239

6.3.1 C-V2X 高精度定位需求 .................................................................... 240

6.3.2 基于 RTK 的 GNSS 高精度定位系统架构 ....................................... 241

6.3.3 基于 RTK 的 GNSS 高精度定位的关键技术 ................................... 242

6.3.4 高精度定位的发展趋势 .................................................................... 245

6.4 小结 ............................................................................................................. 249

参考文献 ............................................................................................................... 249

第 7 章 C-V2X 车联网安全技术 .............................................................................. 251

7.1 概述 ............................................................................................................. 252

7.2 C-V2X 安全系统架构 ................................................................................. 255

7.3 C-V2X 通信层安全技术 ............................................................................. 257

7.3.1 C-V2X 通信层安全技术概述 ............................................................ 257

7.3.2 LTE-V2X 通信层安全技术 ............................................................... 258

7.3.3 NR-V2X 通信层安全技术 ................................................................. 259

7.4 C-V2X 应用层安全技术 ............................................................................. 261

7.4.1 C-V2X 应用层安全技术概述 ............................................................ 261

7.4.2 C-V2X 应用层安全体系架构 ............................................................ 262

7.4.3 C-V2X 安全管理证书 ........................................................................ 266

7.4.4 C-V2X 应用层安全机制 .................................................................... 268

7.4.5 C-V2X 安全管理系统部署模式 ........................................................ 279

7.5 C-V2X 数据安全和隐私保护...................................................................... 283

7.6 小结 ............................................................................................................. 284

参考文献 ............................................................................................................... 285

第 8 章 C-V2X 车联网频谱需求与规划 .................................................................. 287

8.1 C-V2X 车联网频谱需求研究...................................................................... 288

8.1.1 车联网典型的安全应用 .................................................................... 288

8.1.2 车联网安全应用频谱需求分析 ........................................................ 289

8.2 国际 C-V2X 频谱规划 ................................................................................ 297

8.2.1 美国 .................................................................................................... 297

8.2.2 欧盟 .................................................................................................... 299

005 

蜂窝车联网（C-V2X） 

8.2.3 日本 .................................................................................................... 300

8.2.4 韩国 .................................................................................................... 301

8.2.5 新加坡 ................................................................................................ 301

8.2.6 频率资源分配小结 ............................................................................. 302

8.3 我国 C-V2X 频谱规划 ................................................................................. 303

8.4 NR-V2X 频谱需求及规划展望 ................................................................... 304

8.5 小结 .............................................................................................................. 306

参考文献 ............................................................................................................... 306

第 9 章 C-V2X 产业发展与应用 ............................................................................... 309

9.1 C-V2X 产业链构建 ...................................................................................... 310

9.2 C-V2X 产业联盟 .......................................................................................... 312

9.3 C-V2X 互联互通测试 .................................................................................. 314

9.3.1 V2X“三跨”互联互通应用 ............................................................. 315

9.3.2 C-V2X“四跨”互联互通应用 ......................................................... 316

9.3.3 C-V2X“新四跨”互联互通应用 ..................................................... 319

9.3.4 国外与 C-V2X 相关互联互通测试 ................................................... 320

9.4 我国 C-V2X 示范区建设 ............................................................................. 321

9.5 我国 C-V2X 测试评估体系 ......................................................................... 324

9.5.1 构建 C-V2X 测试评估体系的背景 ................................................... 324

9.5.2 构建 C-V2X 测试评估体系的方法 ................................................... 325

9.6 小结 .............................................................................................................. 328

参考文献 ............................................................................................................... 329

第 10 章 C-V2X 应用展望与新技术发展趋势 ........................................................ 331

10.1 C-V2X 与智能交通、自动 驾驶的关系及其 3 个阶段应用 .................. 332

10.1.1 C-V2X 与智能交通、自动驾驶的关系 .......................................... 332

10.1.2 C-V2X 在智能交通、自动驾驶中的应用发展阶段 ...................... 334

10.2 C-V2X 新技术及发展趋势 ........................................................................ 335

10.2.1 车联网无线传播环境信道建模 ....................................................... 335

10.2.2 基于 5G 和 B5G 的高精度定位 ...................................................... 337

10.2.3 雷达与通信融合在车联网中的应用 ............................................... 339

10.2.4 C-V2X 与 MEC 的融合 ................................................................... 342

10.2.5 基于区块链的车联网安全技术 ....................................................... 344

006 Cellular Vehicle-to-Everything (C-V2X)

目录

10.3 小结 ........................................................................................................... 347

参考文献 ............................................................................................................... 347

附录 A 缩略语 ........................................................................................................... 351

附录 B ........................................................................................................................... 365

附录 C ........................................................................................................................... 367