基于整车道路试验的V2X研究

基于整车道路试验的V2X研究

【摘要】在整车道路试验中，需要车与地面设备之间进行信息交互，地面设备和服务器端通过对试验车上采集到的数据进行实时计算和分析，确定试验的工况结果。高效、高可靠性、低成本的车地通信是整车试验的重要环节。本文根据整车试验的车地通信需求，对车地通信的系统进行了研究分析，提出了一种未来车地通信的系统设计，在提升传输效率，降低成本的同时，提升了车地通信系统的通用性。

【关键词】车地通信；车辆试验；蜂窝车地通信系统

【Abstract】The information exchanges between the vehicle and the road side unit are necessary in the vehicles road test. The server will calculate and analyze the data got by the road side unit and feed back the results. It is very important for the vehicle road test to get efficient，reliable and low cost vehicle-to-roadside system. A promised vehicle-to-roadside system based on the requirements of the vehicle road test is proposed in this paper. It can not only improve the transmission efficiency and the cost but also the universality of the communication systems.

【Key words】Vehicle-to-roadside communication；Vehicle

road test；Cellular-based vehicle-to-roadside communication system

0 前言

车地通信系统是高效整车道路试验不可或缺的关键部分。试验过程中，试验车辆上大量的传感器采集到海量的数据。这些数据需要及时回传给地面计算系统，以便及时监控车辆的运行状态，反馈测试调整信息，保证整个测试过程的顺利进行。由于车辆道路试验需要大量的人力、物力和时间，在特定的工况条件下进行试验，因此高效的车地系统，可以减少多次重复试验，提升试验效率的同时，解决特定工况的局限性。

整车道路试验中的车地通信，属于车辆对基础设施（V2I，Vehicle to Infrastructure）通信。V2I通过车载通信系统与地面路边的基础设施通信系统进行信息交互。随着智能交通和自动驾驶技术的快速发展，车辆与车辆（V2V，Vehicle to Vehicle）通信，车辆与行人（V2P，Vehicle to Pedestrian）被广泛研究。V2I、V2V和V2P被统称为V2X（Vehicle to Everything）

技术[1]。本文对当前V2X的主流技术进行了分析，并基于当前通信技术的演进，提出了一种新的V2X高效通信系统结构，在高效地进行车地通信的同时，有效降低了网络的运营成本，解决了当前V2X通信系统中的瓶颈问题。

1 V2X通信系统模型

V2X是车辆系统与其它带有通信系统的物体进行通信的统称。如图1所示，正在行进中的车辆，通过车载通信模块可以与地面的通信设施进行通信（V2I），可以与其它车辆进行通信（V2V），也可以与行人的手持终端进行通信（V2P）。

V2I中车辆需要通过移动网络运营商网络（MNO）或者专用的网络，车与其它设施进行信息交互。V2V和V2P可以通过运营商网络，也可以在没有运营商网络的条件下，通过设备与设备（D2D）通信或者自组织网络的形式，进行信息传输。第三代移动通信合作伙伴计划（3GPP，the 3rd Generation Partner Project）组织的V2X技术报告中，定义了没有通信网络的D2D式的V2X场景，单个移动网络运营商的V2X场景以及多个网络运营商服务的V2X场景[1]。

基于整车道路试验的V2X主要是V2I通信。试验车辆上采集的数据可以通过MNO与地面服务器进行V2I通信，获取车辆的试验数据。

2 基于Wi-Fi和LTE的V2X通信

随着智能交通、自动驾驶等需求的增加，V2X通信被广泛研究。美国主导的以IEEE 802.11p为基础的专用短距离通信（Dedicated Short-Range Communications，DSRC）与3GPP 主导的基于3GPP的长期演进（LTE，Long Term Evolution）项目的V2X是被广泛认可的两个V2X标准。

1999年，美国联邦通信委员会（FCC）分配了5GHz频段

的5.850-5.925GHz总共75MHz频谱资源用于进行V2X通信。IEEE 802.11工作组与2006年发布了IEEE 802.11p标准的1.0

版本的草案，并于2010年发布了11.0的最终版本[2]。IEEE 802.11p标准是当前被车载通信系统广泛研究的一个重要标准，它是由IEEE 802.11进行演进扩充的无线局域网标准，因为被称为基于Wi-Fi（Wireless Fidelity，无线高保真）的V2X 通信标准。为了满足车载通信的流动性高、连接时间短、传输距离长的特定，IEEE 802.11p标准任务组对传统的802.11

进行了一些调整，以满足“连接更快速，传输更可靠”的V2X 通信要求。由于IEEE 802.11标准主要定义了物理层和媒体接入控制（MAC）层的技术规范，因此IEEE 802.11p分别对IEEE 802.11传统的技术规范进行了调整。在物理层，11p沿用了OFDM技术，但是将信道宽度由20MHz调整为10MHz，子载波间隔调整为原来的一半，符号间的保护间隔增加了一倍，由此可以较好地应对高移动速度带来的多普勒干扰。传输距离是车辆行驶过程中的V2X的另外一个重要考虑因素。FCC

允许在这个75MHz的频段上以33dbm的功率进行发送，覆

盖范围可达1000m，这个距离远远超过了传统Wi-Fi的覆盖

范围，更加适用于V2X的通信场景。在MAC层，传统Wi-Fi 的连接时延难以满足V2X的通信需求，IEEE 802.11p统一了

所有接入点的标识符，取消了鉴权和关联的环节，大大缩短了建链时长。11p沿用了Wi-Fi用了增强分布式协调访问机制，