车路协同的关键之LTE-V2X技术

随着智能网联技术的不断发展，车辆及道路基础设施也逐渐向智能化、网联化的方向不断升级，人-车-路之间信息交互也逐渐变的全方位化。车路协同作为引领未来的前沿技术,已经成为智能交通研究领域的新热点，采用先进的无线通信和新一代互联网等技术，全方位实施车车、车路动态实时信息交互。在车路协同环境系统的研究中，最核心的技术在于车辆与周围一切事物的通信V2X（Vehicle to Everything）。

LTE-V2X主要包含两种通信模式：直通模式和蜂窝模式。直通模式通过引入PC5接口，采用V2X专用频段，实现近距离范围内的终端在无中心节点的情况下短距离直接通信，从而达到V2X终端之间的低时延传输，但需要较好的拥堵控制算法。

蜂窝模式是通过在终端和基站之间建立5G无限空中接口通信，工作在传统移动通信授权频段，由基站集中分配并转发数据，从而实现集中化的资源调度功能，可提高LTE-V2X的接入能力和组网效率。

对于物理信道设计，LTE-V2X采用单载波频分多址接入技术，可以有效降低峰均功率比，在相同功放情况下有更大的发射功率。考虑到车辆的高速移动特性，为满足其高频使用的需要，LTE-V2X往往采用子帧结构增强设计，能够有效处理高速场景高频段的信道检测。

在车路协同环境下，LTE-V2X技术所实现的主要应用可包括车路信息的实时更新、地图数据获取等等，所传递信息可包括车路位置、地图消息、信号相位等信息，考虑以上应用功能可构建协议体系结构的应用层，包括用户应用及消息子层。因此LTE-V2X协议体系结构可构建为下图所示：

LTE-V2X技术在交通场景中的应用（以公交优先为例）

目前，优先发展公共交通以成为世界各国的共识，而在有限道路资源条件下实现公交车辆的优先，可通过在时间上或空间上为公交车辆提供优先通行权。

而在车路协同环境下，车辆与道路的实时通信更便于实现这种时空资源的实时调配，比如通过检测流量信息、公交车辆实时位置等，动态调整信号相位、车道路权，从而实现动态的时空资源优先。

以上述车路协同环境下的公交优先为例作为应用场景，不妨构建LTE-V2X系统架构，分析其在车路协同环境中的应用形式。

其中一种应用形式是利用4G/5G基站，通过Uu接口实现点到点通信的定向播发，比较适合单个车辆的控制引导。另一种形式是利用网联环境下Sidelink信道实现车车之间基于PC5接口的单播或广播，降低Uu接口对移动互联网资源的抢占。

对于车路协同环境下的公交优先场景，图3中通过简单列举了两种车路协同环境下实现公交优先的措施，即通过信号灯的信号相位调节以及布设可变道路信息版对车道路权进行调节，可为公交车辆动态分配时空资源，从而实现公交优先。

车路协同环境下各交通管控设备直接的通信框架如下图所示：

图中车路协同系统所涉及的设备主要包括检测设备、路侧设备以及路面系统。路侧单元（Road Side Unit，RSU）与其他交通管控设备相连，实现道路车辆、信号相位状态、交通流状态等信息的交互。

通过独立的支持LTE-V2X的路侧单元实现基于PC5接口的广播通信。路侧布置各类感知设施或交管设施，将感知数据和状态数据实时同步给路侧计算单元，通过计算单元进行信息解析后转为通用V2X消息，再通过RSU分发给目标用户终端。同时, 部署车载单元（Onboard Unit，OBU）实现车车、车路之间的PC5接口广播通信, 并最终实现车路协同。