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國(guó)之重器出版工程 蜂窩車聯(lián)網(wǎng)(C-V2X)
車聯(lián)網(wǎng)是跨信息通信、汽車、交通等領(lǐng)域的交叉新興技術(shù)。蜂窩車聯(lián)網(wǎng)(C-V2X,Cellular Vehicle-to-Everything)技術(shù)是能保證低時(shí)延和高可靠性能的車聯(lián)網(wǎng)專用無線通信技術(shù)。本書以車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展背景、國(guó)內(nèi)外發(fā)展態(tài)勢(shì)為基礎(chǔ),以車聯(lián)網(wǎng)基本應(yīng)用和增強(qiáng)應(yīng)用的性能需求為出發(fā)點(diǎn),分析了車聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)架構(gòu)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系,重點(diǎn)介紹了C-V2X的兩個(gè)技術(shù)演進(jìn)階段——LTE-V2X和NR-V2X的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù),以及與C-V2X相關(guān)的其他關(guān)鍵技術(shù)、安全技術(shù)、頻譜規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)發(fā)展與應(yīng)用,并展望C-V2X的應(yīng)用發(fā)展階段、技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。
本書的讀者對(duì)象主要為從事與車聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的信息通信、交通、汽車、互聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)研究、標(biāo)準(zhǔn)研究、產(chǎn)品開發(fā)、產(chǎn)業(yè)研究、政策研究、應(yīng)用開發(fā)、業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)等相關(guān)人員,以及高等院校相關(guān)專業(yè)的教師和學(xué)生。
是市場(chǎng)上首本全面介紹C-V2X技術(shù)的書籍,具有權(quán)威性和前瞻性。
陳山枝
第 1 章 概述 ............................................................................................................... 001
1.1 車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展背景 .......................................................................................... 002 1.1.1 信息通信技術(shù)在汽車行業(yè)的應(yīng)用與演進(jìn) ......................................... 003 1.1.2 信息通信技術(shù)在交通行業(yè)的應(yīng)用與演進(jìn) ......................................... 013 1.1.3 車聯(lián)網(wǎng)支持的車路協(xié)同與自動(dòng)駕駛................................................. 016 1.1.4 車聯(lián)網(wǎng)與 C-V2X ............................................................................... 020 1.2 全球發(fā)展態(tài)勢(shì):政策、標(biāo)準(zhǔn)化 .................................................................. 025 1.2.1 全球主要國(guó)家政策 ............................................................................ 025 1.2.2 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織 ................................................................................ 027 1.3 我國(guó)發(fā)展現(xiàn)狀:政策、標(biāo)準(zhǔn)化 .................................................................. 032 1.3.1 政策及規(guī)劃 ........................................................................................ 033 1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)制定 ............................................................................................ 035 1.4 本書章節(jié)安排 .............................................................................................. 039 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................... 041 第 2 章 車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求 ........................................................................................... 045 2.1 車聯(lián)網(wǎng)基本應(yīng)用需求 .................................................................................. 046 2.1.1 道路安全類應(yīng)用 ................................................................................ 046 2.1.2 交通效率類應(yīng)用 ................................................................................ 051 2.1.3 信息娛樂類應(yīng)用 ................................................................................ 053 001 蜂窩車聯(lián)網(wǎng)(C-V2X) 2.2 車聯(lián)網(wǎng)增強(qiáng)應(yīng)用需求 .................................................................................. 055 2.3 國(guó)內(nèi)外車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)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)推進(jìn)組 C-V2X 工作組 .......................................... 066 2.4 小結(jié) .............................................................................................................. 067 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................... 067 第 3 章 車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系 ............................................................... 071 3.1 車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu) .......................................................................................... 072 3.1.1 通信和應(yīng)用視角下的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu) ............................................. 072 3.1.2 車路協(xié)同視角下的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu) ................................................. 074 3.1.3 智能交通視角下的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu) ................................................. 076 3.2 車聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)挑戰(zhàn) ...................................................................................... 077 3.3 車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系 .................................................................................. 078 3.4 IEEE 802.11p 技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn) ......................................................................... 080 3.4.1 IEEE 802.11p 技術(shù) ............................................................................. 080 3.4.2 IEEE 802.11p 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展及演進(jìn) ......................................................... 089 3.5 C-V2X 技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn) ...................................................................................... 089 3.5.1 蜂窩車聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計(jì)思想 ..................................................................... 089 3.5.2 LTE-V2X 關(guān)鍵技術(shù) ........................................................................... 091 3.5.3 NR-V2X 關(guān)鍵技術(shù) ............................................................................. 093 3.5.4 C-V2X 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展及演進(jìn) .................................................................... 095 3.6 IEEE 802.11p 與 C-V2X 技術(shù)對(duì)比 ............................................................ 097 3.7 IEEE 802.11p 和 C-V2X 仿真與實(shí)測(cè)性能對(duì)比 ........................................ 099 3.7.1 NGMN V2X 工作組仿真結(jié)果 ........................................................... 099 3.7.2 福特汽車(Ford)與大唐、高通(Qualcomm)實(shí)際道路測(cè)試結(jié)果 輸出到 5GAA ..................................................................................... 100 3.8 IEEE 802.11p 與 C-V2X 頻譜 .................................................................... 102 3.9 小結(jié) .............................................................................................................. 103 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................... 103 002 Cellular Vehicle-to-Everything (C-V2X) 目錄 第 4 章 LTE-V2X 技術(shù) .............................................................................................. 107 4.1 研究背景與技術(shù)思路 .................................................................................. 108 4.2 技術(shù)需求 ...................................................................................................... 110 4.2.1 LTE-V2X 業(yè)務(wù)需求 ........................................................................... 110 4.2.2 LTE-V2X 的技術(shù)挑戰(zhàn) ....................................................................... 111 4.3 LTE-V2X 通信方式和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu).................................................................. 113 4.3.1 LTE-V2X 通信方式 ........................................................................... 113 4.3.2 LTE-V2X 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) ........................................................................... 118 4.4 無線接口協(xié)議棧 .......................................................................................... 121 4.5 物理層關(guān)鍵技術(shù) .......................................................................................... 124 4.5.1 傳輸波形、時(shí)頻資源定義、傳輸信道處理流程 ............................. 125 4.5.2 物理信道和物理信號(hào) ........................................................................ 128 4.5.3 資源池配置 ........................................................................................ 130 4.6 資源分配方法 .............................................................................................. 134 4.6.1 概述 .................................................................................................... 134 4.6.2 自主資源選擇(模式 4) ................................................................. 136 4.6.3 基站分配資源(模式 3) ................................................................. 147 4.7 同步機(jī)制 ...................................................................................................... 148 4.8 服務(wù)質(zhì)量管理與擁塞控制 .......................................................................... 151 4.8.1 服務(wù)質(zhì)量管理 .................................................................................... 151 4.8.2 擁塞控制 ............................................................................................ 152 4.9 LTE-V2X 對(duì) Uu 接口的增強(qiáng)技術(shù) .............................................................. 154 4.10 LTE-V2X 直通鏈路增強(qiáng)技術(shù) ................................................................... 155 4.11 小結(jié) ........................................................................................................... 158 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................... 159 第 5 章 NR-V2X 技術(shù) ............................................................................................... 161 5.1 背景介紹 ...................................................................................................... 162 5.2 NR-V2X 部署場(chǎng)景 ....................................................................................... 163 5.3 NR-V2X 總體架構(gòu) ....................................................................................... 165 5.3.1 NR-V2X 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) ............................................................................. 166 5.3.2 NR-V2X PC5 協(xié)議棧和信道映射關(guān)系 ............................................. 168 5.4 NR-V2X PC5 單播、多播和廣播通信模式管理 ...................................... 172 003 蜂窩車聯(lián)網(wǎng)(C-V2X) 5.4.1 NR-V2X PC5 廣播的管理 ................................................................. 172 5.4.2 NR-V2X PC5 多播的管理 ................................................................. 173 5.4.3 NR-V2X PC5 單播的管理 ................................................................. 174 5.5 NR-V2X 業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量管理機(jī)制 ............................................................... 176 5.6 NR-V2X 直通鏈路物理層技術(shù) ................................................................... 177 5.6.1 傳輸波形、參數(shù)集、部分帶寬和時(shí)頻資源的定義 ......................... 177 5.6.2 物理信道結(jié)構(gòu) .................................................................................... 180 5.6.3 NR-V2X 直通鏈路控制信令 ............................................................. 184 5.6.4 NR-V2X 資源池配置 ......................................................................... 186 5.7 NR-V2X 直通鏈路的 HARQ 反饋機(jī)制 ...................................................... 188 5.7.1 NR-V2X 單播的 HARQ 反饋機(jī)制 .................................................... 189 5.7.2 NR-V2X 多播的 HARQ 反饋機(jī)制 .................................................... 189 5.7.3 PSFCH 資源確定方法 ....................................................................... 192 5.7.4 多 PSFCH 時(shí)域沖突處理 .................................................................. 194 5.8 NR-V2X 直通鏈路的資源分配方法 ........................................................... 196 5.8.1 NR-V2X 模式 1 的資源分配方法 ..................................................... 196 5.8.2 NR-V2X 模式 2 的資源分配方法 ..................................................... 199 5.9 NR-V2X 直通鏈路的同步機(jī)制 ................................................................... 206 5.9.1 NR-V2X 自同步過程 ......................................................................... 206 5.9.2 直通鏈路同步信號(hào)塊(S-SSB)資源的配置 .................................. 207 5.10 NR-V2X 直通鏈路的功率控制技術(shù) ......................................................... 208 5.11 NR-V2X 直通鏈路信道狀態(tài)信息(CSI)的測(cè)量和反饋方法 ............... 210 5.12 NR-V2X 擁塞控制機(jī)制 ............................................................................. 212 5.13 跨無線接入技術(shù)調(diào)度機(jī)制 ........................................................................ 213 5.14 NR-V2X 與 LTE-V2X 設(shè)備內(nèi)共存 ............................................................ 214 5.15 小結(jié) ............................................................................................................ 216 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................... 216 第 6 章 與 C-V2X 應(yīng)用相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù) .................................................................. 219 6.1 C-V2X 與移動(dòng)邊緣計(jì)算 .............................................................................. 220 6.1.1 移動(dòng)邊緣計(jì)算概述 ............................................................................. 220 6.1.2 C-V2X 與移動(dòng)邊緣計(jì)算融合應(yīng)用場(chǎng)景 ............................................ 224 6.1.3 C-V2X 與移動(dòng)邊緣計(jì)算融合架構(gòu) .................................................... 228 6.2 C-V2X 與 5G 網(wǎng)絡(luò)切片 .............................................................................. 231 004 Cellular Vehicle-to-Everything (C-V2X) 目錄 6.2.1 5G 網(wǎng)絡(luò)切片概述 .............................................................................. 231 6.2.2 5G 網(wǎng)絡(luò)切片支持車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用 ........................................................... 237 6.3 C-V2X 與高精度定位、車用高精度地圖 .................................................. 239 6.3.1 C-V2X 高精度定位需求 .................................................................... 240 6.3.2 基于 RTK 的 GNSS 高精度定位系統(tǒng)架構(gòu) ....................................... 241 6.3.3 基于 RTK 的 GNSS 高精度定位的關(guān)鍵技術(shù) ................................... 242 6.3.4 高精度定位的發(fā)展趨勢(shì) .................................................................... 245 6.4 小結(jié) ............................................................................................................. 249 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................... 249 第 7 章 C-V2X 車聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù) .............................................................................. 251 7.1 概述 ............................................................................................................. 252 7.2 C-V2X 安全系統(tǒng)架構(gòu) ................................................................................. 255 7.3 C-V2X 通信層安全技術(shù) ............................................................................. 257 7.3.1 C-V2X 通信層安全技術(shù)概述 ............................................................ 257 7.3.2 LTE-V2X 通信層安全技術(shù) ............................................................... 258 7.3.3 NR-V2X 通信層安全技術(shù) ................................................................. 259 7.4 C-V2X 應(yīng)用層安全技術(shù) ............................................................................. 261 7.4.1 C-V2X 應(yīng)用層安全技術(shù)概述 ............................................................ 261 7.4.2 C-V2X 應(yīng)用層安全體系架構(gòu) ............................................................ 262 7.4.3 C-V2X 安全管理證書 ........................................................................ 266 7.4.4 C-V2X 應(yīng)用層安全機(jī)制 .................................................................... 268 7.4.5 C-V2X 安全管理系統(tǒng)部署模式 ........................................................ 279 7.5 C-V2X 數(shù)據(jù)安全和隱私保護(hù)...................................................................... 283 7.6 小結(jié) ............................................................................................................. 284 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................... 285 第 8 章 C-V2X 車聯(lián)網(wǎng)頻譜需求與規(guī)劃 .................................................................. 287 8.1 C-V2X 車聯(lián)網(wǎng)頻譜需求研究...................................................................... 288 8.1.1 車聯(lián)網(wǎng)典型的安全應(yīng)用 .................................................................... 288 8.1.2 車聯(lián)網(wǎng)安全應(yīng)用頻譜需求分析 ........................................................ 289 8.2 國(guó)際 C-V2X 頻譜規(guī)劃 ................................................................................ 297 8.2.1 美國(guó) .................................................................................................... 297 8.2.2 歐盟 .................................................................................................... 299 005 蜂窩車聯(lián)網(wǎng)(C-V2X) 8.2.3 日本 .................................................................................................... 300 8.2.4 韓國(guó) .................................................................................................... 301 8.2.5 新加坡 ................................................................................................ 301 8.2.6 頻率資源分配小結(jié) ............................................................................. 302 8.3 我國(guó) C-V2X 頻譜規(guī)劃 ................................................................................. 303 8.4 NR-V2X 頻譜需求及規(guī)劃展望 ................................................................... 304 8.5 小結(jié) .............................................................................................................. 306 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................... 306 第 9 章 C-V2X 產(chǎn)業(yè)發(fā)展與應(yīng)用 ............................................................................... 309 9.1 C-V2X 產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)建 ...................................................................................... 310 9.2 C-V2X 產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟 .......................................................................................... 312 9.3 C-V2X 互聯(lián)互通測(cè)試 .................................................................................. 314 9.3.1 V2X“三跨”互聯(lián)互通應(yīng)用 ............................................................. 315 9.3.2 C-V2X“四跨”互聯(lián)互通應(yīng)用 ......................................................... 316 9.3.3 C-V2X“新四跨”互聯(lián)互通應(yīng)用 ..................................................... 319 9.3.4 國(guó)外與 C-V2X 相關(guān)互聯(lián)互通測(cè)試 ................................................... 320 9.4 我國(guó) C-V2X 示范區(qū)建設(shè) ............................................................................. 321 9.5 我國(guó) C-V2X 測(cè)試評(píng)估體系 ......................................................................... 324 9.5.1 構(gòu)建 C-V2X 測(cè)試評(píng)估體系的背景 ................................................... 324 9.5.2 構(gòu)建 C-V2X 測(cè)試評(píng)估體系的方法 ................................................... 325 9.6 小結(jié) .............................................................................................................. 328 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................... 329 第 10 章 C-V2X 應(yīng)用展望與新技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) ........................................................ 331 10.1 C-V2X 與智能交通、自動(dòng) 駕駛的關(guān)系及其 3 個(gè)階段應(yīng)用 .................. 332 10.1.1 C-V2X 與智能交通、自動(dòng)駕駛的關(guān)系 .......................................... 332 10.1.2 C-V2X 在智能交通、自動(dòng)駕駛中的應(yīng)用發(fā)展階段 ...................... 334 10.2 C-V2X 新技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì) ........................................................................ 335 10.2.1 車聯(lián)網(wǎng)無線傳播環(huán)境信道建模 ....................................................... 335 10.2.2 基于 5G 和 B5G 的高精度定位 ...................................................... 337 10.2.3 雷達(dá)與通信融合在車聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用 ............................................... 339 10.2.4 C-V2X 與 MEC 的融合 ................................................................... 342 10.2.5 基于區(qū)塊鏈的車聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù) ....................................................... 344 006 Cellular Vehicle-to-Everything (C-V2X) 目錄 10.3 小結(jié) ........................................................................................................... 347 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................... 347 附錄 A 縮略語(yǔ) ........................................................................................................... 351 附錄 B ........................................................................................................................... 365 附錄 C ........................................................................................................................... 367
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