蜂窝车联网(C-V2X)(第二版)

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）技术是能保证低时延和高可靠性的车联网专用无线通信技术。本书以车联网的发展背景、车联网赋能智能网联汽车与智能交通的能力分析、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的两个技术演进版本——LTE-V2X和NR-V2X的网络架构和关键技术，以及C-V2X车路云协同关键技术、安 全技术、频谱规划、产业发展与应用，并展望了C-V2X的应用及技术发展趋势。 本书的读者对象主要为从事车联网工作的信息通信、交通、汽车、互联网等行业的技术研究、标准研究、产品开发、产业研究、政策研究、应用开发、业务运营等人员，以及高等院校相关专业的教师和学生，本书也可作为高等院校相关专业的教材。

陈山枝 北京邮电大学博士研究生毕业。教授级高 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）副总经理、总工程师、科技委主任，无线移动通信全 国重点实验室主任，移动通信及车联网国家工程研究中心主任，负责移动通信技术与标准研究及产业化工作。曾获国家科学技术进步奖特等奖、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6G、车联网、卫星互联网等。

第 1章 概述 1 1.1　车联网的发展背景　2 1.1.1　信息通信技术在汽车行业的应用与演进　3 1.1.2　信息通信技术在交通行业的应用与演进　6 1.2　车联网与蜂窝车联网（C-V2X）　8 1.2.1　车联网　8 1.2.2　蜂窝车联网（C-V2X）　10 1.2.3　车路云协同系统　13 1.3　车联网与智能网联汽车　15 1.3.1　自动驾驶分级　16 1.3.2　车载感知技术　19 1.3.3　自动驾驶中单车智能面临的挑战　21 1.3.4　车联网赋能智能网联汽车　22 1.3.5　智能网联汽车分级　26 1.4　车联网与智慧交通　28 1.4.1　车联网赋能智慧交通　28 1.4.2　智能网联道路分级　30 1.5　车联网与智慧城市　32 1.6　全球发展态势：政策、标准化　34 1.6.1　全球主要国家和地区的政策　34 1.6.2　国际标准化组织　35 1.7　我国发展现状：政策、标准化　39 1.7.1　政策及规划　40 1.7.2　标准制定　41 1.8　本书章节安排　43 思考题　45 参考文献　45 第 2章　车联网应用需求　53 2.1　车联网的基本应用需求　54 2.1.1　行驶安全类应用　54 2.1.2　交通效率类应用　59 2.1.3　交通服务类应用　61 2.1.4　信息服务类应用　63 2.2　车联网的增强应用需求　63 2.3　国内外车联网应用的标准进展　67 2.3.1　SAE International　67 2.3.2　ETSI　69 2.3.3　3GPP　70 2.3.4　中国汽车工程学会　71 2.3.5　5GAA　74 2.3.6　IMT-2020（5G）推进组C-V2X工作组　74 思考题　75 参考文献　75 第3章　车联网系统架构与技术标准体系　79 3.1　车联网的技术挑战　80 3.2　车联网系统架构　80 3.2.1　通信和应用视角下的车联网系统架构　80 3.2.2　车路云协同视角下的车联网系统架构　82 3.3　车联网技术标准体系　84 3.4　DSRC（IEEE 802.11p）技术与标准　85 3.4.1　DSRC（IEEE 802.11p）技术　85 3.4.2　DSRC（IEEE 802.11p）标准进展及演进　88 3.5　C-V2X技术与标准　89 3.5.1　C-V2X的设计思想　89 3.5.2　C-V2X关键技术演进　92 3.5.3　C-V2X标准进展及演进　93 3.6　DSRC（IEEE 802.11p）与C-V2X技术对比　95 3.7　DSRC（IEEE 802.11p）和LTE-V2X仿真与实测比较　97 3.7.1　NGMN V2X工作组的仿真结果　98 3.7.2　实际道路测试结果　98 3.8　DRSC（IEEE 802.11p）与C-V2X频谱　100 思考题　100 参考文献　101 第4章　LTE-V2X技术　105 4.1　研究背景与技术思路　106 4.2　技术需求　107 4.2.1　LTE-V2X业务需求　107 4.2.2　LTE-V2X的技术挑战　108 4.3　LTE-V2X通信方式和网络架构　110 4.3.1　LTE-V2X通信方式　110 4.3.2　LTE-V2X网络架构　113 4.4　无线接口协议栈　116 4.5　物理层关键技术　118 4.5.1　传输波形、时频资源的定义　119 4.5.2　物理信道和物理信号　120 4.5.3　资源池配置　122 4.6　无线信道接入控制与资源分配　125 4.6.1　概述　125 4.6.2　分布式无线信道接入控制与自主资源选择（模式4）　126 4.6.3　集中式无线信道接入控制与资源分配方法（模式3）　135 4.7　同步机制　136 4.8　服务质量管理与拥塞控制　139 4.8.1　服务质量管理　139 4.8.2　拥塞控制　139 4.9　LTE-V2X对Uu接口的增强技术　141 4.10　LTE-V2X直通链路增强技术　142 思考题　144 参考文献　144 第5章　NR-V2X技术　147 5.1　背景介绍　148 5.2　NR-V2X部署场景　149 5.3　NR-V2X总体架构　151 5.3.1　NR-V2X网络架构　151 5.3.2　NR-V2X PC5协议栈和信道映射关系　153 5.4　NR-V2X PC5单播、多播和广播通信模式　155 5.4.1　NR-V2X PC5广播　156 5.4.2　NR-V2X PC5多播　156 5.4.3　NR-V2X PC5单播　157 5.5　NR-V2X业务的服务质量管理机制　159 5.6　NR-V2X直通链路物理层技术　160 5.6.1　传输波形、参数集、带宽部分和时频资源的定义　160 5.6.2　物理信道结构　163 5.6.3　NR-V2X直通链路控制信令　166 5.6.4　NR-V2X资源池配置　167 5.7　NR-V2X直通链路的HARQ反馈机制　169 5.7.1　NR-V2X单播的HARQ反馈机制　170 5.7.2　NR-V2X多播的HARQ反馈机制　170 5.7.3　PSFCH资源确定方法　173 5.8　NR-V2X直通链路无线 信道接入控制与资源分配　175 5.8.1　NR-V2X集中式无线信道接入控制与资源分配方法（模式1）　175 5.8.2　NR-V2X分布式无线信道接入控制与资源分配方法（模式2）　177 5.8.3　终端间协调的资源选择方法　182 5.9　NR-V2X直通链路的同步机制　185 5.10　NR-V2X直通链路的功率控制技术　187 5.11　NR-V2X直通链路信道状态信息（CSI）的测量和反馈　188 5.12　跨无线接入技术调度机制　189 5.13　NR-V2X与LTE-V2X设备内共存　191 5.14　NR-V2X直通链路的终端节电技术　192 5.14.1　直通链路的部分感知机制　192 5.14.2　直通链路的非连续接收机制　194 思考题　195 参考文献　195 第6章　C-V2X车路云协同关键技术　197 6.1　C-V2X车路云协同　198 6.２　C-V2X与移动边缘计算　199 6.2.1　移动边缘计算概述　199 6.2.2　C-V2X与移动边缘计算融合应用场景　202 6.2.3　C-V2X与移动边缘计算融合架构　204 6.３　C-V2X与5G网络切片　207 6.3.1　5G网络切片概述　207 6.3.2　5G网络切片支持车联网应用　209 6.４　高精度地图　211 6.4.1　高精度地图数据　212 6.4.2　高精度地图生产　213 6.4.3　高精度地图更新　214 6.５　车路协同融合感知　215 6.5.1　感知技术原理　215 6.5.2　路侧感知技术　217 6.5.3　车路协同融合感知技术　220 6.６　C-V2X高精度定位　221 6.6.1　C-V2X高精度定位需求　221 6.6.2　基于RTK的GNSS高精度定位系统架构　222 6.6.3　基于RTK的GNSS高精度定位的关键技术　223 6.6.4　高精度定位的发展趋势　226 6.７　C-V2X云协同平台　228 思考题　230 参考文献　230 第7章　C-V2X安全技术　233 7.1　概述　234 7.2　C-V2X安全系统架构　236 7.3　C-V2X通信层安全技术　238 7.3.1　C-V2X通信层安全技术概述　238 7.3.2　LTE-V2X通信层安全技术　239 7.3.3　NR-V2X通信层安全技术　239 7.4　C-V2X应用层安全技术　241 7.4.1　C-V2X应用层安全技术概述　241 7.4.2　C-V2X安全管理证书　242 7.4.3　C-V2X应用层安全机制　244 7.4.4　C-V2X安全管理系统部署模式　251 7.5　C-V2X设备的认证授权技术　254 7.5.1　C-V2X设备的认证授权技术概述　254 7.5.2　基于VIM的C-V2X设备的认证授权过程　255 7.5.3　基于GBA的C-V2X设备的认证授权过程　258 7.6　C-V2X数据安全和隐私保护　259 思考题　262 参考文献　262 第8章　C-V2X频谱需求与规划　263 8.1　C-V2X频谱需求研究　264 8.1.1　车联网典型的行驶安全应用　264 8.1.2　车联网行驶安全应用频谱需求分析　265 8.2　国际C-V2X频谱规划　271 8.2.1　美国　271 8.2.2　欧盟　273 8.2.3　日本　274 8.2.4　韩国　275 8.2.5　新加坡　275 8.2.6　频率资源分配小结　276 8.3　我国C-V2X频谱规划　276 8.4　NR-V2X频谱需求及规划展望　278 思考题　279 参考文献　279 第9章　C-V2X产业发展与应用　281 9.1　C-V2X产业链构建　282 9.2　C-V2X产业联盟　283 9.3　C-V2X互联互通测试　284 9.3.1　V2X“三跨”互联互通应用　284 9.3.2　C-V2X“四跨”互联互通应用　286 9.3.3　C-V2X“新四跨”互联互通应用　288 9.3.4　2021 C-V2X“四跨”（沪苏锡）先导应用　289 9.3.5　国外与C-V2X相关的互联互通测试　289 9.4　我国的C-V2X示范区及双智城市建设　291 9.5　我国的C-V2X测试评估体系　294 9.5.1　构建C-V2X测试评估体系的背景　294 9.5.2　构建C-V2X测试评估体系的方法及测试能力建设　295 9.6　C-NCAP主动安全评测应用C-V2X技术　299 9.7　C-V2X典型应用案例　302 思考题　305 参考文献　305 第 10章　C-V2X应用展望与新技术发展趋势　307 10.1　基于C-V2X的车路云协同应用与展望　308 10.2　C-V2X新技术趋势及研究方向　309 10.2.1　车联网无线传播环境信道建模　309 10.2.2　基于5G和B5G的高精度定位　312 10.2.3　雷达与通信融合在车联网中的应用　314 10.2.4　AI赋能的车联网通信关键技术　316 10.2.5　基于区块链的车联网安全技术　320 10.2.6　卫星通信在车联网中的应用　322 10.2.7　C-V2X在低空智联网中的应用　324 思考题　326 参考文献　326 附录A　缩略语　335 附录B　国内C-V2X相关部分标准列表及进展　349 附录C　C-V2X发展大事记　353 附录D　车联网（智能网联汽车）直连通信使用5905-5925MHz频段管理规定（暂行）　357