学习笔记13--基于蜂窝移动通信的车联网技术

本系列博客包括6个专栏，分别为：《自动驾驶技术概览》、《自动驾驶汽车平台技术基础》、《自动驾驶汽车定位技术》、《自动驾驶汽车环境感知》、《自动驾驶汽车决策与控制》、《自动驾驶系统设计及应用》。
此专栏是关于《自动驾驶汽车定位技术》书籍的笔记.

3.基于蜂窝移动通信的车联网技术

3.1 蜂窝移动通信技术

3.1.1 2G/3G

2G主要采用TDMA和CDMA数字蜂窝技术；
2G从1G模拟调制跨入数字调制，2G具有高度的保密性，且增加了系统容量，2G具有通话功能，还具有短信服务(Short Messaging Service，SMS)功能，手机、笔记本电脑等便携式移动终端也可以连接到互联网；
2G的语音通信品质良好，比1G多了数据传输服务，速率达到9.6～14.4kb/s；
3G主要采用CDMA技术，传输速率至少为100kb/s，可同时传输语音和数据信息，及包括处理图像、音乐、视频等多种媒体形式，提供网页浏览、电话/视频会议、电子商务等多种交互式信息服务，同时兼容2G系统；
早期车联网通过基于GPS、GPRS、GIS三层应用的车载终端与蜂窝基站通信，将汽车行驶状态信息实时上传至服务器端，用户可实时查看汽车状态信息，并对历史数据进行统计与分析；

3.1.2 4G

4G是对3G的长期演进技术(Long Term Evolution，LTE)，改进并增强3G空中接入技术，采用OFDM、多入多出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)、载波聚合(Carrier Aggregation)、多点协作传输(Coordinated Multiple Points Transmission/Reception，CoMP)、中继(Relay)、异构网干扰协调增强(Enhanced Inter-cell Interference Coordination for Heterogeneous Network)等一些新手段和关键技术，以提高无线通信的网络效率和功能，下行峰值信息速率可达100Mb/s；
LTE标准由第三代合作伙伴(3rd Generation Partnership Project，3GPP)组织全球各大企业及运营商共同制定，主要包括FDD-LTE和TDD-LTE两种制式；
TDD-LTE亦称TD-LTE，是中国主导的4G标准，中国移动采用的是TD-LTE，TD-LTE是TDD版本的LTE的技术；
TDD是时分双工(Time Division Duplexing)技术，是蜂窝移动通信使用的双工技术之一；TD-SCDMA采用CDMA技术，TD-LTE使用OFDM技术，两者帧格式、编解码、信令、空口及网络架构都不一样；
FDD-LTE是FDD版本的LTE技术，FDD是频分双工(Frequency Division Duplex)技术，特点是在分离的两个对称信道上进行消息的传送和接收，以保证信道频段的独立性；
4G在提高网络峰值速率、频谱利用效率和小区边界用户性能的同时，整个网络的组网效率得到提升，具有高速率、大容量、低时延、连接稳定等特点；
4G可提供车载在线、高带宽和对QoS敏感的车联网信息服务，如车载娱乐信息和基于云平台的行车记录与控制等业务；

3.1.3 5G

5G是多种新型无线接入技术和现有蜂窝移动通信技术集成后的解决方案的总称，包括：无线接入网、核心网及相关支撑系统的完整技术体系，具体通过集成多种新型无线接入技术、提供极限速率体验来满足不同应用领域用户的特殊需求；
5G将为用户提供超高的网络接入速率、"零时延"的传输体验、千亿设备的海量连接能力、超高流量密度、超高连接数密度和超高移动性等多场景的一致服务；
5G无线空口关键技术包括：全频谱接入、先进的调制编码、新型多载波、灵活双工和频谱共享、新型多址、大规模天线、终端直通等关键技术；5G对关键技术提出要求，如：超密集异构网络、自组织网络、信息中心网络、信息中心网络、内容分发网络、移动云计算、情景感知技术、软件定义网络(Software Defined Network，SDN)及网络功能虚拟化(Network Function Virtualization，NFV)等技术；
5G关键性能指标包括：数据传输速率、设备连接数密度、端到端时延、数据流量密度、终端的移动性和用户峰值速率等；
5G的典型应用场景中，增强现实、虚拟现实、云存储、超高清视频、车联网、远程驾驶、智能家居等业务，结合各场景未来可能的用户分布、业务占比及对数据传输速率、时延等要求，可以获得各种应用场景下的5G性能指标，如用户体验速率(0.1～1Gb/s)、终端连接数密度(百万连接/平方千米)、端到端时延(毫秒级)、流量密度(每平方千米不少于10Tb/s)、移动性(500km/s)、峰值速率(不少于10Gb/s)；

3.2 基于蜂窝移动通信的车联网

C-V2X车联网是基于LTE及5G V2X的车联网技术，即LTE-V2X和5G-V2X，是DSRC技术的有力补充和潜在竞争者；
针对车联网应用，LTE-V2X定义了集中式(LTE-V-Cell)和分布式(LTE-V-Direct)两种通信方式；
集中式C-V2X需要蜂窝基站作为中心控制节点，其定义汽车与路侧单元及基站设备的通信方式；
分布式C-V2X亦称直通式C-V2X，无须基站参与V2X通信，主要定义了汽车之间的通信方式；

3.2.1 C-V2X系统

当前，C-V2X主要借助LTE网络设施实现V2V、V2N及V2I的信息交互，用于满足超低时延、超高可靠性和高带宽的复杂应用场景；
LTE-V2X系统针对集中式和分布式的通信方式，分别设计了不同类型的空中接口；一类是Uu接口，是集中式LTE-V2X的空中接口技术，车与车、车与基础设施之间都需要将数据通过基站进行转发实现V2X通信；LTE-V2X的Uu接口是在LTE的Uu接口基础上进行针对性的强化；另一类是PC5接口，用于实现车与车间数据的直接传输，即无须经过基站转发；LTE-V2X的PC5接口是在R12 LTE-D2D基础上进行多项增强设计，用于支持车与车之间动态信息的快速交换，实现汽车与周边节点低时延、高可靠的直接通信；
对物理层结构进行多项优化，以便支持终端移动速度高达500km/h的特殊应用场合，且在有蜂窝网络覆盖的场景下，数据传输可以在Uu接口和PC5接口之间进行无缝切换；

3.2.2 C-V2X标准

研究的时间节点：

3.2.3 C-V2X通信应用与发展

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3.1.2 4G

3.1.3 5G

3.2 基于蜂窝移动通信的车联网

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3.2.2 C-V2X标准

3.2.3 C-V2X通信应用与发展

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