前言
车联网是跨信息通信、汽车、交通等领域的跨学科交叉新兴技术。车联网作为产业变革创新的重要催化剂，正推动着交通管理模式、汽车产业形态、人们出行方式和能源消费结构的深刻变化。车联网无线通信技术是实现车辆与周围的车、人、交通基础设施和云（平台）等全方位连接和通信的新一代信息通信技术。
道路安全、交通效率、自动驾驶和信息娱乐等各类车联网应用提出了低时延、高可靠、高频度、大带宽、高移动性等新的移动通信需求与挑战。车联网通信面临车辆高速移动引起的网络拓扑高度动态性与时空复杂性、无线传播环境复杂快时变、节点高密度和高通信频度下低时延和高可靠通信的新科学问题。移动互联网用户广泛采用的蜂窝通信、Wi-Fi通信技术，由于和车联网在通信场景、业务特征、移动性、通信性能要求等方面存在显著差异，因此并不能满足车联网的通信需求。车联网专用无线通信技术成为学术界和产业界共同的研究热点。
2004年，IEEE成立了802.11p工作组，在IEEE 802.11a标准的基础上开展WAVE(Wireless Access in the Vehicular Environment)版本研究，并在2010年发布了DRSC（IEEE 802.11p）标准。本人及所带博士生、博士后在2011年研究IEEE 802.11p车联网技术时，结合前人研究成果，发现其存在节点密集时通信性能（时延和可靠性等）急剧下降、覆盖和连通性差、部署成本高等问题。而当时TD-LTE 4G的国标标准刚基本定型，本人及大唐电信集团团队（简称大唐团队）构想一个新的技术路线，即设计基于蜂窝移动通信的车联网技术，尽量能与蜂窝移动通信的物理层技术兼容。这样既能利用蜂窝移动通信技术和网络部署，且车联网芯片能够利用其手机终端的规模经济优势，降低成本。当然，还需进行针对性的技术创新，使其能够应对车联网通信的特殊性要求与挑战，如节点高速移动、干扰环境复杂、高频度和周期性数据传输、多个车辆节点间并发通信等，以解决车辆与不同交通元素间的低时延、高可靠通信难题，从而使其能够兼具技术和成本优势。因此，本书作者构思将蜂窝通信技术和直通通信技术有机结合用于车联网的技术创新。
蜂窝车联网（C-V2X，Cellular Vehicle-to-Everything）技术在此背景下应运而生。本书作者及大唐团队从2012年开始研究，本人在2013年世界电信日大会（2013年5月17日）的主题演讲中，在国际上最早公开提出将蜂窝通信与直通通信融合的车联网专用无线通信技术——LTE-V（即LTE-V2X）。LTE-V2X是首个蜂窝车联网（C-V2X）无线通信技术，提出了蜂窝和直通融合的系统架构、无线传输、接入控制和资源调度方法、同步机制等关键技术创新，基本奠定了C-V2X的蜂窝与直通融合系统架构及直通链路的关键技术原理，能灵活支持车-车、车-路、车-人、车-网、车-云通信能力，支持蜂窝网络覆盖内、覆盖外通信场景。伴随蜂窝移动通信系统从4G到5G的演进，C-V2X经历了LTE-V2X和NR-V2X两个技术阶段。
本书作者及大唐团队积极推动C-V2X的国际标准化及其演进，并持续开展了C-V2X技术研究、产品开发及其在智能交通和智能网联汽车领域的应用研究、测试验证和商用实践。大唐团队从2015年开始与LG、华为等公司联合在3GPP推动的LTE-V2X技术标准化，分别在2017年、2018年完成了LTE-V2X（R14、R15）技术标准，后续开展了NR-V2X（R16、R17）的技术与标准研究。早在2014年，大唐团队就基于自研芯片研发了LTE-V2X原型设备，并在2015年进行了实际道路的外场测试；业内率先推出车载终端（OBU）、路侧设备（RSU）及车规级LTE-V2X模组；2017年与福特汽车联合开展京津高速公路的LTE-V2X性能测试，证明了LTE-V2X相比IEEE 802.11p的性能优势，测试结果输出到5GAA（5G Automotive Association），得到全球产业界认可；研发的C-V2X芯片、安全芯片、通信模组、车载终端（OBU）、路侧设备（RSU）和测试仪表，从2018年开始持续参与IMT-2020（5G）推进组C-V2X工作组组织的“三跨”“四跨”“新四跨”C-V2X互联互通应用示范活动，起到了核心桥梁作用；参与了我国多个国家级车联网先导区和智能网联汽车示范区工作，并开展了厦门BRT智能公交、重庆石渝智能高速等商用实践活动。
我国IMT-2020（5G）推进组C-V2X工作组、5GAA国际组织等分别在国内、国际积极推进跨汽车、交通、信息通信领域的C-V2X应用需求研究、测试验证、产业推动。
2017年，我国在国家制造强国建设领导小组下设立车联网产业发展专项委员会，由工业和信息化部、国家发展和改革委员会、科学技术部、财政部、公安部、交通运输部等部门组成，负责组织制定车联网发展规划、政策和措施，协调解决产业发展重大问题，统筹推进产业发展。
我国工业和信息化部2018年11月率先在全球正式发布5905~5925MHz (共20MHz带宽）的车联网直连通信频率规划，表明中国政府全力支持LTE-V2X的态度。在我国产业界共同努力下，LTE-V2X已形成包括通信芯片、安全芯片、通信模组、车载终端（OBU）、路侧设备（RSU）、测试仪表、整车制造、运营服务、测试认证、高精度定位及地图服务等较为完整的产业链生态，在全球处于领先地位。为实现C-V2X车联网产业尽快落地，工业和信息化部、交通运输部、公安部等部门积极协同推动，并与地方政府合作，在全国各地先后支持建设16个智能网联汽车测试示范区，积极推动国家级车联网先导区建设，我国车联网产业化进程逐步加快，为后续大规模产业化及商业化奠定了基础。
美国联邦通信委员会（FCC）在2020年11月18日决定将已经分配给DSRC(IEEE 802.11p)的5.9GHz频段(5.850~5.925GHz)划拨给Wi-Fi和C-V2X使用，其中30MHz带宽(5.895~5.925GHz)分配给C-V2X。频谱是稀缺资源，一个国家的频谱资源分配政策体现了该国对技术标准与产业路径的选择。FCC的频谱分配标志着美国正式放弃DSRC并转向C-V2X。可见C-V2X得到了中美两个汽车与交通大国的认可，将成为车联网无线通信唯一的事实国际标准。
可见，我国已从国家政策支持、频谱分配、产业生态发展等多个层面明确支持选择C-V2X作为中国车联网技术标准路线和产业发展路径，并对全球车联网技术与产业路线选择产生了深远影响，C-V2X相比于IEEE 802.11p在国际技术与产业竞争上已形成明显的超越态势。
C-V2X与基于雷达、激光和视频等感知技术的高级驾驶辅助系统（ADAS）结合，实现从单车智能到网联智能，构成人－车－路－云等要素的智能交互环境。由于国情不同，我国将走出基于“5G + C-V2X”车路协同的智能交通与自动驾驶的创新发展模式。
此处讲个插曲，本书作者最早关于LTE-V（即LTE-V2X）的学术论文在2014年年初投稿，由于受到来自IEEE 802.11p技术专家的质疑，几经波折，前后投稿两个IEEE著名期刊均被拒稿，2016年重新投稿IEEE IoTJ（Internet of Things Journal）才被接受和正式发表。该论文目前已是ESI高被引论文，也是C-V2X最早及经典论文。可见挑战已有技术标准和改变游戏规则的技术创新有多难，这既需要战略定力和坚持，也需要开放合作，特别是与研究机构、产业界合作在国际标准平台（如3GPP）推进国际标准制定，组成产业联盟构成生态链共同推进产业化。
本书正是作者及团队近十年来致力于蜂窝车联网（C-V2X）基础理论研究与技术创新的成果总结。本书由本人负责章节和内容大纲确定、统编统稿，全书共分10章，各章主要内容及分工如下：
第1章概述了车联网的发展背景、全球在政策和标准化方面的发展态势，以及在我国的发展现状，由陈山枝、赵丽、时岩负责撰写；
第2章分析了车联网基本应用和增强应用需求，梳理了不同类型的应用场景对通信方式、通信性能的要求，并介绍了国内外车联网应用的标准化进展，由赵丽负责撰写；
第3章介绍了车联网的系统架构和技术标准体系，重点对IEEE 802.11p和C-V2X两个车联网通信技术进行了介绍和分析对比，由陈山枝、赵丽、时岩负责撰写；第4章介绍C-V2X的第一阶段——LTE-V2X技术，针对车联网基本应用需求，概要分析其主要技术思路和技术需求，详细介绍了LTE-V2X无线接口协议栈、物理层、资源分配、同步机制、拥塞控制等关键技术，由房家奕、陈山枝负责撰写；第5章介绍C-V2X的第二阶段——NR-V2X技术，针对车联网增强应用需求，介绍了NR-V2X的网络架构和关键技术，尤其是直通链路的单播、多播和广播通信模式管理、直通链路服务质量的管理、直通链路的HARQ反馈机制、分布式资源分配机制、直通链路的自同步机制以及LTE-V2X和NR-V2X设备内共存等，由赵锐、陈山枝负责撰写；
第6章介绍了C-V2X在智能交通、自动驾驶中应用和部署所需的边缘计算、5G网络切片、高精度定位和车用高精度地图等关键技术，由陈山枝、徐晖、时岩负责撰写；
第7章从分析C-V2X车联网面临的安全挑战出发，介绍了C-V2X安全系统架构、C-V2X通信层安全技术和C-V2X应用层安全技术，由徐晖、陈山枝负责撰写；第8章针对无线电频谱这一关键资源，分析了C-V2X车联网频谱需求，介绍了国际和国内C-V2X频谱分配规划情况及其展望，由胡金玲、陈山枝负责撰写；
第9章介绍C-V2X产业发展与应用示范，包括C-V2X产业链、互联互通测试、我国C-V2X示范区建设、我国C-V2X测试评估体系等，由胡金玲、陈山枝负责撰写；第10章剖析C-V2X在智能交通和自动驾驶不同分级中提供的能力，展望C-V2X应用发展与商用的发展阶段，进而分析了C-V2X未来发展中的新技术及其发展趋势，由陈山枝、时岩负责撰写。
本书得到本人承担的国家杰出青年科学基金“移动性管理理论、方法和关键技术研究”、国家自然科学基金重点项目群“面向5G应用的车联网基础理论与关键技术”、国家发展和改革委员会和工业和信息化部“基于5G的车路协同车联网大规模验证与应用”等项目的支持。同时大唐高鸿董书霞、北京大学程翔、重庆邮电大学刘媛妮、大唐移动任斌、北京交通大学何睿斯等多位研究工作者也提供了相关素材，在此深表感谢！
本书也凝聚和继承了大唐电信科技集团（已在2018年与烽火科技集团联合重组为中国信息通信科技集团）从事移动通信技术与标准研究的全体同事多年来工作成果，作者在此一并表示衷心的感谢。特别感谢中国信息通信科技集团及其下属的原大唐电信科技集团（即电信科学技术研究院）、无线移动通信国家重点实验室、新一代移动通信无线网络与芯片技术国家工程实验室、大唐移动、大唐高鸿、宸芯科技等领导和同事的大力支持和真诚帮助。
值此本书出版之际，本人谨向参与和支持C-V2X标准制定的国内外厂商和研究机构等所有研究人员和各级领导，以及参与支持C-V2X产业发展的产业界同仁表示衷心的感谢。特别感谢IMT-2020（5G）推进组C-V2X工作组和中国信息通信研究院对C-V2X标准的鼎力支持和推进。
限于本书作者的水平和能力，NR-V2X标准还在演进过程中，加之蜂窝车联网及其在智能交通、智能网联汽车领域的应用发展迅猛，书中还有诸多不足之处，恳请各位读者和专家提出宝贵的意见和建议。
2020年12月8日，北京