談車(chē)聯(lián)網(wǎng)之前，先聊聊V2X技術(shù)

提到車(chē)聯(lián)網(wǎng)，你或許將其簡(jiǎn)單的理解為汽車(chē)聯(lián)網(wǎng)，但具體來(lái)說(shuō)車(chē)聯(lián)網(wǎng)指的是通過(guò)汽車(chē)上集成的GPS定位，RFID識別，傳感器、攝像頭和圖像處理等電子組件，按照約定的通信協(xié)議和數據交互標準，在V2V、V2R、V2I之間，進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信和信息交換的大系統網(wǎng)絡(luò )。V2X對于車(chē)聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)駕駛安全有十分重要的作用。

V2X與車(chē)聯(lián)網(wǎng)有什么不同

車(chē)聯(lián)網(wǎng)是使用無(wú)線(xiàn)通信、傳感探測等技術(shù)收集車(chē)輛、道路、環(huán)境等信息，通過(guò)車(chē)-車(chē)（V2V）、車(chē)-路（V2R）信息交互和共享，使車(chē)和基礎設施之間智能協(xié)同與配合，從而實(shí)現智能交通管理控制、車(chē)輛智能化控制和智能動(dòng)態(tài)信息服務(wù)的一體化網(wǎng)絡(luò )。

車(chē)聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能交通系統領(lǐng)域的延伸。車(chē)聯(lián)網(wǎng)安全應用系統架構包含感知層、通訊層與應用層，感知層包含雷達、光學(xué)雷達與影像傳感器等，提供車(chē)輛收集周邊環(huán)境信息；通訊層也可稱(chēng)為汽車(chē)局域網(wǎng)絡(luò )（Vehicle Area Network， VAN），分為車(chē)載通訊（in-vehicle communicaTIon）、車(chē)外通訊、車(chē)間通訊（vehicle to vehicle communicaTIon）與車(chē)路通訊（vehicle to road communicaTIon）等四部分。

車(chē)聯(lián)網(wǎng)

V2X 是指車(chē)對外界的信息交換，是一系列車(chē)載通訊技術(shù)的總稱(chēng)。V2X包含汽車(chē)對汽車(chē)（V2V）、汽車(chē)對路側設備（V2R）、汽車(chē)對基礎設施（V2I）、汽車(chē)對行人（V2P）、汽車(chē)對機車(chē)（V2M）及汽車(chē)對公交車(chē)（V2T）等六大類(lèi)。目前以V2V的發(fā)展最為成熟。

V2X

V2X 是未來(lái)智能交通運輸系統的關(guān)鍵技術(shù)，它可以通過(guò)通訊獲得實(shí)時(shí)路況、道路信息、行人信息等一系列交通信息，提高駕駛安全性、減少擁堵、提高交通效率、提供車(chē)載娛樂(lè )信息等?；赩2X 技術(shù)不僅可以大幅提升交通安全、降低交通事故率，而且可以為自動(dòng)駕駛、智能交通和車(chē)聯(lián)網(wǎng)創(chuàng )新提供低成本、易實(shí)施的技術(shù)路線(xiàn)和基礎平臺。

V2X車(chē)聯(lián)網(wǎng)之三大應用領(lǐng)域（來(lái)源：工業(yè)技術(shù)研究院）

V2V通信原理及具體應用

V2V作為V2X中發(fā)展最為成熟的，重點(diǎn)了解一下V2V的原理及應用也十分必要。V2V通信是為了防止事故發(fā)生，通過(guò)專(zhuān)設的網(wǎng)絡(luò )發(fā)送車(chē)輛位置和速度信息給另外的車(chē)輛。依靠技術(shù)的實(shí)現，駕駛員收到警告后就能降低事故的風(fēng)險或車(chē)輛本身就會(huì )采取自治措施，像是制動(dòng)減速。

V2V通信原理

V2V通信需要一個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，在這個(gè)網(wǎng)絡(luò )上汽車(chē)之間互相傳送信息，告訴對方自己在做什么，這些信息包括速度、位置、駕駛方向、剎車(chē)等。V2V技術(shù)使用的是專(zhuān)用短程通信（DSRC），由類(lèi)似FCC和ISO的機構設立的標準。有時(shí)候它會(huì )被描述成WiFi網(wǎng)絡(luò )，因為可能使用到的一個(gè)頻率是5.9GHz，這也是WiFi使用的頻率。不過(guò)更準確地說(shuō)，DSRC是類(lèi)WiFi網(wǎng)絡(luò )，它的覆蓋范圍最高達300米。

V2V是一種網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )，網(wǎng)絡(luò )中的節點(diǎn)（汽車(chē)、智能交通燈等）可以發(fā)射、捕獲并轉發(fā)信號。網(wǎng)絡(luò )上5-10個(gè)節點(diǎn)的跳躍就能收集一英里外的交通狀況。這對多數駕駛者來(lái)說(shuō)都有足夠的應對時(shí)間。

在發(fā)展之初，V2V對駕駛者來(lái)說(shuō)可能只是閃爍的紅燈警告，或是指示哪個(gè)方向有危險，當然這些都還在概念階段?，F在已經(jīng)有數千輛測試車(chē)了，多數原型車(chē)都到了可以自動(dòng)剎車(chē)或轉彎來(lái)避開(kāi)危險的水平。交通信號或其它固定設備即為V2I，也就是汽車(chē)-基礎設施。

關(guān)于V2V還有很多其它說(shuō)法，一些廠(chǎng)商把它叫做Car-to-X，還有“internet of cars”以及“connected car”，目前看來(lái)V2V正脫穎而出。

V2V通信的應用

V2V通信被期望能夠在車(chē)道偏離、自適應巡航控制、盲點(diǎn)偵測、后方停車(chē)聲波定位、備份照相方面發(fā)揮更多的作用，對比當前的OEM預埋系統。因為V2V技術(shù)開(kāi)啟了對四周威脅的360度智能感知。V2V通信成為普適計算不斷壯大的應用趨勢——物聯(lián)網(wǎng)——的分支部分。

V2V通信和智能交通系統的實(shí)現目前還存在三個(gè)主要的障礙：汽車(chē)廠(chǎng)商對于標準的一致意見(jiàn)，數據隱私安全和項目資金。

V2R

V2R需要分為兩種場(chǎng)景，第一種是高速公路，第二種是城市道路。高速公路是第一步，而城市道路需要在其基礎上，對城市道路中的增加標識的識別后，實(shí)現更復雜的數據判斷和數據通信。

高速路上的V2R相對來(lái)說(shuō)比較容易。首先是標識明確，沒(méi)有人行道，紅綠燈，行人等復雜路況因素的影響，只需要識別高速路中與車(chē)輛行駛和高速公路出入口標識等就可以了。其次高精地圖已經(jīng)提前布局高速路。高精地圖能夠精確到厘米級，對于車(chē)輛的路線(xiàn)規劃和自動(dòng)駕駛有著(zhù)的很大的幫助。有了高精地圖的支撐，V2R的交互就會(huì )相對變少，處理起來(lái)更加方便。最后，就是盡快實(shí)現V2V也能夠助力V2R的快速開(kāi)發(fā)。因為每一輛車(chē)都可以共享采集到的道路信息，并將這個(gè)信息傳遞到云端，促進(jìn)道路信息的合理化和完善化。

而對于城市道路來(lái)說(shuō)，需要處理的信息就要更多一些，這也就要求車(chē)輛采集的信息更多，處理能力更強，同時(shí)對于V2I和V2P都有關(guān)聯(lián)，是實(shí)現自動(dòng)駕駛的實(shí)現的最困難的障礙?？赡軐?zhuān)有的交通路線(xiàn)或者是公共交通才是未來(lái)人類(lèi)出行的主要方式，是值得探討和深度調研的。

V2R現在通過(guò)毫米波雷達和攝像頭進(jìn)行開(kāi)發(fā)的方案很多，再輔助高精地圖和云端支持，只要實(shí)現V2V，半自動(dòng)駕駛和自動(dòng)駕駛在高速公路上實(shí)現并不遙遠。

V2I

V2I中的I不是指電信基礎設施，而是指車(chē)輛行駛過(guò)程中遇到的所有基礎設施。這包括紅綠燈，公交站，電線(xiàn)桿，大樓，立交橋，隧道等等一切人類(lèi)的建筑設施。

V2I通信功能具體將采用車(chē)載智能交通運輸系統的760MHz頻段，使用該頻段可以在不影響車(chē)載傳感器的情況下實(shí)現基礎實(shí)施與車(chē)輛之間相互通信功能，從而獲取得到必要的關(guān)鍵信息。在交叉路口能見(jiàn)度較差時(shí)，V2I通信系統就可以接收到紅綠燈的信息，并通過(guò)V2V和V2P系統，接收到車(chē)輛和行人的信息，匯總提交給車(chē)腦（AB）系統，車(chē)腦通過(guò)車(chē)載操作系統（AOS）分析處理，控制汽車(chē)繼續行駛還是繼續等待。

V2P

V2P是與每個(gè)人息息相關(guān)的技術(shù)，而且也不僅僅是技術(shù)的問(wèn)題，還會(huì )上升到國家、社會(huì )、隱私、道德層面，因而變得非常難以實(shí)現。在網(wǎng)絡(luò )中搜到的資料，也巧妙而隨意的一筆帶過(guò)。

事實(shí)上，V2P并沒(méi)有想象中那么復雜。畢竟，如今人手一部手機的時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨。無(wú)論是手機，尤其是可穿戴設備，都可以客串本文中提到的P模塊，實(shí)現和車(chē)輛中V模塊的交互通信。

那么P模塊應該使用什么呢？筆者認為LTE-V中的LTE-V-Cell是實(shí)現V2I的有效工具，因為所有P（活動(dòng)的人，人只有活動(dòng)才有意義）都是需要隨時(shí)移動(dòng)的，搭載一個(gè)長(cháng)距離隨時(shí)可以互聯(lián)的模塊才能夠保證車(chē)輛能隨時(shí)接收到。車(chē)輛再輔以攝像頭，雷達傳感器等識別技術(shù)，便能夠有效的實(shí)現V2P。

V2X的標準之爭

目前主要有專(zhuān)用短程通信技術(shù)標準（DSRC）與研制中的基于 4.5G/5G 的 LTE-V 技術(shù)標準在性能上符合需求，V2X的主流通信標準之爭將在這兩者之間展開(kāi)。當前智能交通系統 ITS 正處在第三階段，5G 標準在 LTE-V 的基礎上，為滿(mǎn)足未來(lái)自動(dòng)駕駛的需求，性能指標會(huì )更進(jìn)一步提升。

DSRC技術(shù)概要

DSRC由物理層標準IEEE 802.11p又稱(chēng)為WAVE（Wireless Access in Vehicular Environment）及網(wǎng)絡(luò )層標準IEEE 1609所構成，在此基礎之上，美國汽車(chē)工程師協(xié)會(huì )（Society of AutomoTIve Engineers，SAE）規范V2V與V2I信息的內容與結構，歐洲相關(guān)標準由ETSI CT-ITS所規范。IEEE802.11p由IEEE 802.11標準擴充，專(zhuān)門(mén)應用于車(chē)用環(huán)境的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，支持915MHz與5.9 GHz。

802.11p物理層架構與802.11a大致相同，采用正交多頻分工（Orthogonal Frequency-division Multiplexing，OFDM）調變技術(shù)，且52個(gè)子載波可支持正交振幅調變（Quadrature Amplitude Modulation，QAM）、相位移鍵調變（Phase-shift keying，PSK）等調變技術(shù)，同時(shí)搭配向前錯誤校正技術(shù)（Forward Error Correction，FEC），減少信息重新傳輸所發(fā)生的延遲情況，能夠因應在高速移動(dòng)下信息傳遞的實(shí)時(shí)性。

802.11p在915MHz頻段中，支持傳輸距離小于300公尺，傳輸速率低于0.5 Mbit/s，使用5.9GHz頻段通訊時(shí)，傳輸距離最遠可達1，000公尺，以頻道帶寬10 MHz為單位，傳輸速率最高為27 Mbit/s，允許在車(chē)速260km/h下進(jìn)行車(chē)與車(chē)之間以及車(chē)與道路設備之間的信息傳輸。

DSRC系統包含車(chē)載裝置（On Board Unit，OBU）與路側裝置（Road Site Unit，RSU）兩項重要組件，透過(guò)OBU與RSU提供車(chē)間與車(chē)路間信息的雙向傳輸，RSU再透過(guò)光纖或行動(dòng)網(wǎng)絡(luò )將交通信息傳送至后端平臺（圖1）。由于車(chē)間與車(chē)路通訊應用情境復雜，汽車(chē)數量多寡、距離與道路氣候等都會(huì )影響無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的通訊，通訊速度與質(zhì)量將對用路人安全造成極大影響，因此車(chē)聯(lián)網(wǎng)安全應用相關(guān)通訊網(wǎng)絡(luò )通常被要求須要具備高移動(dòng)性與低延遲率，IEEE將安全應用通訊延遲容許范圍定在50ms內，最多不超過(guò)100ms，允許接收訊息后有足夠反應時(shí)間。

圖1　DSRC技術(shù)包含車(chē)載單元與路側單元，可以支持車(chē)與車(chē)之間和車(chē)與路側設備的雙向數據傳輸。

LTV-V技術(shù)概要

車(chē)間與車(chē)路間的通訊技術(shù)除DSRC外，華為、高通（Qualcomm）等網(wǎng)通廠(chǎng)商積極推動(dòng)以L(fǎng)TE網(wǎng)絡(luò )為基礎的LTE V2X技術(shù)，3GPP自2015年底將LTE-V技術(shù)納入Release 14標準制定，目前于SA WG1內進(jìn)行相關(guān)服務(wù)之研究及討論。

德國電信亦宣布將與華為、豐田（Toyota）及奧迪（Audi）汽車(chē)合作，在因哥爾斯塔特高速公路的測試場(chǎng)域上進(jìn)行LTE-V技術(shù)實(shí)證。德國電信將在LTE基地臺上設置華為供應的LTE-V硬件，Toyota及Audi車(chē)載LTE-V裝置同樣由華為提供。中國政府也看好LTE應用于車(chē)聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中，由中國信息通信研究院主導成立LTE-V核心工作組，在中國通訊標準化協(xié)會(huì )與3GPP架構下推動(dòng)LTE-V的標準化與商業(yè)化發(fā)展。

在3GPP架構下，與V2X相關(guān)技術(shù)標準包含多媒體廣播群播（Multimedia Broadcast Multicast Service，MBMS）與LTE Direct通訊。利用MBMS技術(shù)可同時(shí)對大量裝置廣播如公共警示等緊急訊息，LTE Direct通訊部分，3GPP于2011年展開(kāi)相關(guān)研究，并正式將其納入Release 12的標準制定，LTE Direct可自動(dòng)搜尋鄰近上千臺裝置，能夠讓處于LTE訊號覆蓋范圍內外之車(chē)輛、路側裝置等在不透過(guò)基地臺情形下相互溝通（圖2）。

圖2　LTE-V可以再細分為L(cháng)TE-V Cell（集中式）與LTE-V-Direct（分布式）兩種不同通訊模式。前者需由基地臺提供服務(wù)，后者則類(lèi)似DSRC，可實(shí)現直接聯(lián)機。

3GPP于TS 22.185文件中描述LTE-V應用情境與傳輸要求，LTE-V應用情境包含LTE網(wǎng)絡(luò )范圍內及范圍外的V2V、車(chē)對基礎建設/網(wǎng)絡(luò )（V2I/N）及車(chē)對行人（V2P）等。傳輸部分須達到支持最大相對速度280km/h、絕對速度160km/h的高速移動(dòng)，以及V2V環(huán)境下延遲速度低于100ms等要求。

LTE-V的實(shí)際運作可分為L(cháng)TE覆蓋范圍外的V2X通訊，單一營(yíng)運商透過(guò)基地臺管理的V2X通訊以及多營(yíng)運商透過(guò)基地臺管理的V2X通訊等。3GPP認為，在多營(yíng)運商提供V2X服務(wù)的情境下，訊息傳遞有三種情形需被考慮：

第一，特定區域內僅有一家營(yíng)運商有基地臺，該營(yíng)運商與其他營(yíng)運商分享基地臺提供包含V2X等多種服務(wù)；

第二，特定區域內僅有一家營(yíng)運商擁有V2X頻段，該營(yíng)運商分享基地臺給其他營(yíng)運商限定提供V2X服務(wù)；

第三，特定區域內有2家營(yíng)運商都擁有基地臺，V2X服務(wù)器分配V2X訊息給2家營(yíng)運商的網(wǎng)絡(luò )。終端應能夠接收不同營(yíng)運商之V2X訊息，避免漏接重要信息。

DSRC、LTE標準對比

在標準進(jìn)程與導入方面，DSRC發(fā)展較成熟，美國、歐洲等國家已提出相關(guān)標準規格，LTE-V目前已在3GPP進(jìn)入標準制定流程，但至少需到2017年Release 14中才會(huì )完成，在布建上DSRC由于需要安裝新的路側設備，將增加導入成本與時(shí)間，LTE-V則能夠整合既有的基地臺裝置，不需要大量布建新基礎建設，可縮短導入時(shí)間，兩者之間互有優(yōu)勢。

DSRC關(guān)鍵指標：支持車(chē)速 200km/h，反應時(shí)間 100ms，數據傳輸速率平均 12Mbps（最大27Mbps），傳輸范圍 1km。根據美國交通運輸部的報告，違反交通信號燈指示的時(shí)延要求是小于100ms；車(chē)輛防碰撞指示的時(shí)延要求是小于20ms。

LTE-V-Cell 關(guān)鍵指標：傳輸帶寬最高可擴展至100MHz，峰值速率上行500Mbps，下行1Gbps，時(shí)延用戶(hù)面時(shí)延≤10ms，控制面時(shí)延≤50ms，支持車(chē)速 500km/h，覆蓋范圍與 LTE 范圍類(lèi)似。LTE-V-Direct 目前還沒(méi)有詳細的技術(shù)指標，據悉 LTE-D 具備能尋找 500 公尺內數以千計裝臵以及服務(wù)的能力，因此能讓兩個(gè)以上最接近的 LTE-D 裝臵在網(wǎng)內通訊。

表：LTE-V 與 DSRC 優(yōu)劣勢對比

總結

車(chē)間與車(chē)路間通訊技術(shù)可協(xié)助提升車(chē)輛安全，也是未來(lái)自動(dòng)駕駛車(chē)輛的關(guān)鍵技術(shù)之一，DSRC與LTE-V都利用車(chē)載裝置間以及車(chē)輛與路側裝置間進(jìn)行信息交換，達到實(shí)時(shí)信息傳遞，提供駕駛者判斷或車(chē)輛自動(dòng)控制，兩者在技術(shù)上都必須達到一定傳輸要求來(lái)實(shí)現車(chē)輛安全應用。

目前 DSRC 產(chǎn)業(yè)鏈更為成熟，但 LTE-V/5G 可能后來(lái)居上，總體來(lái)看政府政策影響極大。智能駕駛和智能交通融合將催生 V2X 的巨大市場(chǎng)，正如 NB-IOT 在物聯(lián)網(wǎng)低頻低速率數據場(chǎng)景下的應用，我們中長(cháng)期看好 LTE-V/5G 在車(chē)聯(lián)網(wǎng) V2X 領(lǐng)域的發(fā)展潛力。

如果想了解車(chē)聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)規模以及V2X技術(shù)的發(fā)展現狀，請點(diǎn)擊《車(chē)聯(lián)網(wǎng)的市場(chǎng)規模及V2X技術(shù)發(fā)展現狀》