自動(dòng)駕駛V2X技術(shù)中DSRC和C-V2X技術(shù)的進(jìn)化史

要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，車輛必須具備有感知系統(tǒng)，像人一樣能夠觀察周圍的環(huán)境。但是自動(dòng)駕駛相比于人，要求又要多很多，要觀察的不僅僅局限于眼前，所以除了傳感器，V2X技術(shù)也被當(dāng)作自動(dòng)駕駛的一個(gè)感知手段正在被開發(fā)著。近幾年，V2X技術(shù)的發(fā)展不能說(shuō)是不快，至少現(xiàn)在已經(jīng)能夠在路面上看到量產(chǎn)的V2X技術(shù)了。本文主要介紹了V2X中，DSRC和C-V2X兩種技術(shù)的進(jìn)化史。

V2X，顧名思義就是vehicle-to-everything，其希望實(shí)現(xiàn)車輛與一切可能影響車輛的實(shí)體實(shí)現(xiàn)信息交互，目的是減少事故發(fā)生，減緩交通擁堵，降低環(huán)境污染以及提供其他信息服務(wù)。

V2X主要包含vehicle-to-vehicle （V2V）， vehicle-to-infrastructure （V2I）， vehicle-to-network （V2N）以及vehicle-to-pedestrian （V2P）。

V2X分類圖解

V2X早期主要是基于DSRC，全稱是dedicated short range communication，專用短距離通信技術(shù)。DSRC在美國(guó)已經(jīng)經(jīng)過多年開發(fā)測(cè)試，后期隨著蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展才出現(xiàn)了C-V2X（Cellular V2X，即以蜂窩通信技術(shù)為基礎(chǔ)的V2X）技術(shù)。

DSRC和C-V2X介紹

V2X技術(shù)進(jìn)化史分析

（1）DSRC技術(shù)進(jìn)化史

美國(guó)交通局USDOT基于2004 - 2008年交通事故分析得出以下結(jié)論：使用V2X系統(tǒng)可以降低450萬(wàn)起碰撞事故（占多車碰撞總數(shù)的81%），為此USDOT要求OEM廠商最遲在2019年底及以后生產(chǎn)的汽車要安裝DSRC設(shè)備，支持V2V和V2I。至今，美國(guó)DSRC技術(shù)已經(jīng)經(jīng)過10余年的廣泛測(cè)試，技術(shù)相對(duì)成熟。

講V2X的歷史，就必須要首先提到智能交通系統(tǒng)ITS。1950 - 1980年，美國(guó)各州廣泛興建州際公路、高速公路，隨之出現(xiàn)了新的問題：城市中心交通擁堵、高速碰撞事故造成眾多的人員傷亡，同時(shí)又增加汽車油耗，拉低空氣質(zhì)量。

到了1986年，來(lái)自科研機(jī)構(gòu)、交通局等的專家在討論未來(lái)交通法規(guī)時(shí)認(rèn)為，未來(lái)的交通系統(tǒng)必須要同時(shí)要保證安全、解決擁堵并且保護(hù)環(huán)境。1990年在德克薩斯州的達(dá)拉斯市，針對(duì)這個(gè)問題的研討達(dá)到高潮，與會(huì)者提出IVHS，即智能車輛高速系統(tǒng)的概念，這個(gè)概念后來(lái)發(fā)展成了智能交通系統(tǒng)ITS。

1991年，ITS概念成為聯(lián)合運(yùn)輸效率法案（Intermodal Surface Transportation Efficiency Act，簡(jiǎn)稱ISTEA）的一部分。此外，ISTEA還出資66億美元用于未來(lái)6年的ITS系統(tǒng)的研究及測(cè)試。

1992年，USDOT在ITS的研究中啟動(dòng)了Automated Highway System自動(dòng)高速系統(tǒng)的項(xiàng)目，目的是解放駕駛員的手腳，車輛需要在專門設(shè)有磁釘?shù)牡缆飞闲旭偅@也是歷史上第一次實(shí)現(xiàn)車輛與高速公路的互聯(lián)。

在自動(dòng)高速系統(tǒng)試驗(yàn)之后，1997年USDOT啟動(dòng)Intelligent Vehicle Initiative智能車輛計(jì)劃，目的是加快防碰撞系統(tǒng)的部署。在智能車輛計(jì)劃的基礎(chǔ)上，USDOT對(duì)改善交通擁堵狀況和改進(jìn)電子通信技術(shù)提出新的要求。2003年12月在馬德里召開的第十屆ITS世界大會(huì)上，USDOT宣布在5.9GHz分配75MHz頻譜進(jìn)行DSRC研究，同時(shí)提出VII項(xiàng)目，項(xiàng)目目標(biāo)是使V2V和V2I技術(shù)在小范圍內(nèi)應(yīng)用測(cè)試。

2006年12月，USDOT與五大汽車廠商聯(lián)合測(cè)試V2V和V2I在防碰撞系統(tǒng)中的作用，并確立新型以通信為基礎(chǔ)的安全設(shè)施，主要包含路邊網(wǎng)絡(luò)roadside network和車載設(shè)備on-board vehicle equipment。

只有當(dāng)?shù)缆飞嫌凶銐蚨嗟能囕v支持V2V通訊，V2V的作用才能得到充分體現(xiàn)。為此在2014年8月，NHTSA和USDOT提出FMVSS No.150法案，法案強(qiáng)制要求新生產(chǎn)的輕型汽車（載客和輕卡）支持V2V通訊功能。2015年6月25日，美國(guó)眾議院就此事舉行聽證會(huì)，NHTSA以及其他利益相關(guān)方再次就V2X案件進(jìn)行辯護(hù)。

DSRC技術(shù)的產(chǎn)生基于三套標(biāo)準(zhǔn)：

第一個(gè)是IEEE 1609，標(biāo)題為“車載環(huán)境無(wú)線接入標(biāo)準(zhǔn)系列（WAVE）”，其定義了網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)和流程。

第二個(gè)是SAE J2735和SAE J2945，它們定義了消息包中攜帶的信息。該數(shù)據(jù)將包括來(lái)自汽車上的傳感器的信息，例如位置，行進(jìn)方向，速度和剎車信息。

第三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是IEEE 802.11p，它定義了汽車相關(guān)的“專用短距離通信”（DSRC）的物理標(biāo)準(zhǔn)。

DSRC頂層協(xié)議棧是基于IEEE 1609標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的，V2V信息交互是使用輕量WSMP（WAVE Short Message Protocol）而不是WIFI使用的TCP/IP協(xié)議，TCP/IP協(xié)議用于V2I和V2N信息交互。DSRC底層、物理層和無(wú)線鏈路控制是基于IEEE 802.11p。使用IEEE 802.11系列標(biāo)準(zhǔn)的初心是利用WIFI的生態(tài)系統(tǒng)，但是WIFI最初設(shè)計(jì)用于固定通訊設(shè)備，后來(lái)制定IEEE 802.11p支持移動(dòng)通訊設(shè)備。

（2）C-V2X技術(shù)進(jìn)化史

隨著蜂窩通信技術(shù)的發(fā)展，蜂窩通信扮演的角色越來(lái)越重要，現(xiàn)在蜂窩通信技術(shù)已經(jīng)從單純的傳遞聲音變成向傳遞音頻、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變，也從Person-to-Person向Machine-to-Machine變革，V2X技術(shù)就是M2M變革的一項(xiàng)應(yīng)用。

C-V2X是由3GPP（3rd Generation Partnership Project）定義的基于蜂窩通信的V2X技術(shù)，它包含基于LTE以及未來(lái)5G的V2X系統(tǒng)，是DSRC技術(shù)的有力補(bǔ)充。它借助已存在的LTE網(wǎng)絡(luò)設(shè)施來(lái)實(shí)現(xiàn)V2V、V2N、V2I的信息交互，這項(xiàng)技術(shù)最吸引人的地方是它能緊跟變革，適應(yīng)于更復(fù)雜的安全應(yīng)用場(chǎng)景，滿足低延遲、高可靠性和滿足帶寬要求。

2015年初，3GPP正式啟動(dòng)基于C-V2X的技術(shù)需求和標(biāo)準(zhǔn)化研究，2015年初3GPP需求工作組開展了C-V2X需求研究，于2016年3月完成結(jié)項(xiàng)；2016年初3GPP 架構(gòu)工作組啟動(dòng)C-V2X 架構(gòu)研究，于2016年底完成標(biāo)準(zhǔn)化。

在C-V2X研究方面，3GPP無(wú)線技術(shù)工作組于2015年7月啟動(dòng)SI立項(xiàng)，于2016年6月完成結(jié)項(xiàng)；2015年12月，針對(duì)車車直連V2X標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目“基于LTE PC5接口的V2V”啟動(dòng)立項(xiàng)，并于2016年9月完成標(biāo)準(zhǔn)化；2016年6月針對(duì)車路/車人等V2X 標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目“基于LTE的V2X業(yè)務(wù)”啟動(dòng)立項(xiàng)，于2017年3月順利完成項(xiàng)目研究。

2016年9月，在LTE標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)3GPP第73次會(huì)議上，C-V2X的V2V標(biāo)準(zhǔn)在Release14中正式凍結(jié)，這標(biāo)志著3GPP完成了LTE -V第一階段的標(biāo)準(zhǔn)，即基于終端直通（D2D）模式的車車通信（V2V）標(biāo)準(zhǔn)化，通過深入研究引入了更優(yōu)化的物理層解調(diào)參考信號(hào)、資源調(diào)度、干擾協(xié)調(diào)等技術(shù)。

另外，2017年4月在法國(guó)巴黎舉行的ISO TC 204 第49次全會(huì)上，中國(guó)提出的C-V2X標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)申請(qǐng)獲得通過，確定C-V2X成為ISO ITS系統(tǒng)的候選技術(shù)。在2017年9月完成第二階段C-V2X標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，包括基于蜂窩網(wǎng)的V2V通信（V2V）和車路通信（V2I）、車人通信（V2P）等。

C-V2X技術(shù)詳細(xì)圖解

3GPP 提出的 C-V2X 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在快速走向產(chǎn)業(yè)化，我國(guó)企業(yè)在 3GPP 中主導(dǎo)了部分C-V2X標(biāo)準(zhǔn)的制定及后續(xù)演進(jìn)技術(shù)的研究。

大唐基于自主研發(fā)的芯片級(jí)解決方案，于 2016 年11 月發(fā)布了 C-V2X 車載終端和路側(cè)通信測(cè)試設(shè)備，計(jì)劃 2017 年底發(fā)布基于 3GPP R14C-V2X 的預(yù)商用通信模組，商用芯片研發(fā)計(jì)劃已納入日程；

華為在2016 推出支持 C-V2X 的車載終端原型機(jī)，計(jì)劃 2018 年上半年提供C-V2X 測(cè)試芯片；

2017 年 9 月 1 日，高通宣布 C-V2X 商用芯片組于2018 年下半年出樣；

國(guó)際通信企業(yè)愛立信、英特爾、諾基亞等也在積極推動(dòng) C-V2X 芯片和設(shè)備產(chǎn)業(yè)化；

奧迪、豐田、上汽、長(zhǎng)安、東風(fēng)等車企紛紛聯(lián)合通信企業(yè)開展 C-V2X 技術(shù)測(cè)試。

同時(shí)，我國(guó)于2015 年啟動(dòng)了基于 C-V2X 技術(shù)的車聯(lián)網(wǎng)頻譜研究， 2016 年 11 月工業(yè)和信息化部正式劃分 5905-5925MHz 用于 C-V2X 技術(shù)試驗(yàn)，并通過北京-保定、重慶、浙江、吉林、湖北、上海、無(wú)錫等車聯(lián)網(wǎng)示范區(qū)開展測(cè)試和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，試驗(yàn)第一階段計(jì)劃于 2017 年底前完成。

根據(jù)目前產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r，C-V2X有望于2018年實(shí)現(xiàn)規(guī)模試點(diǎn)或試商用。

V2X技術(shù)的未來(lái)

2017年，美國(guó)、加拿大市場(chǎng)上凱迪拉克CTS將會(huì)是首先量產(chǎn)的具備V2V通信功能的汽車。根據(jù)通用汽車的預(yù)測(cè)，當(dāng)一個(gè)區(qū)域內(nèi)25％的車輛配備V2V技術(shù)后，V2V將比較有效地發(fā)揮作用。按照美國(guó)目前的車輛報(bào)廢周期和報(bào)廢率，這將可能需要5年左右的時(shí)間。汽車制造商認(rèn)識(shí)到，要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，政府需要出臺(tái)相關(guān)的法律。NHTSA和USDOT持續(xù)支持，美國(guó)汽車廠商的不斷跟進(jìn)，基于DSRC技術(shù)的V2V將會(huì)在美國(guó)短期內(nèi)出現(xiàn)一家獨(dú)大的情況，其他發(fā)達(dá)國(guó)家汽車市場(chǎng)肯定也會(huì)持續(xù)跟進(jìn)。

CTS V2X技術(shù)

而2017年，3GPP于2017年宣布了第一套使用與IEEE 802.11p不同的無(wú)線電技術(shù)的V2I和V2V通信的C-V2X物理層標(biāo)準(zhǔn)。DSRC有美國(guó)和歐盟撐腰，但是3GPP實(shí)力也不容小覷，華為、愛立信、英特爾、諾基亞等也在積極推動(dòng)C-V2X 芯片和設(shè)備產(chǎn)業(yè)化，奧迪、豐田等車企紛紛聯(lián)合通信企業(yè)開展C-V2X 技術(shù)測(cè)試。C-V2X 在產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程方面與DSRC的差距逐漸減少。

基于802.11p的DSRC技術(shù)的組網(wǎng)需要新建大量路側(cè)單元roadside unit，這種類基站設(shè)備的新建成本較大，其硬件產(chǎn)品成本也比較高昂。而C-V2X直接利用現(xiàn)有蜂窩網(wǎng)絡(luò)，使用現(xiàn)有基站和頻段，組網(wǎng)成本明顯降低。由于隨著蜂窩通信技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)在LTE布局多年，網(wǎng)絡(luò)覆蓋全國(guó)大部分地區(qū)，是全球最大的LTE市場(chǎng)，5G通信將2020年開始商用，所以在中國(guó)市場(chǎng)我更看好C-V2X。

未來(lái)全球V2X市場(chǎng)可能會(huì)出現(xiàn)DSRC或C-V2X技術(shù)一家獨(dú)大的情況，也可能同時(shí)存在DSRC和C-V2X。如果是一家獨(dú)大的情況，我個(gè)人更傾向認(rèn)為C-V2X會(huì)獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷，從技術(shù)持續(xù)迭代性、可靠性和信號(hào)傳輸遲滯性等來(lái)說(shuō)有較大優(yōu)勢(shì)。

如果同時(shí)存在的話，我傾向認(rèn)為在某一國(guó)家或地區(qū)會(huì)以其中一項(xiàng)技術(shù)為主導(dǎo)，具體以哪一種為主導(dǎo)與當(dāng)時(shí)政府、通信供應(yīng)商、汽車廠商等都有很大的關(guān)系，就像目前各國(guó)發(fā)展不同的3G技術(shù)一樣（CDMA/WCDMA/TD-SCDMA），汽車也可能像多模手機(jī)一樣支持兩種V2X技術(shù)。

未來(lái)隨著通信技術(shù)也是不斷發(fā)展的，也可能會(huì)出現(xiàn)一種新的車載通信協(xié)議，也許技術(shù)更先進(jìn)，同時(shí)取代C-V2X和DSRC技術(shù)。

感謝本文作者（本文作者為國(guó)內(nèi)某大型車企技術(shù)中心智能駕駛運(yùn)動(dòng)控制工程師，作者筆名康斯坦丁一世。）