自動駕駛V2X技術中DSRC和C-V2X技術的進化史

要實現(xiàn)自動駕駛，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技術也被當作自動駕駛的一個感知手段正在被開發(fā)著。近幾年，V2X技術的發(fā)展不能說是不快，至少現(xiàn)在已經(jīng)能夠在路面上看到量產(chǎn)的V2X技術了。本文主要介紹了V2X中，DSRC和C-V2X兩種技術的進化史。

V2X，顧名思義就是vehicle-to-everything，其希望實現(xiàn)車輛與一切可能影響車輛的實體實現(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。

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。DSRC在美國已經(jīng)經(jīng)過多年開發(fā)測試，后期隨著蜂窩移動通信技術發(fā)展才出現(xiàn)了C-V2X（Cellular V2X，即以蜂窩通信技術為基礎的V2X）技術。

DSRC和C-V2X介紹

V2X技術進化史分析

（1）DSRC技術進化史

美國交通局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設備，支持V2V和V2I。至今，美國DSRC技術已經(jīng)經(jīng)過10余年的廣泛測試，技術相對成熟。

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，同時又增加汽車油耗，拉低空氣質(zhì)量。

到了1986年，來自科研機構、交通局等的專家在討論未來交通法規(guī)時認為，未來的交通系統(tǒng)必須要同時要保證安全、解決擁堵并且保護環(huán)境。1990年在德克薩斯州的達拉斯市，針對這個問題的研討達到高潮，與會者提出IVHS，即智能車輛高速系統(tǒng)的概念，這個概念后來發(fā)展成了智能交通系統(tǒng)ITS。

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

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

在自動高速系統(tǒng)試驗之后，1997年USDOT啟動Intelligent Vehicle Initiative智能車輛計劃，目的是加快防碰撞系統(tǒng)的部署。在智能車輛計劃的基礎上，USDOT對改善交通擁堵狀況和改進電子通信技術提出新的要求。2003年12月在馬德里召開的第十屆ITS世界大會上，USDOT宣布在5.9GHz分配75MHz頻譜進行DSRC研究，同時提出VII項目，項目目標是使V2V和V2I技術在小范圍內(nèi)應用測試。

2006年12月，USDOT與五大汽車廠商聯(lián)合測試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的安全設施，主要包含路邊網(wǎng)絡roadside network和車載設備on-board vehicle equipment。

只有當?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，美國眾議院就此事舉行聽證會，NHTSA以及其他利益相關方再次就V2X案件進行辯護。

DSRC技術的產(chǎn)生基于三套標準：

第一個是IEEE 1609，標題為“車載環(huán)境無線接入標準系列（WAVE）”，其定義了網(wǎng)絡的架構和流程。

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

第三個標準是IEEE 802.11p，它定義了汽車相關的“專用短距離通信”（DSRC）的物理標準。

DSRC頂層協(xié)議棧是基于IEEE 1609標準開發(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、物理層和無線鏈路控制是基于IEEE 802.11p。使用IEEE 802.11系列標準的初心是利用WIFI的生態(tài)系統(tǒng)，但是WIFI最初設計用于固定通訊設備，后來制定IEEE 802.11p支持移動通訊設備。

（2）C-V2X技術進化史

隨著蜂窩通信技術的發(fā)展，蜂窩通信扮演的角色越來越重要，現(xiàn)在蜂窩通信技術已經(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技術就是M2M變革的一項應用。

C-V2X是由3GPP（3rd Generation Partnership Project）定義的基于蜂窩通信的V2X技術，它包含基于LTE以及未來5G的V2X系統(tǒng)，是DSRC技術的有力補充。它借助已存在的LTE網(wǎng)絡設施來實現(xiàn)V2V、V2N、V2I的信息交互，這項技術最吸引人的地方是它能緊跟變革，適應于更復雜的安全應用場景，滿足低延遲、高可靠性和滿足帶寬要求。

2015年初，3GPP正式啟動基于C-V2X的技術需求和標準化研究，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；2016年初3GPP 架構工作組啟動C-V2X 架構研究，于2016年底完成標準化。

在C-V2X研究方面，3GPP無線技術工作組于2015年7月啟動SI立項，于2016年6月完成結(jié)項；2015年12月，針對車車直連V2X標準項目“基于LTE PC5接口的V2V”啟動立項，并于2016年9月完成標準化；2016年6月針對車路/車人等V2X 標準項目“基于LTE的V2X業(yè)務”啟動立項，于2017年3月順利完成項目研究。

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

另外，2017年4月在法國巴黎舉行的ISO TC 204 第49次全會上，中國提出的C-V2X標準立項申請獲得通過，確定C-V2X成為ISO ITS系統(tǒng)的候選技術。在2017年9月完成第二階段C-V2X標準發(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技術詳細圖解

3GPP 提出的 C-V2X 技術標準在快速走向產(chǎn)業(yè)化，我國企業(yè)在 3GPP 中主導了部分C-V2X標準的制定及后續(xù)演進技術的研究。

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

華為在2016 推出支持 C-V2X 的車載終端原型機，計劃 2018 年上半年提供C-V2X 測試芯片；

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；

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

奧迪、豐田、上汽、長安、東風等車企紛紛聯(lián)合通信企業(yè)開展 C-V2X 技術測試。

同時，我國于2015 年啟動了基于 C-V2X 技術的車聯(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 技術試驗，并通過北京-保定、重慶、浙江、吉林、湖北、上海、無錫等車聯(lián)網(wǎng)示范區(qū)開展測試和實驗驗證，試驗第一階段計劃于 2017 年底前完成。

根據(jù)目前產(chǎn)業(yè)發(fā)展狀況，C-V2X有望于2018年實現(xiàn)規(guī)模試點或試商用。

V2X技術的未來

2017年，美國、加拿大市場上凱迪拉克CTS將會是首先量產(chǎn)的具備V2V通信功能的汽車。根據(jù)通用汽車的預測，當一個區(qū)域內(nèi)25％的車輛配備V2V技術后，V2V將比較有效地發(fā)揮作用。按照美國目前的車輛報廢周期和報廢率，這將可能需要5年左右的時間。汽車制造商認識到，要實現(xiàn)這一目標，政府需要出臺相關的法律。NHTSA和USDOT持續(xù)支持，美國汽車廠商的不斷跟進，基于DSRC技術的V2V將會在美國短期內(nèi)出現(xiàn)一家獨大的情況，其他發(fā)達國家汽車市場肯定也會持續(xù)跟進。

CTS V2X技術

而2017年，3GPP于2017年宣布了第一套使用與IEEE 802.11p不同的無線電技術的V2I和V2V通信的C-V2X物理層標準。DSRC有美國和歐盟撐腰，但是3GPP實力也不容小覷，華為、愛立信、英特爾、諾基亞等也在積極推動C-V2X 芯片和設備產(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 技術測試。C-V2X 在產(chǎn)業(yè)化進程方面與DSRC的差距逐漸減少。

基于802.11p的DSRC技術的組網(wǎng)需要新建大量路側(cè)單元roadside unit，這種類基站設備的新建成本較大，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，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的發(fā)展，我國在LTE布局多年，網(wǎng)絡覆蓋全國大部分地區(qū)，是全球最大的LTE市場，5G通信將2020年開始商用，所以在中國市場我更看好C-V2X。

未來全球V2X市場可能會出現(xiàn)DSRC或C-V2X技術一家獨大的情況，也可能同時存在DSRC和C-V2X。如果是一家獨大的情況，我個人更傾向認為C-V2X會獨領風騷，從技術持續(xù)迭代性、可靠性和信號傳輸遲滯性等來說有較大優(yōu)勢。

如果同時存在的話，我傾向認為在某一國家或地區(qū)會以其中一項技術為主導，具體以哪一種為主導與當時政府、通信供應商、汽車廠商等都有很大的關系，就像目前各國發(fā)展不同的3G技術一樣（CDMA/WCDMA/TD-SCDMA），汽車也可能像多模手機一樣支持兩種V2X技術。

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

感謝本文作者（本文作者為國內(nèi)某大型車企技術中心智能駕駛運動控制工程師，作者筆名康斯坦丁一世。）