V2X的標(biāo)準(zhǔn)之爭(zhēng) - 談車聯(lián)網(wǎng)之前，先聊聊V2X技術(shù)

V2X的標(biāo)準(zhǔn)之爭(zhēng)

目前主要有專用短程通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（DSRC）與研制中的基于 4.5G/5G 的 LTE-V 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在性能上符合需求，V2X的主流通信標(biāo)準(zhǔn)之爭(zhēng)將在這兩者之間展開(kāi)。當(dāng)前智能交通系統(tǒng) ITS 正處在第三階段，5G 標(biāo)準(zhǔn)在 LTE-V 的基礎(chǔ)上，為滿足未來(lái)自動(dòng)駕駛的需求，性能指標(biāo)會(huì)更進(jìn)一步提升。

DSRC技術(shù)概要

DSRC由物理層標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.11p又稱為WAVE（Wireless Access in Vehicular Environment）及網(wǎng)絡(luò)層標(biāo)準(zhǔn)IEEE 1609所構(gòu)成，在此基礎(chǔ)之上，美國(guó)汽車工程師協(xié)會(huì)（Society of Automotive Engineers，SAE）規(guī)范V2V與V2I信息的內(nèi)容與結(jié)構(gòu)，歐洲相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)由ETSI CT-ITS所規(guī)范。IEEE802.11p由IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)充，專門(mén)應(yīng)用于車用環(huán)境的無(wú)線通信技術(shù)，支持915MHz與5.9 GHz。

802.11p物理層架構(gòu)與802.11a大致相同，采用正交多頻分工（Orthogonal Frequency-division Multiplexing，OFDM）調(diào)變技術(shù)，且52個(gè)子載波可支持正交振幅調(diào)變（Quadrature Amplitude Modulation，QAM）、相位移鍵調(diào)變（Phase-shift keying，PSK）等調(diào)變技術(shù)，同時(shí)搭配向前錯(cuò)誤校正技術(shù)（Forward Error Correction，F(xiàn)EC），減少信息重新傳輸所發(fā)生的延遲情況，能夠因應(yīng)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(yuǎn)可達(dá)1，000公尺，以頻道帶寬10 MHz為單位，傳輸速率最高為27 Mbit/s，允許在車速260km/h下進(jìn)行車與車之間以及車與道路設(shè)備之間的信息傳輸。

DSRC系統(tǒng)包含車載裝置（On Board Unit，OBU）與路側(cè)裝置（Road Site Unit，RSU）兩項(xiàng)重要組件，透過(guò)OBU與RSU提供車間與車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(tái)（圖1）。由于車間與車路通訊應(yīng)用情境復(fù)雜，汽車數(shù)量多寡、距離與道路氣候等都會(huì)影響無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的通訊，通訊速度與質(zhì)量將對(duì)用路人安全造成極大影響，因此車聯(lián)網(wǎng)安全應(yīng)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(yīng)用通訊延遲容許范圍定在50ms內(nèi)，最多不超過(guò)100ms，允許接收訊息后有足夠反應(yīng)時(shí)間。

圖1　DSRC技術(shù)包含車載單元與路側(cè)單元，可以支持車與車之間和車與路側(cè)設(shè)備的雙向數(shù)據(jù)傳輸。

LTV-V技術(shù)概要

車間與車路間的通訊技術(shù)除DSRC外，華為、高通（Qualcomm）等網(wǎng)通廠商積極推動(dòng)以LTE網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的LTE V2X技術(shù)，3GPP自2015年底將LTE-V技術(shù)納入Release 14標(biāo)準(zhǔn)制定，目前于SA WG1內(nèi)進(jìn)行相關(guān)服務(wù)之研究及討論。

德國(guó)電信亦宣布將與華為、豐田（Toyota）及奧迪（Audi）汽車合作，在因哥爾斯塔特高速公路的測(cè)試場(chǎng)域上進(jìn)行LTE-V技術(shù)實(shí)證。德國(guó)電信將在LTE基地臺(tái)上設(shè)置華為供應(yīng)的LTE-V硬件，Toyota及Audi車載LTE-V裝置同樣由華為提供。中國(guó)政府也看好LTE應(yīng)用于車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中，由中國(guó)信息通信研究院主導(dǎo)成立LTE-V核心工作組，在中國(guó)通訊標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)與3GPP架構(gòu)下推動(dòng)LTE-V的標(biāo)準(zhǔn)化與商業(yè)化發(fā)展。

在3GPP架構(gòu)下，與V2X相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)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(duì)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(biāo)準(zhǔn)制定，LTE Direct可自動(dòng)搜尋鄰近上千臺(tái)裝置，能夠讓處于LTE訊號(hào)覆蓋范圍內(nèi)外之車輛、路側(cè)裝置等在不透過(guò)基地臺(tái)情形下相互溝通（圖2）。

圖2　LTE-V可以再細(xì)分為L(zhǎng)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(tái)提供服務(wù)，后者則類似DSRC，可實(shí)現(xiàn)直接聯(lián)機(jī)。

3GPP于TS 22.185文件中描述LTE-V應(yīng)用情境與傳輸要求，LTE-V應(yīng)用情境包含LTE網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)及范圍外的V2V、車對(duì)基礎(chǔ)建設(shè)/網(wǎng)絡(luò)（V2I/N）及車對(duì)行人（V2P）等。傳輸部分須達(dá)到支持最大相對(duì)速度280km/h、絕對(duì)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(yùn)作可分為L(zhǎng)TE覆蓋范圍外的V2X通訊，單一營(yíng)運(yùn)商透過(guò)基地臺(tái)管理的V2X通訊以及多營(yíng)運(yùn)商透過(guò)基地臺(tái)管理的V2X通訊等。3GPP認(rèn)為，在多營(yíng)運(yùn)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(qū)域內(nèi)僅有一家營(yíng)運(yùn)商有基地臺(tái)，該營(yíng)運(yùn)商與其他營(yíng)運(yùn)商分享基地臺(tái)提供包含V2X等多種服務(wù)；

第二，特定區(qū)域內(nèi)僅有一家營(yíng)運(yùn)商擁有V2X頻段，該營(yíng)運(yùn)商分享基地臺(tái)給其他營(yíng)運(yùn)商限定提供V2X服務(wù)；

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

DSRC、LTE標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

在標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)程與導(dǎo)入方面，DSRC發(fā)展較成熟，美國(guó)、歐洲等國(guó)家已提出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，LTE-V目前已在3GPP進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)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(cè)設(shè)備，將增加導(dǎo)入成本與時(shí)間，LTE-V則能夠整合既有的基地臺(tái)裝置，不需要大量布建新基礎(chǔ)建設(shè)，可縮短導(dǎo)入時(shí)間，兩者之間互有優(yōu)勢(shì)。

DSRC關(guān)鍵指標(biāo)：支持車速 200km/h，反應(yīng)時(shí)間 100ms，數(shù)據(jù)傳輸速率平均 12Mbps（最大27Mbps），傳輸范圍 1km。根據(jù)美國(guó)交通運(yùn)輸部的報(bào)告，違反交通信號(hào)燈指示的時(shí)延要求是小于100ms；車輛防碰撞指示的時(shí)延要求是小于20ms。

LTE-V-Cell 關(guān)鍵指標(biāo)：傳輸帶寬最高可擴(kuò)展至100MHz，峰值速率上行500Mbps，下行1Gbps，時(shí)延用戶面時(shí)延≤10ms，控制面時(shí)延≤50ms，支持車速 500km/h，覆蓋范圍與 LTE 范圍類似。LTE-V-Direct 目前還沒(méi)有詳細(xì)的技術(shù)指標(biāo)，據(jù)悉 LTE-D 具備能尋找 500 公尺內(nèi)數(shù)以千計(jì)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(nèi)通訊。

表：LTE-V 與 DSRC 優(yōu)劣勢(shì)對(duì)比

總結(jié)

車間與車路間通訊技術(shù)可協(xié)助提升車輛安全，也是未來(lái)自動(dòng)駕駛車輛的關(guān)鍵技術(shù)之一，DSRC與LTE-V都利用車載裝置間以及車輛與路側(cè)裝置間進(jìn)行信息交換，達(dá)到實(shí)時(shí)信息傳遞，提供駕駛者判斷或車輛自動(dòng)控制，兩者在技術(shù)上都必須達(dá)到一定傳輸要求來(lái)實(shí)現(xiàn)車輛安全應(yīng)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(shù)據(jù)場(chǎng)景下的應(yīng)用，我們中長(zhǎng)期看好 LTE-V/5G 在車聯(lián)網(wǎng) V2X 領(lǐng)域的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

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