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自動駕駛的必由之路：一部V2X技術的進化史
雷鋒網(公眾號：雷鋒網)·新智駕按：本文來自國內某大型車企技術中心智能駕駛運動控製工程師的投稿，作者筆名賈斯汀一世。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，其希望實現車輛與一切可能影響車輛的實體實現信息交互，目的是減少事故發生，減緩交通擁堵，降低環境汙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早期主要是基於DSRC，全稱是dedicated short range communication，專用短距離通信技術。DSRC在美國已經經過多年開發測試，後期隨著蜂窩移動通信技術發展才出現了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
（1）DSRC技術進化史
美國交通局USDOT基於2004 - 2008年交通事故分析得出以下結論：使用V2X係統可以降低450萬起碰撞事故（占多車碰撞總數的81%），為此USDOT要求OEM廠商最遲在2019年底及以後生產的汽車要安裝DSRC設備，支持V2V和V2I。至今，美國DSRC技術已經經過10餘年的廣泛測試，技術相對成熟。
講V2X的曆史，就必須要首先提到智能交通係統ITS。1950 - 1980年，美國各州廣泛興建州際公路、高速公路，隨之出現了新的問題：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時認為，未來的交通係統必須要同時要保證安全、解決擁堵並且保護環境。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，即智能車輛高速係統的概念，這個概念後來發展成了智能交通係統ITS。
智能車輛高速係統
1991年，ITS概念成為聯合運輸效率法案（Intermodal Surface Transportation Efficiency Act，簡稱ISTEA）的一部分。此外，ISTEA還出資66億美元用於未來6年的ITS係統的研究及測試。
1992年，USDOT在ITS的研究中啟動了Automated Highway System自動高速係統的項目，目的是解放駕駛員的手腳，車輛需要在專門設有磁釘的道路上行駛，這也是曆史上第一次實現車輛與高速公路的互聯。
在自動高速係統試驗之後，1997年USDOT啟動Intelligent Vehicle Initiative智能車輛計劃，目的是加快防碰撞係統的部署。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月在馬德裏召開的第十屆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技術在小範圍內應用測試。
2006年12月，USDOT與五大汽車廠商聯合測試V2V和V2I在防碰撞係統中的作用，並確立新型以通信為基礎的安全設施，主要包含路邊網絡roadside network和車載設備on-board vehicle equipment。
隻有當道路上有足夠多的車輛支持V2V通訊，V2V的作用才能得到充分體現。為此在2014年8月，NHTSA和USDOT提出FMVSS No.150法案，法案強製要求新生產的輕型汽車（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技術的產生基於三套標準：
第一個是IEEE 1609，標題為“車載環境無線接入標準係列（WAVE）”，其定義了網絡的架構和流程。
第二個是SAE J2735和SAE J2945，它們定義了消息包中攜帶的信息。該數據將包括來自汽車上的傳感器的信息，例如位置，行進方向，速度和刹車信息。
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頂層協議棧是基於IEEE 1609標準開發的，V2V信息交互是使用輕量WSMP（WAVE Short Message Protocol）而不是WIFI使用的TCP/IP協議，TCP/IP協議用於V2I和V2N信息交互。DSRC底層、物理層和無線鏈路控製是基於IEEE 802.11p。使用IEEE 802.11係列標準的初心是利用WIFI的生態係統，但是WIFI最初設計用於固定通訊設備，後來製定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展，蜂窩通信扮演的角色越來越重要，現在蜂窩通信技術已經從單純的傳遞聲音變成向傳遞音頻、數據轉變，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）定義的基於蜂窩通信的V2X技術，它包含基於LTE以及未來5G的V2X係統，是DSRC技術的有力補充。它借助已存在的LTE網絡設施來實現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，適應於更複雜的安全應用場景，滿足低延遲、高可靠性和滿足帶寬要求。
2015年初，3GPP正式啟動基於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，於2016年3月完成結項；2016年初3GPP 架構工作組啟動C-V2X 架構研究，於2016年底完成標準化。
在C-V2X研究方麵，3GPP無線技術工作組於2015年7月啟動SI立項，於2016年6月完成結項；2015年12月，針對車車直連V2X標準項目“基於LTE PC5接口的V2V”啟動立項，並於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“基於LTE的V2X業務”啟動立項，於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，這標誌著3GPP完成了LTE -V第一階段的標準，即基於終端直通（D2D）模式的車車通信（V2V）標準化，通過深入研究引入了更優化的物理層解調參考信號、資源調度、幹擾協調等技術。
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係統的候選技術。在2017年9月完成第二階段C-V2X標準發布，包括基於蜂窩網的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業化，我國企業在 3GPP 中主導了部分C-V2X標準的製定及後續演進技術的研究。
大唐基於自主研發的芯片級解決方案，於 2016 年11 月發布了 C-V2X 車載終端和路側通信測試設備，計劃 2017 年底發布基於 3GPP R14C-V2X 的預商用通信模組，商用芯片研發計劃已納入日程；
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 商用芯片組於2018 年下半年出樣；
國際通信企業愛立信、英特爾、諾基亞等也在積極推動 C-V2X 芯片和設備產業化；
奧迪、豐田、上汽、長安、東風等車企紛紛聯合通信企業開展 C-V2X 技術測試。
同時，我國於2015 年啟動了基於 C-V2X 技術的車聯網頻譜研究， 2016 年 11 月工業和信息化部正式劃分 5905-5925MHz 用於 C-V2X 技術試驗，並通過北京-保定、重慶、浙江、吉林、湖北、上海、無錫等車聯網示範區開展測試和實驗驗證，試驗第一階段計劃於 2017 年底前完成。
根據目前產業發展狀況，C-V2X有望於2018年實現規模試點或試商用。
V2X技術的未來
2017年，美國、加拿大市場上凱迪拉克CTS將會是首先量產的具備V2V通信功能的汽車。根據通用汽車的預測，當一個區域內25％的車輛配備V2V技術後，V2V將比較有效地發揮作用。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。汽車製造商認識到，要實現這一目標，政府需要出台相關的法律。NHTSA和USDOT持續支持，美國汽車廠商的不斷跟進，基於DSRC技術的V2V將會在美國短期內出現一家獨大的情況，其他發達國家汽車市場肯定也會持續跟進。
CTS V2X技術
而2017年，3GPP於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 芯片和設備產業化，奧迪、豐田等車企紛紛聯合通信企業開展C-V2X 技術測試。C-V2X 在產業化進程方麵與DSRC的差距逐漸減少。
基於802.11p的DSRC技術的組網需要新建大量路側單元roadside unit，這種類基站設備的新建成本較大，其硬件產品成本也比較高昂。而C-V2X直接利用現有蜂窩網絡，使用現有基站和頻段，組網成本明顯降低。由於隨著蜂窩通信技術的發展，我國在LTE布局多年，網絡覆蓋全國大部分地區，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，從技術持續迭代性、可靠性和信號傳輸遲滯性等來說有較大優勢。
如果同時存在的話，我傾向認為在某一國家或地區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係，就像目前各國發展不同的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展的，也可能會出現一種新的車載通信協議，也許技術更先進，同時取代C-V2X和DSRC技術。
本文作者：賈斯汀一世
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最後更新：2017-11-06 16:34:07