近年來,，隨著汽車保有量持續(xù)增長，道路承載容量在許多城市已達(dá)到飽和,，交通安全,、出行效率、環(huán)境保護(hù)等問題日益突出,。在此背景下,，汽車的智能化和網(wǎng)聯(lián)化作為解決這些問題的重要途徑,，受到了業(yè)界的高度重視。車聯(lián)網(wǎng)的誕生及飛速發(fā)展帶動著汽車產(chǎn)業(yè)變革,，同時(shí)改變著人們的生活,。車聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)中國智能網(wǎng)聯(lián)汽車2025年目標(biāo)的唯一手段(見圖1)。

　　在車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過程中,，無線通信技術(shù)對車聯(lián)網(wǎng)通信的發(fā)展及演進(jìn)起著基石性的關(guān)鍵作用,。在車載終端急速增加、車輛通信需求不斷增強(qiáng)的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代,，如何在高密度場景下滿足車輛通信的低時(shí)延,、高可靠性、高傳輸速率,、高容量等需求,，是無線通信網(wǎng)絡(luò)面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

　　2 車聯(lián)網(wǎng)通信的必要性

　　車聯(lián)網(wǎng)是車與一切事物相聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)(V2X：Vehicle to Everything),，利用車載電子傳感裝置,，通過移動通信技術(shù)、汽車導(dǎo)航系統(tǒng),、智能終端設(shè)備與信息網(wǎng)絡(luò)平臺,，使車與路、車與車,、車與人,、車與互聯(lián)網(wǎng)之間實(shí)時(shí)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)信息互聯(lián)互通,，從而對車,、人、物,、路,、位置等進(jìn)行有效的智能監(jiān)控、調(diào)度,、管理的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。是未來智能汽車,、自動駕駛,、智能交通運(yùn)輸系統(tǒng)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)。

　　作為車輛智能化的單車智能技術(shù),，先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS：Advanced Driver Assistant System)是車輛智能化的初級階段,，屬于提高安全性的主動安全技術(shù)。ADAS利用安裝于車上的各種傳感器(攝像頭,、雷達(dá),、激光和超聲波等),，收集車內(nèi)外的環(huán)境數(shù)據(jù)，進(jìn)行靜,、動態(tài)物體的辨識,、偵測與追蹤從而能夠讓駕駛者在最快的時(shí)間察覺可能發(fā)生的危險(xiǎn)，從而提高安全性,。早期的ADAS技術(shù)主要以被動式報(bào)警為主,，當(dāng)車輛檢測到潛在危險(xiǎn)時(shí)，會發(fā)出警報(bào)提醒駕車者注意異常的車輛或道路情況;而最新的ADAS技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)主動式干預(yù),。但是,，ADAS技術(shù)應(yīng)用上也存在一定的局限性：

　　(1)ADAS以毫米波雷達(dá)加攝像頭的感知系統(tǒng)無法做到全天候全路況的準(zhǔn)確感知。由于ADAS是單車智能技術(shù),，傳感器成本高且作用距離有限,，同時(shí)受到雨雪霧霾等天氣狀況的影響較大，容易造成系統(tǒng)判斷失誤,，從而導(dǎo)致安全事故的發(fā)生,。

　　(2)ADAS技術(shù)不能涵蓋智能交通基本應(yīng)用集合。歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(ETSI：European TelecommunicaTIons Standards InsTItute)在其技術(shù)報(bào)告TR 102 638中定義了智能交通基本應(yīng)用集合,，包含了54個(gè)應(yīng)用,。TelemaTIcs車載信息服務(wù)可提供25個(gè)信息服務(wù)應(yīng)用，ADAS可提供18個(gè)預(yù)警類駕駛輔助應(yīng)用,，但剩余的11個(gè)關(guān)鍵駕駛輔助功能ADAS則無法提供服務(wù),，如交叉口碰撞預(yù)警等。

　　車聯(lián)網(wǎng)V2X技術(shù)能夠?qū)④囕v感知范圍擴(kuò)展到數(shù)百米,，這與ADAS系統(tǒng)中的雷達(dá),、光學(xué)攝像頭的探測范圍相比有很大優(yōu)勢。將車聯(lián)網(wǎng)V2X技術(shù)與ADAS系統(tǒng)的多種探測手段相結(jié)合,，借助融合信息處理技術(shù),，能夠有效提升行車安全和交通效率問題。單車智能化與車聯(lián)網(wǎng)的有機(jī)結(jié)合最終實(shí)現(xiàn)無人駕駛,。

　　3 車聯(lián)網(wǎng)通信場景

　　車聯(lián)網(wǎng)主要包括4個(gè)應(yīng)用場景：車與互聯(lián)網(wǎng)互連(V2N ：Vehicle to Network),、車車互聯(lián)(V2V：Vehicle to Vehicle)、車路互聯(lián)(V2I：Vehicle to Infrastructure)以及車人互聯(lián)(V2P：Vehicle to Pedestrian),，通過人,、車、路的有效協(xié)同實(shí)現(xiàn)智能交通的目的,。

　　(1)V2N是目前應(yīng)用最廣泛的車聯(lián)網(wǎng)場景,，其主要功能是使車輛通過移動網(wǎng)絡(luò)連接到云服務(wù)器，使用云服務(wù)器提供的導(dǎo)航、娛樂和防盜等應(yīng)用,。

　　(2)V2V用于車輛之間的雙向數(shù)據(jù)傳輸,。通過V2V，車輛可實(shí)時(shí)采集周邊車輛的速度,、位置,、方向以及告警等信息，主要應(yīng)用于車輛間防碰撞安全系統(tǒng),。此外,，也可通過車輛間通信實(shí)現(xiàn)圖片、短信,、音視頻等信息的實(shí)施交換功能,。

　　(3)V2I是車輛與道路甚至其他基礎(chǔ)設(shè)施(如交通信號燈、路障等)進(jìn)行通信的應(yīng)用,。通過V2I系統(tǒng),，車輛可獲取交通燈信號時(shí)序等道路管理信息、基于位置的車輛服務(wù)信息,，主要應(yīng)用于實(shí)時(shí)的信息服務(wù),、車輛的運(yùn)行監(jiān)控、電子收費(fèi)的管理等,。

　　(4)V2P是指行人使用移動電子設(shè)備,，如便攜式電腦、智能手機(jī)或其他手持設(shè)備與車載電子設(shè)備之間進(jìn)行的通信,，重要應(yīng)用場景是車輛給道路上行人或非機(jī)動車發(fā)送安全警告,。

　　4 現(xiàn)有車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)比較

　　目前，車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)分為IEEE 802.11p(DSRC專用短程通信使用的底層無線通信技術(shù))和3GPP C-V2X(基于蜂窩網(wǎng)的V2X無線通信技術(shù))兩個(gè)陣營,。

　　4.1 DSRC/IEEE 802.11p

　　專用短程通信(DSRC：Dedicated Short Range CommunicaTIons)是一種短程無線通信技術(shù),，專門用于V2VV2I的通信標(biāo)準(zhǔn)。DSRC可以實(shí)現(xiàn)小范圍內(nèi)圖像,、語音和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí),、準(zhǔn)確和可靠地雙向傳輸。DSRC發(fā)展相對成熟,，國際上DSRC標(biāo)準(zhǔn)主要有歐,、美、日三大陣營,，美國的ASTM/IEEE,，日本的ARIBSTD-T75和ARIBSTD-T88標(biāo)準(zhǔn)以及歐洲的CEN/TC278。

　　為了促進(jìn)DSRC的標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)化,，IEEE2004年成立了車輛無線接入(WAVE)工作組，負(fù)責(zé)研究美國ASTM制定的5.9 GHz頻段DSRC標(biāo)準(zhǔn)，并對其進(jìn)行升級完善,，設(shè)計(jì)制定統(tǒng)一的,、全球通用的車聯(lián)網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)。2010年7月,，WAVE工作組正式發(fā)布了IEEE 802.11p車聯(lián)網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn),，實(shí)現(xiàn)了DSRC標(biāo)準(zhǔn)向802.11p協(xié)議和IEEE 1069/WAVE(Wireless Access in the Vehicles Environment)系列標(biāo)準(zhǔn)的融合演進(jìn)。

　　IEEE 802.11p是一個(gè)由IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)充的通信協(xié)議,，能夠支持相鄰車輛之間行車安全數(shù)據(jù)的相互通信和數(shù)據(jù)交換,，符合智能交通系統(tǒng)的相關(guān)應(yīng)用。從技術(shù)上來看,，IEEE 802.11p標(biāo)準(zhǔn)對IEEE 802.11進(jìn)行了多項(xiàng)針對車輛特殊環(huán)境的改進(jìn),，例如增強(qiáng)了熱點(diǎn)間切換、更好地支持移動環(huán)境,、增強(qiáng)了安全性,、加強(qiáng)了身份認(rèn)證等。

　　IEEE 1609系列標(biāo)準(zhǔn)則是為了完善DSRC標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用層功能而提出,，是以IEEE802.11p標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的高層系列標(biāo)準(zhǔn),，定義了包括車輛之間以及車輛與路邊基礎(chǔ)設(shè)施之間的數(shù)據(jù)交換格式以及安全等。

　　4.2 3GPP C-V2X

　　C-V2X(Cellular Based V2X)是基于移動蜂窩網(wǎng)的車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù),。以LTE蜂窩網(wǎng)絡(luò)作為基礎(chǔ)的C-V2X稱為LTE-V2X,，3GPP已于2017年3月完成LTE-V2X的標(biāo)準(zhǔn)制定工作。未來基于5G New Radio(新空口)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的C-V2X稱為NR-V2X,。

　　LTE-V2X系統(tǒng)的空中接口分為兩種,，一種是Uu接口，需要基站作為控制中心,，車輛與基礎(chǔ)設(shè)施,、其他車輛之間需要通過將數(shù)據(jù)在基站進(jìn)行中轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)通信;另一種是PC5接口，可以實(shí)現(xiàn)車輛間數(shù)據(jù)的直接傳輸(見圖2),。LTE-V2X的工作場景有兩種,，一種是基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋的場景，此時(shí)即可以由蜂窩網(wǎng)絡(luò)的Uu接口提供服務(wù),，實(shí)現(xiàn)大帶寬,、大覆蓋通信，也可以通過PC5接口提供服務(wù),，實(shí)現(xiàn)車輛與周邊環(huán)境節(jié)點(diǎn)低時(shí)延,、高可靠的直接通信;另一種是獨(dú)立于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的工作場景，在無網(wǎng)絡(luò)部署的區(qū)域通過PC5接口提供車聯(lián)網(wǎng)道路服務(wù),，滿足行車安全需求,。在有蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋的場景下，數(shù)據(jù)傳輸可以在Uu接口和PC5接口之間進(jìn)行靈活的無縫切換。

　　LTE-V2X的Uu接口在LTE的Uu接口基礎(chǔ)上進(jìn)行了針對性的增強(qiáng),，例如優(yōu)化了LTE廣播多播技術(shù)來有效支持車聯(lián)網(wǎng)這種廣播范圍小且區(qū)域靈活可變的業(yè)務(wù),，對控制信道進(jìn)行裁剪以便進(jìn)一步降低延遲。

　　LTE-V2X的PC5接口是在Release 12 LTE-D2D(Device to Device)基礎(chǔ)上進(jìn)行了多方面的增強(qiáng)設(shè)計(jì),，從而支持車輛之間的車輛動態(tài)信息(例如位置,、速度、行駛方向等)的快速交換和高效的無線資源分配機(jī)制,，此外,，還對物理層結(jié)構(gòu)進(jìn)行了增強(qiáng)以便支持更高的移動速度(500km/h)。

　　4.3 802.11p和LTE-V2X的比較

　　802.11p具有客觀的先發(fā)優(yōu)勢,，技術(shù)趨于成熟,。而LTE-V2X作為一種基于LTE演進(jìn)的車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，則具備諸多后發(fā)優(yōu)勢,。

　　(1)技術(shù)層面

　　LTE-V2X在設(shè)計(jì)過程中充分借鑒了802.11p的經(jīng)驗(yàn)和不足,，在系統(tǒng)容量、覆蓋范圍等方面具有顯著的性能優(yōu)勢,，LTE-V2X采用集中式控制傳輸與分布式傳輸相結(jié)合的方式,，將V2N、V2I,、V2V以及V2P結(jié)合成一個(gè)有機(jī)整體,。LTE-V2X底層具備更好的鏈路預(yù)算，借助更加精細(xì)的信道設(shè)計(jì)及資源分配方案來獲得高可靠,、廣覆蓋,、低時(shí)延的傳輸保障。而802.11p是一個(gè)純粹的分布式系統(tǒng),，無法實(shí)現(xiàn)整體最優(yōu),。二者在技術(shù)層面的具體比較如表1所示。

　　(2)終端層面

　　一方面,，LTE-V2X的Telematics模塊和V2X通信模塊可共用同一塊芯片,，有效降低芯片復(fù)雜度，從而降低芯片成本;另一方面,，LTE-V2X進(jìn)一步豐富了Telematics車載信息服務(wù),，讓用戶更愿意續(xù)費(fèi)Telematics業(yè)務(wù);同時(shí)，Telematics的滲透率也提升了V2X的滲透率,。

　　(3)產(chǎn)業(yè)層面

　　首先,，LTE-V2X借助成熟的LTE網(wǎng)絡(luò)及產(chǎn)業(yè)鏈，通過對現(xiàn)有的LTE網(wǎng)絡(luò)基站設(shè)備進(jìn)行升級就可以實(shí)現(xiàn)部署,，不需要再鋪設(shè)大量的基礎(chǔ)設(shè)施通信模塊,，產(chǎn)業(yè)更容易快速發(fā)展起來,。來自GSA的最新報(bào)告顯示[6]，截至2017年1月末,，全球運(yùn)營商已經(jīng)簽署764張LTE網(wǎng)絡(luò)合同,，覆蓋196個(gè)國家，其中,，已經(jīng)商用部署的網(wǎng)絡(luò)達(dá)到581張。LTE成熟的生態(tài)系統(tǒng)吸引電信運(yùn)營商,，通信設(shè)備制造商和汽車企業(yè)基于現(xiàn)有的LTE網(wǎng)絡(luò)和技術(shù)支持車聯(lián)網(wǎng)通信,，從而LTE-V2X成為自然的選擇。其次,，LTE-V2X是運(yùn)營商增加新連接(車,、自行車、摩托,、行人等)的重要卡位,。基于LTE-V2X,，運(yùn)營商可以自然地參與到車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)中來,，提供車連網(wǎng)相關(guān)業(yè)務(wù)，如具有最核心的競爭力的連接,、數(shù)據(jù),、服務(wù)等業(yè)務(wù)。此外,，LTE-V2X是中國主導(dǎo)的車聯(lián)網(wǎng)技術(shù),，有利于國內(nèi)企業(yè)規(guī)避專利風(fēng)險(xiǎn)，有利于發(fā)揮中國影響力并擴(kuò)展到其他國家,。

　　綜上所述,，盡管802.11p具備先發(fā)優(yōu)勢，技術(shù)和產(chǎn)業(yè)相對成熟,，但其僅支持車車,、車路之間的直接通信，從智能交通長遠(yuǎn)發(fā)展的角度來看,，以LTE-V2X為代表的C-V2X技術(shù)實(shí)現(xiàn)了直通和蜂窩模式的融合,，未來可以平滑演進(jìn)到5G，應(yīng)用前景更加光明,。

　　5 5G車聯(lián)網(wǎng)通信

　　作為智能駕駛的最終形式,，自動駕駛汽車技術(shù)依靠通信、人工智能,、視覺計(jì)算,、雷達(dá),、監(jiān)控裝置和全球定位系統(tǒng)協(xié)同合作，讓電腦可以在沒有任何人類主動的操作下,，自動安全地操作車輛,。未來車輛在進(jìn)行自動駕駛與車聯(lián)網(wǎng)通信的過程中，需要進(jìn)行海量,、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)交互,。自動駕駛汽車和車聯(lián)網(wǎng)通信的實(shí)現(xiàn)還需要網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸汽車導(dǎo)航信息、位置信息以及汽車各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)到云端或其他車輛終端,，需要更高的網(wǎng)絡(luò)帶寬和更低的網(wǎng)絡(luò)延時(shí),，而這僅靠LTE-V2X和DSRC等通信技術(shù)還無法實(shí)現(xiàn)。

　　相對于目前的車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù),，5G系統(tǒng)的關(guān)鍵能力指標(biāo)都有極大提升,。5G網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延可達(dá)毫秒級，滿足車聯(lián)網(wǎng)的嚴(yán)苛要求,，保證車輛在高速行駛中的安全;5G峰值速率可達(dá)以10~20Gbit/s,，連接數(shù)密度可達(dá)100萬個(gè)/km2，可滿足未來車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的車輛與人,、交通基礎(chǔ)設(shè)施之間的通信需求,。

　　目前，5G V2X正處于業(yè)務(wù)場景和需求確定階段,。3GPP的需求組(SA1)已經(jīng)基本完成5G V2X的業(yè)務(wù)場景及需求的討論,，并在技術(shù)報(bào)告TR 22.886中將25個(gè)5G V2X業(yè)務(wù)場景分成了4組(見圖3)，具體包括：

　　●車輛編隊(duì)(Vehicles Platoonning)：車輛編隊(duì)使車輛動態(tài)形成編隊(duì)一起行駛,。編隊(duì)中的所有車輛從編隊(duì)頭車獲取信息來管理這個(gè)編隊(duì),，這些管理信息使車輛能夠以比正常行駛更接近(編隊(duì)車輛之間間隔僅2~5m)更協(xié)調(diào)的方式同向行駛。

　　●擴(kuò)展傳感器(Extended Sensors)：擴(kuò)展傳感器使車輛之間,、車和路邊單元之間,、車和行人之間以及車和V2X服務(wù)器之間可以交互本地傳感器信息和實(shí)時(shí)視頻圖像信息等，車輛可以獲得額外的環(huán)境感知能力,，更全面地了解周邊環(huán)境,。

　　●先進(jìn)駕駛(Advanced Driving)：先進(jìn)駕駛用于支持半自動或全自動駕駛。每個(gè)車輛把通過自身傳感器獲得的感知數(shù)據(jù)以及自身的駕駛意圖分享給周圍車輛,，從而支持多個(gè)車輛之間同步和協(xié)調(diào)他們的行駛軌跡,。

　　●遠(yuǎn)程駕駛(Remote Driving)：遠(yuǎn)程駕駛使遠(yuǎn)程司機(jī)或車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)器遙控車輛的行駛，適用于乘客不能自己駕車或遠(yuǎn)程車輛處于危險(xiǎn)環(huán)境中等特殊場景,。高可靠性和低延遲通信是遠(yuǎn)程駕駛的主要要求,。

　　3GPP需求組從無線通信角度為5G V2X業(yè)務(wù)場景定義了相應(yīng)的需求，具體如表2所示,。

　　如何在高密度車輛場景下滿足5G V2X通信的低時(shí)延,、高可靠性,、高傳輸速率、高容量等需求,，是5G車聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)面臨的挑戰(zhàn),，也是5G車聯(lián)網(wǎng)的重點(diǎn)研究工作。3GPP RAN在2017年3月的第75次全會確定,，將從2017年第三季度開始研究5G V2X的可用頻譜,、信道模型以及評估假設(shè)并有望于2018年啟動基于5G新空口的V2X通信技術(shù)的研究，預(yù)計(jì)在2020年左右完成標(biāo)準(zhǔn)工作,?！?/p>

　6 展望

　　盡管車聯(lián)網(wǎng)通信的標(biāo)準(zhǔn)化工作已經(jīng)基本完成，但由于涉及領(lǐng)域多,、影響面大，無論是北美,、歐盟以及日本這些發(fā)達(dá)國家還是我國,，車聯(lián)網(wǎng)尚處于測試推廣階段，還未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的商用,。隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展,，無論是從道路交通安全、道路擁堵,、尾氣排放等角度,，還是從消費(fèi)者的需求角度，車聯(lián)網(wǎng)通信實(shí)際商用需盡早提上日程,。

　　整體而言,，目前在中國，基于蜂窩網(wǎng)的車聯(lián)網(wǎng)通信在政府的大力支持下發(fā)展態(tài)勢很好,，LTE-V2X技術(shù)有望于2018—2019年在中國率先實(shí)現(xiàn)商用部署,。未來，LTE-V2X技術(shù)將逐漸升級到5G V2X技術(shù)并長期保持后向兼容,，為實(shí)現(xiàn)中國智能網(wǎng)聯(lián)汽車2025目標(biāo)提供有力支撐,。