中美貿(mào)易戰(zhàn)下的V2X該何去何從

徐景洋 張楠 王亞飛 時旭

摘 要：自2018年4月16日，美國商務(wù)部以中興違反了美國限制向伊朗出售美國技術(shù)的制裁條款為理由，宣布未來7年禁止美國公司向中興通訊銷售零部件、商品、軟件和技術(shù)以此來制裁中興通訊，在這之后美國又故技重施以同樣的理由開始了司法部對華為的調(diào)查。我們不免為華為在車聯(lián)網(wǎng)V2X相關(guān)領(lǐng)域的研究進程發(fā)起擔(dān)憂，進而擔(dān)憂國內(nèi)研發(fā)車聯(lián)網(wǎng)V2X的進程。華為于2018世界移動大會期間發(fā)布了首款商用C-V2X解決方案RSU（路邊單元），這說明華為在艱難的國外打壓環(huán)境下還是能抵擋住壓力的，國內(nèi)車聯(lián)網(wǎng)V2X領(lǐng)域的研究是基于LTE-V技術(shù)，是國內(nèi)自主研發(fā)技術(shù)，而非美國主導(dǎo)的DSRC技術(shù)。中國在車聯(lián)網(wǎng)V2X研究方面，從標(biāo)準(zhǔn)到模組再到芯片全程參與，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，美國無法從中干預(yù)，也不必受限于美國，所以從實際情況來看，我們對國內(nèi)車聯(lián)網(wǎng)V2X的發(fā)展是多慮了。那么車聯(lián)網(wǎng)V2X到底是什么？為何國內(nèi)和國外的汽車廠商、零部件廠商、互聯(lián)網(wǎng)廠商、通信廠商等等一系列相關(guān)企業(yè)都將目光聚焦于車聯(lián)網(wǎng)V2X？而這其中所涉及到的關(guān)鍵技術(shù)又是什么？為何中國使用LTE-V，而美國使用DSRC？中美貿(mào)易戰(zhàn)下的V2X該何去何從？這一系列問題會在本文中得到解答。

關(guān)鍵詞：智能車;車聯(lián)網(wǎng);V2X;LTE-V;5G

1 V2X概述

V2X是Vehicle to Everything的簡稱，簡單來說就是車與一切事物相連，其主要功能是通過特定通信技術(shù)實現(xiàn)車輛與外界一切事物的信息交互，比如實時路況、車輛信息、道路信息、行人信息等一系列交通信息的交互，從而減少事故發(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是唯一不受天氣狀況影響的車用傳感技術(shù)，無論雨、雪、霧或強光照射都不會影響其正常工作。

V2X主要分為三大類：V2V車對車（Vehicle to Vehicle）、V2I車對基礎(chǔ)設(shè)施（Vehicle to Infrastructure）和V2P車對行人（Vehicle to Pedestrian），其技術(shù)是基于物聯(lián)網(wǎng)之上，運用IEEE802.11p協(xié)議、D2D設(shè)備對設(shè)備（Device to Device）技術(shù)、蜂窩網(wǎng)絡(luò)以及其他信息通信技術(shù)等面向應(yīng)用的深入研究。

2 V2X 兩大技術(shù)陣營

V2X技術(shù)現(xiàn)在有兩大技術(shù)陣營，一是DSRC，二是LTE-V。

DSRC（Dedicated Short Range Communications）是一種高效的無線通信技術(shù)，它可以實現(xiàn)在特定的小區(qū)域內(nèi)，通常為數(shù)十米的范圍，對高速運動下的移動目標(biāo)進行感知和雙向通信，例如車輛的“車-路”、“車-車”雙向通信，實時傳輸圖像、語音和數(shù)據(jù)等信息，將車輛和道路有機連接。DSRC廣泛地應(yīng)用在停車場、出入控制、車隊管理、信息服務(wù)等場景，并在區(qū)域分割功能即小區(qū)域內(nèi)車輛識別、駕駛員識別、路網(wǎng)與車輛之間信息交互等方面具備得天獨厚的優(yōu)勢。

DSRC是基于IEEE 802.11p底層通信協(xié)議與IEEE 1609系列標(biāo)準(zhǔn)所構(gòu)成的技術(shù)，目前為美國等國家廣泛應(yīng)用于智能交通領(lǐng)域，標(biāo)準(zhǔn)由美國、歐洲和日本主導(dǎo)。DSRC標(biāo)準(zhǔn)確立時間較早，發(fā)展歷史較長，已有十余年的發(fā)展歷程。1999年10月，在USDOT（Department of Transportation）美國交通運輸部和產(chǎn)業(yè)界多年研究和推動下，F(xiàn)CC（Federal Communications Commission）美國聯(lián)邦通信委員會批準(zhǔn)將5.9GHz內(nèi)的75MHz（5850-5925MHz）頻率作為專用頻率分配給DSRC，以IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers）電氣和電子工程師協(xié)會和SAE（Society of Automotive Engineers）機動車工程師學(xué)會為主的標(biāo)準(zhǔn)化組織，聯(lián)合制定了適用于汽車行駛環(huán)境和智能交通應(yīng)用的一系列 DSRC 標(biāo)準(zhǔn)，包括IEEE 802.11p、IEEE 1609系列和SAE J2735、J2945標(biāo)準(zhǔn)。

LTE-V是基于4G（4.5G）的專用通信技術(shù)，用于實現(xiàn)車輛間和車輛與道路通信設(shè)施間以及車輛與便攜設(shè)備間的通信，能夠處理多應(yīng)用類型，從智能網(wǎng)聯(lián)汽車娛樂應(yīng)用到智能網(wǎng)聯(lián)汽車安全應(yīng)用均有涉及，一方面為提升車內(nèi)娛樂交互性能，另一方面為提高用戶和車輛的出行效率，規(guī)避交通事故，保障乘客的人身安全。

與DSRC單一直連的工作模式不同，LTE-V有兩種工作模式，一種是LTE-V-Cell，另一種是LTE-V-Direct。LTE-V-Cell是借助已有的蜂窩網(wǎng)絡(luò)，支持大帶寬、大覆蓋通信，滿足Telematics應(yīng)用需求;LTE-V-Direct是獨立于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)車輛與周邊環(huán)境節(jié)點低時延、高可靠的直接通信，滿足行車安全需求。這兩種工作模式又分別稱為集中式和分布式，見圖2。

2016年國家無線電委員會確定了我國的V2X專用頻譜，同年11月工信部批復(fù)IMT-2020（5G）推進組和車載信息服務(wù)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用聯(lián)盟將5.905-5.925GHz（20MHz帶寬）作為LTE-V2X直接通信技術(shù)的頻段，開展通信性能和互操作測試，證實了中國V2X車聯(lián)網(wǎng)采用LTE-V這一技術(shù)方向。2017年9月中旬，在中國智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟牽頭下，通用汽車、長安汽車、清華大學(xué)、上海國際汽車城等16家單位正式發(fā)布國內(nèi)首個V2X應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn)，即《合作式智能交通系統(tǒng)——車用通信系統(tǒng)應(yīng)用層及應(yīng)用數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)》。2018年6月末，工信部又發(fā)布了《車聯(lián)網(wǎng)（智能網(wǎng)聯(lián)汽車）直連通信使用5905-5925MHz頻段的管理規(guī)定（征求意見稿）》，這一系列舉措都代表著國家推動車聯(lián)網(wǎng)新興技術(shù)發(fā)展的力度以及對LTE-V2X必將超越DSRC的信心，見圖3。

3 DSRC與LTE-V優(yōu)劣勢比較分析

在物理層上，DSRC與LTE-V主要有兩點差異。第一，LTE-V可使用部分帶寬發(fā)送，DSRC則是使用全部帶寬發(fā)送，LTE-V功率譜密度較高;第二LTE-V使用Turbo碼，DSRC使用卷積碼，LTE-V編碼增益高;LTE-V? CP長度4.7us，更適合室外環(huán)境。

在MAC上，DSRC與LTE-V資源分配有三點差異。第一，DSRC資源調(diào)配方式為CSMA/CA，部署RSU作為網(wǎng)關(guān)，LTE-V資源調(diào)配具有周期性，一旦選擇成功，可以持續(xù)使用一段時間，連續(xù)性好、調(diào)度效率高。第二，DSRC存在隱藏節(jié)點、時延上限不確定，LTE-V可以根據(jù)地理位置選擇資源池，相鄰區(qū)域的LTE使用正文的資源池——降低了沖突概率，解決隱藏節(jié)點的問題。第三，DSRC在重負(fù)荷情況下不能保證節(jié)點接入信道的公平性，LTE-V采用網(wǎng)絡(luò)控制的資源管理加QoS管理保證重負(fù)荷下的系統(tǒng)性能。

在基礎(chǔ)技術(shù)指標(biāo)上存在三點最根本差異。DSRC采用IEEE802.11p協(xié)議，LTE-V采用直通技術(shù)解決;在演進性上，DSRC演進性較弱，LTE-V在理論上可平滑推進至5G;在成熟度上，DSRC已成熟，LTE-V還處于尚未成熟的發(fā)展中階段。

所以，經(jīng)過綜合分析，LTE-V還是更占據(jù)優(yōu)勢，支持迭代升級有長期發(fā)展?jié)摿?，適合國內(nèi)在V2X領(lǐng)域的長遠(yuǎn)布局規(guī)劃，見圖4。

4 C-V2X未來發(fā)展趨勢

LTE-V與DSRC相比的一個巨大優(yōu)勢就是LTE-V可以繼續(xù)迭代升級，而DSRC卻很難實現(xiàn)。LTE-V的迭代升級是指該技術(shù)可以輕松平滑演進至5G，實現(xiàn)NR-V2X，NR-V2X是5G-V2X的另一種說法，即基于5G New Radio（新空口）蜂窩網(wǎng)絡(luò)的V2X。

V2X未來的發(fā)展與5G技術(shù)密不可分，甚至可以說5G未來的走向決定了LTE-V的發(fā)展空間和高度。僅從目前以4G為主導(dǎo)的車聯(lián)網(wǎng)進展態(tài)勢來看，若想實現(xiàn)無人駕駛，其技術(shù)指標(biāo)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。無人駕駛需要超大連接能力、超可靠以及低時延的通信技術(shù)，而這些需求只有5G能滿足。5G網(wǎng)絡(luò)傳輸時延可達毫秒級，滿足無人駕駛的嚴(yán)苛要求，保證車輛在高速行駛中的安全;5G峰值速率可達以10～20Gbit/s，連接數(shù)密度可達100萬個/km2，可滿足未來車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中車輛與車、人、交通基礎(chǔ)設(shè)施之間的通信需求。

2016年6月30日，美國第一大移動通信運營商Verizon在全球率先發(fā)布了5G空口的物理層標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范，在業(yè)界引起了很大轟動。5G的總體架構(gòu)由Layer1物理層、Layer2媒介接入控制層、Layer3無線資源控制層組成。其中：（1）Layer1是UE（用戶5G終端設(shè)備）與5G無線網(wǎng)絡(luò)之間的接口，Verizon的TSV5G.200系列標(biāo)準(zhǔn)對5G的Layer1進行了規(guī)范;（2）Verizon接下來將要發(fā)布的TSV5G.300系列標(biāo)準(zhǔn)將對5G的Layer2、Layer3進行規(guī)范，見圖5。

目前在國內(nèi)5G已經(jīng)完成第一階段全功能標(biāo)準(zhǔn)化工作，進入了產(chǎn)業(yè)全面沖刺新階段。此次SA功能凍結(jié)，不僅使5G NR具備了獨立部署的能力，也帶來全新的端到端新架構(gòu)，賦能企業(yè)級客戶和垂直行業(yè)的智慧化發(fā)展，為運營商和產(chǎn)業(yè)合作伙伴帶來新的商業(yè)模式，開啟一個全連接的新時代。

5 堅定地走自主研發(fā)道路

國內(nèi)研究車聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)基準(zhǔn)是LTE-V，是國內(nèi)自主研發(fā)的技術(shù)，而不是美國為主導(dǎo)的DSRC，不依賴于國外。借鑒西方先進經(jīng)驗和技術(shù)是必需的，也是必然的，但在發(fā)展過程中更為關(guān)鍵的是自主研發(fā)。當(dāng)下的道路，雖然DSRC技術(shù)更成熟，但不能為了短時間內(nèi)的利益，為短期內(nèi)車聯(lián)網(wǎng)的成型，就在歐美DSRC技術(shù)的基礎(chǔ)上推進。中國智能網(wǎng)聯(lián)V2X技術(shù)的發(fā)展歸根結(jié)底是不能依賴歐美國家的，中國作為一個在V2X領(lǐng)域研究起步略晚于國外的國家，想要實現(xiàn)彎道超車，需更加堅定走自己的技術(shù)研發(fā)路線。

中國立足LTE-V的發(fā)展道路在根本上是具有前瞻性和預(yù)見性的，雖然LTE-V技術(shù)屬于新技術(shù)，其研發(fā)難度高于DSRC技術(shù)，LTE-V技術(shù)目前的成熟度也不如DSRC技術(shù)，但LTE-V技術(shù)卻有著更長遠(yuǎn)的演進空間和更優(yōu)秀的性能，而且更重要的是我國擁有LTE-V技術(shù)自主知識產(chǎn)權(quán)，這種知識產(chǎn)權(quán)的存在是我國未來立足V2X領(lǐng)域的保障。中國智能網(wǎng)聯(lián)車全產(chǎn)業(yè)要明晰的認(rèn)識到推進發(fā)展V2X不是一朝一夕的事情，中國自動駕駛的全面推廣實現(xiàn)也不是一蹴而就的。立足于LTE-V技術(shù)發(fā)展V2X的路是漫長的，但在這漫漫長路后是無限的希望。籌劃長遠(yuǎn)，劍指未來，只有國家自主研發(fā)才是技術(shù)升級、產(chǎn)業(yè)變革實現(xiàn)之路，是DSRC與LTE-V兩種技術(shù)選擇的指南，是中國V2X技術(shù)發(fā)展的指南，也是中國全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的指南。

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