車載通信技術(shù)(三)： 車載無線通訊技術(shù)

作者 / 阿寶，出品 / 阿寶1990

車載通信技術(shù)(一)：汽車的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)

車載通信技術(shù)(二)：車內(nèi)總線通信技術(shù)

第一篇文章提到，汽車相關(guān)的通信網(wǎng)絡(luò)，可分為車內(nèi)有線連接網(wǎng)絡(luò)和車外無線連接網(wǎng)絡(luò)。隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展，對車輛內(nèi)、外通信的需求越來越高，也推動著車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)和車外網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。

本專題第二篇文章主要講了車內(nèi)總線通訊技術(shù)，接下來講下車外無線通訊技術(shù)。

車載無線通信技術(shù)中，短距離無線通信傳輸速率更快，多用于車內(nèi)設(shè)備與車身附近場域的數(shù)據(jù)傳輸和連接，如車身定位、解閉鎖等；實(shí)際應(yīng)用范圍 多有交叉，Tier1和主機(jī)廠也更多傾向于適度冗余配置，以保證更穩(wěn)定的體驗(yàn)。長距離無線通信一般指移動通信網(wǎng)絡(luò)，以4/5G為代表，主要提供通 信、導(dǎo)航等功能，服務(wù)智駕智艙功能。

不同的通信技術(shù)所覆蓋的范圍與能力稍有交叉，在實(shí)際車端應(yīng)用中也并非“井水不犯河水”，比如車端T-BOX配備有多種通信能力，用戶感知到的 車身功能體驗(yàn)實(shí)際上是多種通信能力共同配合完成的結(jié)果。億歐智庫認(rèn)為，當(dāng)前仍處于“技術(shù)引領(lǐng)需求”的階段，新技術(shù)的出現(xiàn)并不會一蹴而就地 取代傳統(tǒng)技術(shù)，而是在多種技術(shù)共存的同時(shí)，由新技術(shù)激發(fā)出更具創(chuàng)造性的功能體驗(yàn)。

車載無線通訊技術(shù)主要有LTE通用移動通訊、WIFI、BT、NFC、UWB、DSRC、SparkLink星閃、4/5G等。

車載無線通訊技術(shù)特征及應(yīng)用

一、UWB以高精度定位支持車端應(yīng)用，數(shù)字鑰匙有望成為汽車數(shù)字孿生入口

UWB（Ultra-wideband，超寬帶無線通信技術(shù)）以低功耗、高定位精度以及抗干擾能力，在智能電動汽車上可實(shí)現(xiàn)進(jìn)入、定位、傳輸、感應(yīng)、泊車、充電、支付等多方面的功能，目前主要集中應(yīng)用于數(shù)字鑰匙。在移動設(shè)備（以手機(jī)為主）、車機(jī)以及云端之間，UWB支撐形成完備、安全、 高效的數(shù)字鑰匙生態(tài)結(jié)構(gòu)。

數(shù)字鑰匙的技術(shù)路徑以NFC、BLE以及UWB為主，許多產(chǎn)品將三種技術(shù)以不同形式結(jié)合。目前數(shù)字鑰匙的典型配置方案是以功耗更低的BLE完成發(fā)現(xiàn)與用戶驗(yàn)證功能，以定位精度更高的UWB完成安全測距、無感進(jìn)入功能，以功耗最小的NFC在電量較低、信號較差情況下作為備用支持。億歐 智庫認(rèn)為，數(shù)字鑰匙將成為汽車數(shù)字孿生的入口，以數(shù)字鑰匙所關(guān)聯(lián)的數(shù)字ID將車機(jī)與用戶相綁定，拓展更多云端信息交互與后市場服務(wù)。

數(shù)字鑰匙當(dāng)前的功能仍集中于無感進(jìn)入與遠(yuǎn)程控制等基礎(chǔ)功能，身份識別等個(gè)性化設(shè)置初顯端倪，未來數(shù)字鑰匙將承載更多C端功能，并為B端的 共享運(yùn)營、車隊(duì)管理以及后市場服務(wù)提供更多便利性與可能性。億歐智庫認(rèn)為，以數(shù)字鑰匙為入口，未來汽車產(chǎn)業(yè)內(nèi)各方將基于身份標(biāo)識相連結(jié)， 并在保證整個(gè)通訊鏈路各環(huán)節(jié)安全的前提下，獲取用戶的信任，形成更加完備的智慧出行生態(tài)。

目前數(shù)字鑰匙市場內(nèi)玩家主要以三類為主，一類是以Tier 1廠商為主的供應(yīng)商，主要以相關(guān)硬件開發(fā)為主；一類是以安全、芯片供應(yīng)商為主的廠商， 主要以相關(guān)軟件研發(fā)為主；一類是以車企與科技企業(yè)的聯(lián)合為主，提供更加完善的數(shù)字鑰匙解決方案。數(shù)字鑰匙作為細(xì)分品類，尚且難以大規(guī)模量 產(chǎn)盈利。億歐智庫認(rèn)為，未來各企業(yè)將以數(shù)字鑰匙為載體，在車端搭載更多自身主體業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)硬件或系統(tǒng)的統(tǒng)一上車。

二、星閃技術(shù)逐步驗(yàn)證上車，產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟合力推動系統(tǒng)架構(gòu)迭代

星閃技術(shù)作為新一代無線短距通信技術(shù)，由基礎(chǔ)應(yīng)用層、基礎(chǔ)服務(wù)層以及星閃接入層構(gòu)成。目前星閃技術(shù)Release 1.0系統(tǒng)架構(gòu)及規(guī)范已完成，以 SLB和SLE兩種無線通信接口。SLB主要適用于高速率、高質(zhì)量連接，SLE適用于低功耗、輕量級連接。未來星閃2.0將進(jìn)一步支持感知、定位、自 組網(wǎng)以及音視頻原生應(yīng)用等。

目前星閃技術(shù)在智能電動汽車領(lǐng)域的應(yīng)用以車載降噪、全景環(huán)視、無鑰匙進(jìn)入、車機(jī)互聯(lián)、車身娛樂以及無線電池管理系統(tǒng)等為主，隨著進(jìn)一步驗(yàn) 證與開發(fā)，星閃技術(shù)將覆蓋智能汽車以及更多智能終端。為此，華為牽頭成立了星閃聯(lián)盟，聯(lián)盟成員包括9家行業(yè)機(jī)構(gòu)、12家汽車廠商、50余家芯 片和模組廠商、31家應(yīng)用廠商、44家ICT企業(yè)和十余所高校及科研單位，合力突破行業(yè)痛點(diǎn)。

三、4G/5G技術(shù)

現(xiàn)代通訊經(jīng)歷了5代，每一代的速率都提高了非常多，目前車載網(wǎng)絡(luò)還是以4G網(wǎng)絡(luò)為主。

5G 是由一個(gè)囊括全球通信領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會與巨頭公司的組織——3GPP 制定的。5G 標(biāo)準(zhǔn)不是一蹴而就，而是循序漸進(jìn)的通過不斷更新的方式慢慢完善，目前商用的 5G 標(biāo)準(zhǔn)是 R15，R 后面的數(shù)字是協(xié)議的版本，數(shù)字越大，說明是越新推出的協(xié)議。

5G技術(shù)演進(jìn)被分為兩個(gè)階段，R15/R16/R17這三個(gè)版本稱為5G演進(jìn)的第一階段，之后的R18/R19/R20的這三個(gè)版本稱為5G演進(jìn)的第二輪創(chuàng)新，也就是5G Advanced。

四、V2X技術(shù)

V2X技術(shù)就是希望車輛能夠與可能影響車輛的實(shí)體實(shí)現(xiàn)信息交互，提高安全性、減緩交通擁堵以及提供其他信息服務(wù)。所謂車聯(lián)網(wǎng)（V2X），意為vehicle to everything，即車對外界所有信息的交換。這里的X代表everything，在V2X概念中，我們將它看作四大部分，車與車通信（V2V）、車與路邊基礎(chǔ)設(shè)施通信(V2I)、車與人通信(V2P)以及車與運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)通訊(V2N)。從本質(zhì)來看，V2X是種無線信息交互技術(shù)，也是一個(gè)汽車通信系統(tǒng)（每輛車都可作為通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)體）。

同向行駛的兩輛車，距離較近時(shí)，汽車會發(fā)出防追尾警告。特別是當(dāng)車速過快時(shí)，傳感器無法做到及時(shí)預(yù)警、視線范圍外車輛緊急制動時(shí)有明顯作用。

當(dāng)車輛駛?cè)胧致房跁r(shí)，發(fā)現(xiàn)前方路側(cè)也有車輛接近路口，并且判斷兩車可能會在路口發(fā)生碰撞時(shí)，車載系統(tǒng)會分別向兩車發(fā)送預(yù)警信息提醒駕駛者注意，從而避免雙車碰撞。該功能在狹窄且有盲區(qū)的路口使用能起到相當(dāng)重要的作用

五、DSRC技術(shù)

目前，業(yè)界普遍認(rèn)為，V2X通信技術(shù)擁有DSRC和C-V2X兩大陣營。

DSRC（Dedicated Short Range Communications）是一種高效的無線通信技術(shù)，可提供高速數(shù)據(jù)傳輸、中短距離通訊服務(wù)。

1999年，美國聯(lián)邦通訊委員會(FCC)決定將5.9GHz(5.850～5.925GHz)頻段分配給汽車通訊使用，并鼓勵(lì)快速開發(fā)、采用DSRC技術(shù)和應(yīng)用，主要為了提升公共安全和改善交通堵塞狀況。在物理層和MAC等技術(shù)底層，DSRC主要使用IEEE802.11p標(biāo)準(zhǔn)，上層則采用IEEE1609系列標(biāo)準(zhǔn)。其中，802.11p將帶寬從20MHz改為10MHz，輸出為27Mb/s。這種方式使得符號持續(xù)時(shí)間和保護(hù)間隔時(shí)間增加了一倍，提高了信號的穩(wěn)定性，使它適用于各種天氣環(huán)境下的高速車輛通信。

全球的DSRC的頻率并不是統(tǒng)一的一個(gè)頻率，目前主要是美國這邊的DRSC比較前面。以美國DSRC為例，10MHZ頻寬為單位，將75MHZ頻寬劃分為7個(gè)頻道，分別是172、174、176、178、180、182、184。

頻道178為控制頻道(CCH)，剩余6個(gè)頻道為服務(wù)頻道SCH，172是車輛與車輛間公共安全專用服務(wù)頻道，184為交叉路口公共安全專用服務(wù)頻道。

2019年12月，美國FCC撤銷了5.9GHz車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)DSRC專用頻段并重新分配，F(xiàn)CC仁至義盡，自從1999年開始的為期二十年的DSRC獨(dú)家開放期，是前所未有的優(yōu)惠待遇；美國交通部花了近十億美元測試，最終無疾而終。

2019年開始DSRC開始升級，標(biāo)準(zhǔn)從802.11p升級到802.11bd。802.11bd背后是IEEE，它可不想徹底放棄DSRC。802.11bd大約在今年底完成，最大升級就是可以在5.9GHz或60GHz頻帶內(nèi)使用，60GHz頻帶內(nèi)是無需授權(quán)的免費(fèi)頻帶，老的5.9GHz是歐洲在使用，向后兼容。802.11bd采用比較新的LPDC編碼，MIMO天線，60GHz波段，波束整形，Midambles，性能大增，C-V2X有的，它也有。延遲方面再進(jìn)一步，能夠做到低于5毫秒，有效距離超過1公里，相對速度支持到時(shí)速500公里以上。

六、C-V2X技術(shù)

C-V2X是以LTE-R14技術(shù)為基礎(chǔ)，由3GPP定義的基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的V2X技術(shù)，故也稱LTE-V。主要有集中式（LTE-V-Cell）和分布式（LTE-V-Direct）兩種。集中式需要基站的支撐，定義了車與路測通信單元以及基站之間的通信模式；分布式無需基站作為支撐，定義了車與車之間的通信方式。

相比DSRC技術(shù)，C-V2X解決了離路覆蓋、盈利模式、容量及安全方面的問題，它的頻譜帶寬分配靈活，并具有高可靠、覆蓋廣、支持大帶寬、低時(shí)延等特點(diǎn)。但是，由于C-V2X技術(shù)起步較晚，所以標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)成熟度都還需要逐步提升與完善。

從本質(zhì)來看，C-V2X包含基于LTE及未來5G的V2X系統(tǒng)，是DSRC技術(shù)的擴(kuò)展。這項(xiàng)技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是，可以直接利用蜂窩網(wǎng)絡(luò)，以及現(xiàn)有的基站和頻段，組網(wǎng)成本明顯降低，適應(yīng)于更復(fù)雜的安全應(yīng)用場景。

Rel-14沒什么價(jià)值，只能做V2V，也就是只有PC5直接通訊，Rel-15才略有價(jià)值，具備接入網(wǎng)絡(luò)的能力。在80公里時(shí)速的車輛上，4G的典型延遲是165毫秒-300毫秒，做有關(guān)安全的V2X功能顯然不能勝任，所以要和安全相關(guān)必須上5G，要做自動駕駛，那最好是可靠性比較高的Rel-18或Rel-19。

2022年6月10日，在匈牙利布達(dá)佩斯召開的3GPP RAN第96次會議圓滿結(jié)束。在此次會議上，5G Rel-17標(biāo)準(zhǔn)宣布凍結(jié)，全球5G商用邁向新階段。不過Rel-17基本與V2X沒什么關(guān)系，Rel-17主要是優(yōu)化資源分配、節(jié)電及支持全新頻段，主要是降低功耗，節(jié)約能源。V2X要大幅度升級要等到2023年的Rel-18。

Rel-18的Sidelink Relay對V2X提升比較明顯。

Rel-18主要封包如下，截止于2021年12月，其中RP-213678和RP-213585對智能駕駛比較有用，可以減少組網(wǎng)密度，降低組網(wǎng)成本。

這些都是芯片組，不是單一芯片，包含了射頻子系統(tǒng)和Modem。最獨(dú)特的是CRATON2，它還能對應(yīng)DSRC標(biāo)準(zhǔn)。SA2150P還包括了AP，是一套完整的平臺。高通在2022CES展上也未展示SA525M，這是目前唯一對應(yīng)Rel-16標(biāo)準(zhǔn)的芯片，目前最先進(jìn)的芯片，應(yīng)該在去年年底才量產(chǎn)。

高通目前有三套平臺，一套以MDM 9150芯片組為核心，主要針對R14標(biāo)準(zhǔn)，以非網(wǎng)絡(luò)的直接連接應(yīng)用為主。第二套以MDM9250芯片組為核心，主要針對R15標(biāo)準(zhǔn)，以網(wǎng)絡(luò)連接，提高交通效率應(yīng)用為主。奔馳與寶馬的下一代TCU已確定使用MDM9250。

第三套以SA2150P芯片組為核心，主要針對R16標(biāo)準(zhǔn)，從4G推進(jìn)到5G NR領(lǐng)域，移遠(yuǎn)通信已經(jīng)有基于SA2150P的產(chǎn)品。和前兩代不同，SA2150P是應(yīng)用處理器，專為V2X應(yīng)用開發(fā)的處理器。此外高通還有針對5G的SA415/SA515M平臺可選外掛V2X功能，SA151M核心就是驍龍X50 Modem，高通驍龍X50是單模的5G基帶芯片，需要與4G LTE基帶搭配使用，且驍龍X50設(shè)計(jì)之初就是為了28GHz頻段上運(yùn)行

C-V2X案例

假設(shè)有兩輛智能駕駛汽車A和B，兩車分別具備自動駕駛高性能計(jì)算平臺HPC。該平臺連接自動駕駛的各個(gè)節(jié)點(diǎn)，包括轉(zhuǎn)發(fā)OBU設(shè)備發(fā)來的數(shù)據(jù)的V2X節(jié)點(diǎn)。

V2X設(shè)備OBU。智能駕駛道路路側(cè)安裝有: 路測單元RS（主要用來發(fā)送交通燈、交通標(biāo)志和道路上障礙物的數(shù)據(jù)給車身上的OBU）。其中，路測單元RSU 和 V2X設(shè)備OBU也是通過無線電波進(jìn)行通信。那么著多輛主要是通過何種方式進(jìn)行車車通信和車路通信呢？