V2X的標準之爭

目前主要有專用短程通信技術(shù)標準（DSRC）與研制中的基于 4.5G/5G 的 LTE-V 技術(shù)標準在性能上符合需求，V2X的主流通信標準之爭將在這兩者之間展開。當(dāng)前智能交通系統(tǒng) ITS 正處在第三階段，5G 標準在 LTE-V 的基礎(chǔ)上，為滿足未來自動駕駛的需求，性能指標會更進一步提升。

DSRC技術(shù)概要

DSRC由物理層標準IEEE 802.11p又稱為WAVE（Wireless Access in Vehicular Environment）及網(wǎng)絡(luò)層標準IEEE 1609所構(gòu)成，在此基礎(chǔ)之上，美國汽車工程師協(xié)會（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)標準由ETSI CT-ITS所規(guī)范。IEEE802.11p由IEEE 802.11標準擴充，專門應(yīng)用于車用環(huán)境的無線通信技術(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)，同時搭配向前錯誤校正技術(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)在高速移動下信息傳遞的實時性。

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，傳輸距離最遠可達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）兩項重要組件，透過OBU與RSU提供車間與車路間信息的雙向傳輸，RSU再透過光纖或行動網(wǎng)絡(luò)將交通信息傳送至后端平臺（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影響無線網(wǎng)絡(luò)的通訊，通訊速度與質(zhì)量將對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100ms，允許接收訊息后有足夠反應(yīng)時間。

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標準制定，目前于SA WG1內(nèi)進行相關(guān)服務(wù)之研究及討論。

德國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試場域上進行LTE-V技術(shù)實證。德國電信將在LTE基地臺上設(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。中國政府也看好LTE應(yīng)用于車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中，由中國信息通信研究院主導(dǎo)成立LTE-V核心工作組，在中國通訊標準化協(xié)會與3GPP架構(gòu)下推動LTE-V的標準化與商業(yè)化發(fā)展。

在3GPP架構(gòu)下，與V2X相關(guān)技術(shù)標準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)可同時對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年展開相關(guān)研究，并正式將其納入Release 12的標準制定，LTE Direct可自動搜尋鄰近上千臺裝置，能夠讓處于LTE訊號覆蓋范圍內(nèi)外之車輛、路側(cè)裝置等在不透過基地臺情形下相互溝通（圖2）。

圖2　LTE-V可以再細分為LTE-V Cell（集中式）與LTE-V-Direct（分布式）兩種不同通訊模式。前者需由基地臺提供服務(wù)，后者則類似DSRC，可實現(xiàn)直接聯(lián)機。

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、車對基礎(chǔ)建設(shè)/網(wǎng)絡(luò)（V2I/N）及車對行人（V2P）等。傳輸部分須達到支持最大相對速度280km/h、絕對速度160km/h的高速移動，以及V2V環(huán)境下延遲速度低于100ms等要求。

LTE-V的實際運作可分為LTE覆蓋范圍外的V2X通訊，單一營運商透過基地臺管理的V2X通訊以及多營運商透過基地臺管理的V2X通訊等。3GPP認為，在多營運商提供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)僅有一家營運商有基地臺，該營運商與其他營運商分享基地臺提供包含V2X等多種服務(wù)；

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

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

DSRC、LTE標準對比

在標準進程與導(dǎo)入方面，DSRC發(fā)展較成熟，美國、歐洲等國家已提出相關(guān)標準規(guī)格，LTE-V目前已在3GPP進入標準制定流程，但至少需到2017年Release 14中才會完成，在布建上DSRC由于需要安裝新的路側(cè)設(shè)備，將增加導(dǎo)入成本與時間，LTE-V則能夠整合既有的基地臺裝置，不需要大量布建新基礎(chǔ)建設(shè)，可縮短導(dǎo)入時間，兩者之間互有優(yōu)勢。

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

LTE-V-Cell 關(guān)鍵指標：傳輸帶寬最高可擴展至100MHz，峰值速率上行500Mbps，下行1Gbps，時延用戶面時延≤10ms，控制面時延≤50ms，支持車速 500km/h，覆蓋范圍與 LTE 范圍類似。LTE-V-Direct 目前還沒有詳細的技術(shù)指標，據(jù)悉 LTE-D 具備能尋找 500 公尺內(nèi)數(shù)以千計裝臵以及服務(wù)的能力，因此能讓兩個以上最接近的 LTE-D 裝臵在網(wǎng)內(nèi)通訊。

表：LTE-V 與 DSRC 優(yōu)劣勢對比

總結(jié)

車間與車路間通訊技術(shù)可協(xié)助提升車輛安全，也是未來自動駕駛車輛的關(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)裝置間進行信息交換，達到實時信息傳遞，提供駕駛者判斷或車輛自動控制，兩者在技術(shù)上都必須達到一定傳輸要求來實現(xiàn)車輛安全應(yīng)用。

目前 DSRC 產(chǎn)業(yè)鏈更為成熟，但 LTE-V/5G 可能后來居上，總體來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，正如 NB-IOT 在物聯(lián)網(wǎng)低頻低速率數(shù)據(jù)場景下的應(yīng)用，我們中長期看好 LTE-V/5G 在車聯(lián)網(wǎng) V2X 領(lǐng)域的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

如果想了解車聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模以及V2X技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，請點擊《車聯(lián)網(wǎng)的市場規(guī)模及V2X技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀》