1 导言
近年来，跟着轿车保有量持续增长，路途承载容量在许多城市已到达饱满，交通安全、出行功率、环境保护等问题日益突出。在此布景下，轿车的智能化和网联化作为处理这些问题的重要途径，遭到了业界的高度重视。车联网的诞生及飞速开展带动着轿车工业革新，一同改变着人们的日子。车联网现已成为完结我国智能网联轿车2025年方针的仅有手法(见图1)。
在车联网开展过程中，无线通讯技能对车联网通讯的开展及演进起着柱石性的要害效果。在车载终端急速添加、车辆通讯需求不断增强的物联网年代，如安在高密度场景下满意车辆通讯的低时延、高牢靠性、高传输速率、高容量等需求，是无线通讯网络面对的要害应战。
2 车联网通讯的必要性
车联网是车与全部事物相联的网络(V2X：Vehicle to Everything)，运用车载电子传感设备，经过移动通讯技能、轿车导航体系、智能终端设备与信息网络渠道，使车与路、车与车、车与人、车与互联网之间实时联网，完结信息互联互通，然后对车、人、物、路、方位等进行有用的智能监控、调度、办理的网络体系。是未来智能轿车、主动驾驭、智能交通运输体系的根底和要害技能。
作为车辆智能化的单车智能技能，先进驾驭辅佐体系(ADAS：Advanced Driver Assistant System)是车辆智能化的初级阶段，归于进步安全性的主动安全技能。ADAS运用设备于车上的各种传感器(摄像头、雷达、激光和超声波等)，搜集车表里的环境数据，进行静、动态物体的辨识、侦测与追寻然后能够让驾驭者在最快的时刻发觉可能产生的风险，然后进步安全性。前期的ADAS技能首要以被动式报警为主，当车辆检测到潜在风险时，会发出警报提示驾车者留意反常的车辆或路途状况;而最新的ADAS技能现已完结主动式干涉。可是，ADAS技能运用上也存在必定的局限性：
(1)ADAS以毫米波雷达加摄像头的感知体系无法做到全天候全路况的精确感知。因为ADAS是单车智能技能，传感器本钱高且效果距离有限，一同遭到雨雪雾霾等天气状况的影响较大，简单构成体系判别失误，然后导致安全事故的产生。
(2)ADAS技能不能包含智能交通根本运用调集。欧洲电信规范化协会(ETSI：European TelecommunicaTIons Standards InsTItute)在其技能陈述TR 102 638中界说了智能交通根本运用调集，包含了54个运用。TelemaTIcs车载信息服务可供给25个信息服务运用，ADAS可供给18个预警类驾驭辅佐运用，但剩下的11个要害驾驭辅佐功用ADAS则无法供给服务，如交叉口磕碰预警等。
车联网V2X技能能够将车辆感知规模扩展到数百米，这与ADAS体系中的雷达、光学摄像头的勘探规模比较有很大优势。将车联网V2X技能与ADAS体系的多种勘探手法相结合，凭借交融信息处理技能，能够有用提高行车安全和交通功率问题。单车智能化与车联网的有机结合终究完结无人驾驭。
3 车联网通讯场景
车联网首要包含4个运用场景：车与互联网互连(V2N ：Vehicle to Network)、车车互联(V2V：Vehicle to Vehicle)、车路互联(V2I：Vehicle to Infrastructure)以及车人互联(V2P：Vehicle to Pedestrian)，经过人、车、路的有用协同完结智能交通的目的。
(1)V2N是现在运用最广泛的车联网场景，其首要功用是使车辆经过移动网络衔接到云服务器，运用云服务器供给的导航、娱乐和防盗等运用。
(2)V2V用于车辆之间的双向数据传输。经过V2V，车辆可实时收集周边车辆的速度、方位、方向以及告警等信息，首要运用于车辆间防磕碰安全体系。此外，也可经过车辆间通讯完结图片、短信、音视频等信息的施行交流功用。
(3)V2I是车辆与路途乃至其他根底设施(如交通讯号灯、路障等)进行通讯的运用。经过V2I体系，车辆可获取交通灯信号时序等路途办理信息、根据方位的车辆服务信息，首要运用于实时的信息服务、车辆的运转监控、电子收费的办理等。
(4)V2P是指行人运用移动电子设备，如便携式电脑、智能手机或其他手持设备与车载电子设备之间进行的通讯，重要运用场景是车辆给路途上行人或非机动车发送安全正告。
4 现有车联网通讯技能比较
现在，车联网通讯技能分为IEEE 802.11p(DSRC专用短程通讯运用的底层无线通讯技能)和3GPP C-V2X(根据蜂窝网的V2X无线通讯技能)两个阵营。
4.1 DSRC/IEEE 802.11p
专用短程通讯(DSRC：Dedicated Short Range CommunicaTIons)是一种短程无线通讯技能，专门用于V2VV2I的通讯规范。DSRC能够完结小规模内图画、语音和数据的实时、精确和牢靠地双向传输。DSRC开展相对老练，国际上DSRC规范首要有欧、美、日三大阵营，美国的ASTM/IEEE，日本的ARIBSTD-T75和ARIBSTD-T88规范以及欧洲的CEN/TC278。
为了促进DSRC的规范化和工业化，IEEE2004年景立了车辆无线接入(WAVE)作业组，担任研讨美国ASTM拟定的5.9 GHz频段DSRC规范，并对其进行晋级完善，规划拟定一致的、全球通用的车联网通讯规范。2010年7月，WAVE作业组正式发布了IEEE 802.11p车联网通讯规范，完结了DSRC规范向802.11p协议和IEEE 1069/WAVE(Wireless Access in the Vehicles Environment)系列规范的交融演进。
IEEE 802.11p是一个由IEEE 802.11规范扩大的通讯协议，能够支撑相邻车辆之间行车安全数据的彼此通讯和数据交流，契合智能交通体系的相关运用。从技能上来看，IEEE 802.11p规范对IEEE 802.11进行了多项针对车辆特别环境的改善，例如增强了热门间切换、更好地支撑移动环境、增强了安全性、加强了身份认证等。
IEEE 1609系列规范则是为了完善DSRC规范的运用层功用而提出，是以IEEE802.11p规范为根底的高层系列规范，界说了包含车辆之间以及车辆与路旁边根底设施之间的数据交流格局以及安全等。
4.2 3GPP C-V2X
C-V2X(Cellular Based V2X)是根据移动蜂窝网的车联网通讯技能。以LTE蜂窝网络作为根底的C-V2X称为LTE-V2X，3GPP已于2017年3月完结LTE-V2X的规范拟定作业。未来根据5G New Radio(新空口)蜂窝网络的C-V2X称为NR-V2X。
LTE-V2X体系的空中接口分为两种，一种是Uu接口，需求基站作为操控中心，车辆与根底设施、其他车辆之间需求经过将数据在基站进行中转来完结通讯;另一种是PC5接口，能够完结车辆间数据的直接传输(见图2)。LTE-V2X的作业场景有两种，一种是根据蜂窝网络掩盖的场景，此刻即能够由蜂窝网络的Uu接口供给服务，完结大带宽、大掩盖通讯，也能够经过PC5接口供给服务，完结车辆与周边环境节点低时延、高牢靠的直接通讯;另一种是独立于蜂窝网络的作业场景，在无网络布置的区域经过PC5接口供给车联网路途服务，满意行车安全需求。在有蜂窝网络掩盖的场景下，数据传输能够在Uu接口和PC5接口之间进行灵敏的无缝切换。
LTE-V2X的Uu接口在LTE的Uu接口根底上进行了针对性的增强，例如优化了LTE播送多播技能来有用支撑车联网这种播送规模小且区域灵敏可变的事务，对操控信道进行裁剪以便进一步下降推迟。
LTE-V2X的PC5接口是在Release 12 LTE-D2D(Device to Device)根底上进行了多方面的增强规划，然后支撑车辆之间的车辆动态信息(例如方位、速度、行进方向等)的快速交流和高效的无线资源分配机制，此外，还对物理层结构进行了增强以便支撑更高的移动速度(500km/h)。
4.3 802.11p和LTE-V2X的比较
802.11p具有客观的先发优势，技能趋于老练。而LTE-V2X作为一种根据LTE演进的车联网技能，则具有许多后发优势。
(1)技能层面
LTE-V2X在规划过程中充沛学习了802.11p的经历和缺乏，在体系容量、掩盖规模等方面具有明显的功能优势，LTE-V2X选用集中式操控传输与分布式传输相结合的方法，将V2N、V2I、V2V以及V2P结组成一个有机全体。LTE-V2X底层具有更好的链路预算，凭借愈加精密的信道规划及资源分配计划来取得高牢靠、广掩盖、低时延的传输确保。而802.11p是一个朴实的分布式体系，无法完结全体最优。二者在技能层面的详细比较如表1所示。
(2)终端层面
一方面，LTE-V2X的Telematics模块和V2X通讯模块可共用同一块芯片，有用下降芯片复杂度，然后下降芯片本钱;另一方面，LTE-V2X进一步丰厚了Telematics车载信息服务，让用户更乐意续费Telematics事务;一同，Telematics的浸透率也提高了V2X的浸透率。
(3)工业层面
首要，LTE-V2X凭借老练的LTE网络及工业链，经过对现有的LTE网络基站设备进行晋级就能够完结布置，不需求再铺设很多的根底设施通讯模块，工业更简单快速开展起来。来自GSA的最新陈述显现[6]，到2017年1月末，全球运营商现已签署764张LTE网络合同，掩盖196个国家，其间，现已商用布置的网络到达581张。LTE老练的生态体系招引电信运营商，通讯设备制造商和轿车企业根据现有的LTE网络和技能支撑车联网通讯，然后LTE-V2X成为天然的挑选。其次，LTE-V2X是运营商添加新衔接(车、自行车、摩托、行人等)的重要卡位。根据LTE-V2X，运营商能够天然地参加到车联网工业中来，供给车连网相关事务，如具有最中心的竞争力的衔接、数据、服务等事务。此外，LTE-V2X是我国主导的车联网技能，有利于国内企业躲避专利风险，有利于发挥我国影响力并扩展到其他国家。
综上所述，虽然802.11p具有先发优势，技能和工业相对老练，但其仅支撑车车、车路之间的直接通讯，从智能交通久远开展的视点来看，以LTE-V2X为代表的C-V2X技能完结了直通和蜂窝方法的交融，未来能够滑润演进到5G，运用远景愈加光亮。
5 5G车联网通讯
作为智能驾驭的终究方法，主动驾驭轿车技能依托通讯、人工智能、视觉核算、雷达、监控设备和全球定位体系协同协作，让电脑能够在没有任何人类主动的操作下，主动安全地操作车辆。未来车辆在进行主动驾驭与车联网通讯的过程中，需求进行海量、实时的数据交互。主动驾驭轿车和车联网通讯的完结还需求网络实时传输轿车导航信息、方位信息以及轿车各个传感器的数据到云端或其他车辆终端，需求更高的网络带宽和更低的网络延时，而这仅靠LTE-V2X和DSRC等通讯技能还无法完结。
相对于现在的车联网通讯技能，5G体系的要害才能方针都有极大提高。5G网络传输时延可达毫秒级，满意车联网的苛刻要求，确保车辆在高速行进中的安全;5G峰值速率可达以10~20Gbit/s，衔接数密度可达100万个/km2，可满意未来车联网环境的车辆与人、交通根底设施之间的通讯需求。
现在，5G V2X正处于事务场景和需求确认阶段。3GPP的需求组(SA1)现已根本完结5G V2X的事务场景及需求的评论，并在技能陈述TR 22.886中将25个5G V2X事务场景分成了4组(见图3)，详细包含：
●车辆编队(Vehicles Platoonning)：车辆编队使车辆动态构成编队一同行进。编队中的一切车辆从编队头车获取信息来办理这个编队，这些办理信息使车辆能够以比正常行进更挨近(编队车辆之间距离仅2~5m)更和谐的方法同向行进。
●扩展传感器(Extended Sensors)：扩展传感器使车辆之间、车和路旁边单元之间、车和行人之间以及车和V2X服务器之间能够交互本地传感器信息和实时视频图画信息等，车辆能够取得额定的环境感知才能，更全面地了解周边环境。
●先进驾驭(Advanced Driving)：先进驾驭用于支撑半主动或全主动驾驭。每个车辆把经过本身传感器取得的感知数据以及本身的驾驭目的共享给周围车辆，然后支撑多个车辆之间同步和和谐他们的行进轨道。
●长途驾驭(Remote Driving)：长途驾驭使长途司机或车联网运用服务器遥控车辆的行进，适用于乘客不能自己驾车或长途车辆处于风险环境中等特别场景。高牢靠性和低推迟通讯是长途驾驭的首要要求。
3GPP需求组从无线通讯视点为5G V2X事务场景界说了相应的需求，详细如表2所示。
如安在高密度车辆场景下满意5G V2X通讯的低时延、高牢靠性、高传输速率、高容量等需求，是5G车联网通讯网络面对的应战，也是5G车联网的要点研讨作业。3GPP RAN在2017年3月的第75次全会确认，将从2017年第三季度开端研讨5G V2X的可用频谱、信道模型以及评价假定并有望于2018年发动根据5G新空口的V2X通讯技能的研讨，估计在2020年左右完结规范作业。
6 展望
虽然车联网通讯的规范化作业现已根本完结，但因为触及范畴多、影响面大，无论是北美、欧盟以及日本这些发达国家仍是我国，车联网尚处于测验推行阶段，还未完结大规模的商用。跟着轿车工业的不断开展，无论是从路途交通安全、路途拥堵、尾气排放等视点，仍是从顾客的需求视点，车联网通讯实践商用需尽早提上日程。
全体而言，现在在我国，根据蜂窝网的车联网通讯在政府的大力支撑下开展态势很好，LTE-V2X技能有望于2018—2019年在我国首先完结商用布置。未来，LTE-V2X技能将逐步晋级到5G V2X技能并长期保持后向兼容，为完结我国智能网联轿车2025方针供给有力支撑。
