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车联网短程通信技术趋势展望
随着移动互联网和物联网技术产业深度融合,标准化机构3GPP（3rd Generation Partnership Project,第三代合作伙伴计划）制定了LTE-V车联网技术标准,传统DSRC专用短程通信技术面临LTE-V的直接挑战.LTE-V在时延、传输速率、可靠性、部署成本方面具有明显优势,而DSRC经过十多年磨合,相关标准、技术和市场已经就绪.面向未来,谁能在车联网V2X标准竞逐中胜出？人们拭目以待.
自1886年1月29日第一辆汽车诞生,至今已有130多年历史的汽车为人们出行带来了极大便利,也造成了尾气污染、交通事故等负面问题,因此生产安全、节能环保型汽车成为全球汽车行业的共识.随着人类不断创新技术,提升汽车行驶安全性,交通部门牵头开发了DSRC( Dedicated Short RangeCommunications,专用短程通信)技术,给汽车安装可以与周边（人、道路等）通信的设备,通过碰撞预警通信使汽车自动刹车、减速,从而提高其安全性能.
21世纪初,车联网（Internet of Vehicles,简称IoV）概念兴起,通信与汽车产业跨界融合,提出了LTE-V( Long TermEvolution-Vehicle To Everything．专门针对车间通讯的协议)车联网通信规范标准,将原来DSRC局部通信延伸至整个移动通信广域网中.基于此,美国、欧洲、日本、中国先后批准搭建无人驾驶或智能驾驶试验基地,旨在通过现场试验,验证自动驾驶或无人驾驶相关技术可行性、可靠性,以便制定智能交通系统相关技术标准和产业发展策略.
汽车短程通信技术
美国早在1992年就开始发展DSRC技术,最初使用915MHz频段,2002年转为5.9GHz频段,2004年IEEE（美国电子电气工程师协会）起草了802.llp标准.欧洲则在1994年开始起草DSRC标准,于1997年制定了“5.8GHz DSRC物理层和数据链路层”标准.日本也于1994年制定了支持IEEE802.llp的DSRC标准.
将目光转向国内：我国于2000年2月29日建立了全国ITS（Intelligent Transportation System,智能交通系统）智能交通系统协调指导小组及办公室,1998年交通部ITS中心向无线电管理委员会提出将5.8GHz频段（5.795GHz一5.815GHz）分配给DSRC技术,2007年制定GB/T 20851.1-5 2007关于ETC（Electronic Toll Collection,电子收费）的标准,2010年7月,中国交通运输部提出车联网建设,2015年GB/T 31024.1-2014合作式智能运输系统专用短程通信国家标准出台.
资料显示,美国早期使用902MHz一928MHz频段进行DSRC通信,后期统一频率范围为5.725GHz一5.925GHz.目前,北美DSRC频率范围为5.850GHz一5.925GHz；中国DSRC频率范围为5.795GHz一5.815GHz；欧洲DSRC频率范围为5.770GHz—5.850GHz；日本DSRC频率范围为5.770GHz一5.850GHz.
DSRC信道带宽10MHz,75MHz总带宽划分为1个控制信道和6个业务信道.采用OFDM( Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing,正交频分多址技术),子载波间隔156.25kHz,调制方式有：BPSK、QPSK、16QAM、64QAM,编码方式使用卷积码,对应传输速率3Mbps一27Mbps.
迄今为止,DSRC技术比较成熟的两个应用是I( AutoVehicle Identify,车辆自动识别)系统和ETC( Electronic TollCollection,不停车缴费)系统.I系统利用RFID( RadioFrequency Identification,射频电子标签)实现生产线货物标识、海关车辆通关、集装箱自动识别等应用；在ETC应用中,利用射频信号实现短距离读写功能,实现车辆高速公路不停车计费,大大提高了公路通行效率.
201 1年,美国交通部开始研究智能汽车互联( ConnectedVehicle Research,简称CVR),希望借助DSRC专用短程通信技术实现V2V( Vehicle-to-Vehicle)汽车互联和V21(Vehicle toInfrastructurel汽车和道路基础设施互联,使行驶中的车辆能及时了解周围车辆的位置及行为,如前方出现车辆故障、周边车辆变道超车、前方交通事故、路口红绿灯,道路结冰、道路维修、拐角盲区、前方障碍物等,驾驶员和车辆可以提前收到通知,从而及时采取措施,避免危险发生.
要实现以上功能,需要在汽车上安装自动驾驶辅助系统（Automatic Driving Assistance System,简称ADAS）,道路每隔一段距离需要安装一个路端单元（Road Side Unit,简称RSU）,RSU对可能出现的危险情况发出警报,ADAS和RSU通过DSRC进行通信.
随着相关研究逐步深入,智能交通系统概念应运而生,DSRC技术作为车联通信的载体和ITS智能交通系统的重要组成部分,得到各国政府和相关行业的重视.风靡全球的无人驾驶和智能驾驶技术前景,使其行业应用的广度、深度得到了进一步拓展.
为了实现车路通信,人们需要搭建一张覆盖全路段的DSRC网络,即道路每隔500米（或1000米）及红绿灯路口,需要部署一个RSU路端单元,这些RSU需要使用有线光纤或4G元线回传,将DSRC车载单元、RSU路端单元、有线光纤、无线网络、ITS系统服务器等组成一个合作式智能运输系统专用短程通信网络,满足智能交通管理需求.
LTE-V技术标准
面对智能驾驶、无人驾驶等车联网通信需求,基于802.llp标准的DSRC车联网技术,存在路侧终端回传线路施工难度高、网络回传时延大、标准普及使用率不高等缺点,难以满足无人驾驶需求.为此,3GPP提出并制定了LTE-V技术标准.
LTE-V车联网系列标准考虑和DSRC和LTE技术兼容,为了支持V2X车联网通信,定义了ProSe( Praximity-based Services,邻近服务)概念,新增SL（Side Link,边链路）空口物理层协议,包括V2X使用频率、PC5接口等.
传统的LTE网络包括E-UTRAN( Evolved universal-Terrestrial Radio Access Network,演进的通用陆基无线接入网）、MME（Mobility Management Entity,移动管理单元）、SGW（Serving GateWay,服务网关）、PGW( PDN GateWay,PDN网关）、HSS（Home Subscriber Server,归属签约用户服务器）等网络单元、为了支持车联网相关业务,在LTE网络架构中新增ProSe应用服务器、ProSe功能、SLP( Secure user planelocation Location Platform,安全的用户平面位置定位平台)3个网元.新增PC1、PC2、PC3、Pa、Pb、PC5、PC6（不同运营商移动网络ProSe功能之间接口）、PC7（漫游地ProSe功能和归属地ProSe功能之间接口）8个接口.在终端用户侧增加支持PC5接口和Band 47频段的ProSe应用功能模块.
为了支持V2X终端之间的通信功能,LTE-V系统在现有的LTE通信频段基础上,增加了Band47频段作为SL边链路,实现V2X终端之间通信.当V2X之间的SL边连路不可达时,则自动切换到LTE的UL（Up Link,上行链路）和DL（Down Link,下行链路）进行通信,Band47频率范围为5.855GHz一5925GHz,和DSRC使用相同的频段,SL边链路使用TDD时分双工.
LTE-V规范推荐使用的Band 3(1710MHz—1785MHz/1805MHz一1880MHz FDD)、Band7( 2500MHz一2570MHz/2620MHz一2690MHz FDD)、Band8( 880MHz一915MHz/925MHz一960MHz FDD)、Band39( 1880MHz—1920MHz TDD)、Band41( 2496MHz一2690MHz TDD),LTE-V支持1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、20MHz带宽,利用现有运营商LTE频段,便于系统升级,新增终端增加V2X信道频率.
V2X信道带宽有10MHz和20MHz两种,子载波间隔15kHz,采用OFDM正交频分多址技术,控制信道使用QPSK调制,业务信道使用QPSK、16QAM、64QAM、256QAM调制,信道编码采用Turbo编码,下行峰值速率可达1.2Gbps.
根据LTE规范,车辆终端的V2X通信,在终端距离较近时使用SL边链路通信,当某一终端和需要通信的终端距离较远时,使用LTE已有的UL上行链路和DL下行链路进行通信.V2X通信场景除了DSRC中V2V、V21场景之外,增加了V2N( Vehicle-to-Network,车辆和网络)、V2P（Vehicle-to-Pedestrian．车辆和人）.V2V、V21、V2P、V2N之间SL通信模式是一对多,V2V的UL是一个终端对一个基站,DL是一个基站对多个终端.
V2X通信中还有一个重要场景是终端可以承担Relay中继功能,当某部分终端离开LTE基站服务区时,该终端可以和处于服务范围的终端建立SL链路,通过该终端继续和LTE系统或其他终端保持通信.
技术优势比较
通信信道频段：DSRC技术V2X使用通信频率只有5.9GHz频段,LTE-V通信频率优先使用5.9GHz,不可达时使用LTE频段,通信链路有备份,可靠性更高.
技术成熟度：DSRC技术研究起点较早,目前802.11P相关的技术标准规范已经冻结,部分国家和厂商已经生产商用产品,产业链比较成熟.LTE-V技术标准冻结不久,系统侧的产品基本具备试验条件,终端侧相关的RSU和OBU( On Board Unit)及芯片尚处于实验室样机,产业链相对滞后.
专利权属比例：DSRC技术的专利权属占比为美国57%、韩国14%、日本11%、中国9%、欧洲3%、德国2%、其他4%.LTE-V技术专利权属占比为中国30%、欧洲27%、美国22%,韩国15%、日本6%.LTE-V专利权属相对均衡,中国占比较大.
性能比较：LTE-V的覆盖距离、通信可靠性相对更好,LTE-V是采用ALOHA( Additive Link On-line Hawaiisystem,随机接入机制),存在接入碰撞问题,DSRC使用CA-CD( Carrier Sense Multiple Access with CollisionDetection,载波多路访问／冲突机制),避免多用户接入冲突问题,DSRC采用应用层继承802.11系列标准,自组织性能比LTE-V中心控制组网更好.
初期DSRC短程通信技术主要由美国主导,通信局限在小范围内,其回传和漫游协调等难度较大,但产业链起步较早,已有部分国家和汽车生产厂商采用该标准,并在ETC领域存在广泛应用；LTE-V中国占据较大专利份额,并已纳入3GPP规范,兼容了DSRC相关内容,适合广域网建设部署,运营商可以利用之前的移动网络快速组网.面向未来,LTE-V产业链发展还需要汽车生产商和中国政府主管部门共同推动.
通信技术论文范文结:
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