车联网(V2X)技术使车辆与周围环境能够进行通信，因此成为实现自动驾驶汽车的关键。由于V2X系统的不同部分必须相互通信，以便汽车能够做出明智的决策，因此V2X需要依靠快速、安全的无线通信才能正常工作。
V2X通信的主要目标是使车辆能够与其他车辆、交通基础设施和云资源无缝交互，从而增强出行安全。为了实现这一目标，V2X技术采用了两种主要的无线通信标准：专用短程通信(DSRC)和蜂窝V2X(C-V2X)。
V2X标准要做到有效，就必须能够承受其他通信标准的干扰，并且还要考虑互操作性。为了确保准确的数据传输，V2X需要一种即使车辆行驶很远距离也能不间断运行的通信系统(图1)。
图1：使用先进通信标准连接V2X生态系统不同部分的车辆。(图片来源：恩智浦)
DSRC和C-V2X两种通信标准在集成安全功能和工作频率范围方面表现出相似之处。这两个标准均采用5.9GHz频段进行通信，并使用相同的消息集——SAE J2945和J2735。然而，DSRC是一项经过验证的技术，最初在丰田车型中采用。
V2X中复杂的连接和数据密集型工作负载需要高速无线网络。C-V2X基于长期演进(LTE)和现有的蜂窝基础设施，被视为一种潜在的颠覆性技术，它使车辆即使在路边的高密度区域也能访问高速网络。
随着我们朝着完全自动驾驶的方向迈进，V2X技术的实施与高级驾驶辅助系统(ADAS)相结合，已经给运输和物流行业带来了革命性的变化。随着V2X技术的不断扩展，交通运输行业已做好充分利用不断发展的连接系统的准备。
DSRC是车辆和路边基础设施之间的通信标准，它使用IEEE 802.11p技术作为其底层物理和介质访问层。
它基于5.9GHz频段运行，通信范围可达1,000m，并配备集成的安全功能，从而确保可靠、安全的通信。该标准还利用到SAE J2735消息集，其中包括安全消息和紧急电子制动灯警告的标准化消息(图2)。
图2：车辆与交通基础设施通信。(图片来源：恩智浦)
尽管DSRC在包括美国和日本在内的全球各个地区得到了广泛采用和部署，但它仍然面临着一定的挑战。例如，在车辆较多的高密度场景下，车辆之间的通道争夺强度将显著增加。由于高传输冲突率和大通道访问延迟，这就会导致IEEE 802.11性能显著下降。
DSRC架构带来的挑战激发了人们对探索蜂窝技术促进高效、可靠的V2X通信潜力的好奇心。
C-V2X可以处理高网络容量要求，并支持高带宽的数据密集型工作负载。它有两种传输模式：
C-V2X技术融合了蜂窝网络和无线电基站的优势，可实现更好的安全服务和自动驾驶。根据3GPP版本，最新版本的C-V2X比以前的版本具有更高的吞吐量和更广泛的运营商支持。
为了解决DSRC面临的高车辆密度场景中的信道争用问题，C-V2X采用算法来检测可用资源，对它们进行组织并选择最不拥塞的资源进行传输。总体而言，C-V2X可以提供更高效的资源分配以及向前兼容的5G演进路径。
研究人员预测，在不久的将来，任何一种V2X技术都不会占据主导地位。相反，业界将利用DSRC和蜂窝网络技术的组合来实现高效通信(图3)。这种DSRC和蜂窝混合的架构，可能在车辆移动性方面面临某些挑战，例如垂直切换和网络选择问题。然而，为了缓解这些问题并提出用于全球部署的新架构，业界已经进行了广泛的研究。
图3：采用DSRC和蜂窝混合架构的V2X通信。(图片来源：滑铁卢大学)
恩智浦半导体对LTE C-V2X第14版的部署表示怀疑。其观点是，5G V2X(下一步合理做法)距离实现还需要几年时间。恩智浦与日立合作开发了无线连接模块，包括面向日本汽车市场的基于DSRC的V2X灵活解决方案。
与恩智浦不同，高通对C-V2X连接标准充满信心。该公司的C-V2X 9150片上系统支持5G和其他ADAS传感器，包括C-V2X直接通信模式，可促进V2I、V2V和V2P交互的低延迟通信。据高通称，该芯片组在5.9GHz频段运行，与类似的雷达技术相比，可提供卓越的可靠性和性能。
阿尔卑斯阿尔派是一家总部位于东京的芯片制造商，它提供各种适合V2X通信的产品，特别关注支持广泛应用的UMCC1系列蜂窝V2X一体化通信模块。该器件专为中国市场开发，集成了3GPP Release 14——一种基于LTE的V2X服务通信系统。
除了这些科技公司之外，其他几家芯片制造商，如意法半导体、村田、移远和u-blox，也正在准备大规模生产芯片组和模块。
（原文刊登于EDN姊妹网站EE Times，参考链接：V2X Standards Must Prioritize Safety Above All，由Franklin Zhao编译。）
本文为《电子技术设计》2023年12月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里。
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