V2X被推崇多年，为何至今还犹抱琵琶半遮面？本文讲明白了

来源：贸泽电子

V2V的由来

世界卫生组织的研究数据显示，每年约有130万人死于道路交通事故。随着车辆的普及，驾驶员、行人和车辆之间的沟通被提升到一个更高的水平，以此保证道路的安全。V2X（Vehicle to X）是一种通信技术，允许车辆与其他车辆、道路用户和基础设施进行通信，主要目的就是提高行车安全、节省能源以及改善道路通行效率。

然而，这么有实际好处的技术，经历了十几年的发展，至今还没有做到大规模普及，是什么因素影响了它的发展，问题又出在哪里呢？

什么是V2X？

首先，让我们来看看什么是V2X，这里的“X”到底意味着什么？

从技术角度讲，V2X是一种车辆通信协议，它允许汽车与任何可能受车辆影响的实体之间进行通信，包括V2I（车辆到基础设施）、V2V（车辆到车辆）、V2N（车辆到网络）和V2P（车辆到行人），这些就是目前最典型或最常见的V2X类型。

· V2I（车辆到基础设施）

V2I支持车辆与道路沿线交通管理基础设施之间的数据交换。这些基础设施包括沿途架设的RFID读取器和摄像头、交通信号灯、车道标记、路灯以及停车收费表等。V2I通信可以为高级驾驶员辅助系统（ADAS）和自动驾驶汽车提供有价值的输入信息，有助于更安全、更有效的实施车辆导航。

· V2V（车辆到车辆）

V2V通信是指车辆之间能够相互交换速度、位置和方向等数据。这种交换常常以无线方式实时进行。通过在车辆之间建立实时连接，V2V增强了道路态势感知，有助于预防事故、改善交通流量和优化油耗。V2V是ADAS和自动驾驶的重要组成部分，它使车辆能够根据获取的数据做出明智的决策并主动应对实时路况。

· V2N（车辆到网络）

V2N通信将车辆与更广泛的通信网络连接起来，例如蜂窝或Wi-Fi网络。这种连接使车辆能够访问实时交通信息、天气更新和路线建议等。V2N还可以实现远程诊断和空中更新，使制造商能够监测车辆健康状况并提供软件改进。此外，V2N通信通过将车辆数据与其他来源如公共交通系统和城市基础设施的集成，支持智能城市和互联交通生态系统的发展。

· V2P（车辆到行人）

V2P是指汽车能够感知附近的行人（包括骑自行车的人、婴儿车和轮椅等）。这项技术通常依靠行人携带的智能手机、可穿戴设备或其他设备来传输他们的位置和移动数据。配备V2P的车辆可以使用这些信息来识别和避免潜在的碰撞，从而提高所有道路使用者的安全性。

当前，汽车行业仍保持着良好的发展势头，汽车中各种安全特征和通信技术的集成增强了车辆的便利性和安全性。自适应巡航控制（ACC）、ADAS、变道辅助、盲点检测等，这些技术有力地带动了V2X的市场需求。综合来看，V2V将在整个V2X市场中起主导作用。除此之外，V2N和V2I的结合将有助于克服交通拥堵、排放和其他类型的交通问题，接下来将成为推动V2X市场增长的另一股重要力量。

标准之争使V2X发展受阻

在许多新兴技术领域，经常会有关于技术和标准化的争论，V2X也不例外。如本文开头所言，V2X是一种使车辆能够与周围任何实体进行通信的技术，首要的理念是确保更安全、更高效的道路管理。为了将车辆连接到其他实体并交换数据，V2X使用了专用短程通信（DSRC）和蜂窝V2X（C-V2X）两种不同的技术。这两个协议均以非常高的速度运行，具有低延迟的高频数据交换。

DSRC和C-V2X使用了不同的无线标准。其中，DSRC使用WAVE IEEE（802.11p），而C-V2X使用的则是基于蜂窝移动技术的LTE。DSRC在5850MHZ至5925MHz频带中具有6Mbps至26Mbps的数据速率。C-V2X具有26Mbps（RX）、高达26Mbps（TX）的数据速率。FCC于2020年11月将5.9 GHz频带分配给Wi-Fi和C-V2X，因此两者都工作在5.9GHz频段，都使用相同的用例和相同的消息集（SAE J2735和J2945），并且都使用数字签名来确保消息提供者的安全和信任。

不过，这两种无线通信技术不能相互通信，它们各自的工作范围也大不相同。DSRC约为300米，C-V2X的延迟较低，覆盖范围要多出20%至30%，尤其是在有障碍物的情况下，C-V2X的表现要比DSRC好得多。总体而言，C-V2X在性能上明显占优。然而，DSRC对于关键安全应用仍然具有足够高的可靠性。

既然DSRC和C-V2X在技术上并无明显的短板，为什么在实际应用中却成为V2X快速发展的一个瓶颈呢？

简单的回答：汽车制造商在DSRC和C-V2X之间的摇摆不定直接导致V2X的发展受阻。

在无线通信领域，不同的频率用于不同的应用，分配一个频段就像划出一块土地用于不同的商业用途。

1999年，联邦通信委员会（FCC）在5.9GHz频带中开辟了75MHz的频谱。这是由政府支持的一项名为“专用短程通信”的标准，也称为DSRC或802.11p。2017款凯迪拉克CTS轿车就使用了DSRC技术，并具备V2V能力。全球汽车制造商贸易协会（包括本田、日产、斯巴鲁、起亚和丰田）都是DSRC的支持者。更进一步，2016年，美国国家公路交通安全管理局开始了一项程序，最终将强制要求2023年（及以后）销售的所有汽车都采用基于DSRC的V2V技术。

欧洲同样接受了类似的标准，一切看起来都很好。很长一段时间，汽车制造商和研究机构不断向消费者展示一个又一个DSRC未来应用场景。经过大约15年的标准演变，DSRC的前景看起来一片光明。直到美国政府踩下刹车，C-V2X标准突然出现，V2X的江湖不再平静：DSRC不再是V2V技术的唯一选择，基于5G LTE的C-V2X成为DSRC 的强有力竞争者。百度公司就是C-V2X的有力支持者，目前他们已经完成了5G LTE连接自动驾驶汽车的测试。德国大众汽车也表示，5G LTE将连接他们所有的自动驾驶汽车。

那些主张5G LTE而非DSRC的人列举了该项技术的各种优势，包括更高的互操作性、更宽的带宽、更高的安全性以及使用现有蜂窝网络带来的便利性。他们的观点很容易取得共鸣：基于5G LTE的C-V2X使用与DSRC相同的基本概念，但它不是依赖于在DSRC场景中必须添加到汽车上的专有网络模块，而是建立在5G蜂窝这些已经无处不在的网络上。既然已经拥有广覆盖的无线通信网络，为什么我们还要投资数百万美元来部署新的网络呢？

一时间，C-V2X似乎很快改变了市场格局并取得了阶段性胜利。许多将要开发V2X/V2V重要组件的芯片制造商都倾向于采用C-V2X技术，比如高通公司就已经着手推动C-V2X作为无线电标准（首先是LTE，后来是5G）并推出了相应的产品，爱立信表示准备开始开发相关解决方案。

C-V2X不仅凭借出色的性能比如续航里程、延迟和容量等，而且在商业模式上似乎也赢得了这场有关V2X标准之争的胜利。尽管V2X使用DSRC技术已有近20年的历史，随着C-V2X不断获得更多企业的支持，V2X和5G正在迅速成为汽车制造商非常看重的技术，尤其是在未来几年全自动驾驶汽车技术商业化进程中，更是有着不可替代的作用。

V2X的发展现状

在欧洲，目前V2X正朝着大众市场部署的方向发展，DSRC是事实上的技术，所有的市场活动大多基于DSRC。

大众高尔夫MK8的DSRC技术部署，以及C-ROADS平台之后在多个欧洲国家的大规模基础设施，巩固了DSRC的使用，计划中的车辆和基础设施部署仅为DSRC。另外，日本也决定使用DSRC，但将使用760MHz频段，这使其系统与世界其他地区不兼容。

中国正在加速大规模部署C-V2X。中国的国家战略要求到2025年实现大规模V2X覆盖，并专门为LTE-V2X分配频谱，技术确定性加上明确的政府指导，为C-V2X的大规模部署创造了必要条件。美国现任政府尚未重新批准DSRC，虽然他们大力倡导C-V2X技术，但似乎是想让市场做出最终决定。

无论采用何种标准，有一点是大家的共识：世界各国政府认为V2X是减少道路死亡人数的关键发展，也是迈向全自动驾驶汽车的技术里程碑，其前进的脚步虽然缓慢但并没有停歇。

在技术上，V2X通信系统由车载单元（OBU）和路侧单元（RSU）组成。OBU允许与其他车载和路边设备进行无线通信。RSU安装在路标、交通信号灯和路灯上。路侧单位将道路使用者与街道基础设施连接起来，以帮助管理道路某些部分的过度拥挤，防止人员伤亡。

NXP V2X车辆通信平台


图1：NXP i.MX 8XLite SOM框图（图源：SolidRun）

SolidRun基于NXP i.MX 8XLite模块系统（SOM）为OEM和集成商提供了强大的V2X车辆通信平台，旨在增强各种面向车辆的基础设施和子系统的安全性。NXP i.MX 8XLite SOM具有一系列高速接口，包括以太网、PCIe Gen 3、USB 2.0和CAN-FD。它得到了恩智浦（NXP）长寿计划（ longevity program）的支持，使其成为适用于高级车载通信应用的最佳解决方案。

该方案支持车辆和道路基础设施之间的V2I通信，该基础设施包含随V2I芯片组提供的嵌入式RSU。RSU控制关键的“智能交通”设备，以引导交通并协助急救车辆接近患者。应急车辆可在需要时利用RSU系统安全通过红灯。

此外，V2I系统提高了弱势道路使用者（如骑自行车的人和行人）的安全性。当接近十字路口时，附近所有连接的车辆都可能识别出它们，并向两个道路使用者发送警告通知。

i.MX 8XLite SOM还配备了高性能敏捷安全引擎SXF1800，为V2X应用程序提供防篡改加密功能。i.MX8XLite入门套件由i.MX8XLite SOM、HummingBoard i.MX 8XLite载板和各种配件组成，为产品开发人员提供了一个全面的评估和应用程序开发平台。

Qorvo V2X联网汽车产品组合


图2：支持C-V2X和DSRC系统的Qorvo QPF1002Q车用前端模块（图源：Mouser）

Qorvo V2X联网汽车产品组合是一套与芯片组无关的解决方案，涵盖V2V、V2I、V2P和V2N通信，实现联网汽车的下一代自主和实时监控。

该产品套件为V2X通信提供现成的解决方案，包括频段47/Wi-Fi 体声波（BAW）滤波器，可实现Wi-Fi与V2X 5.9GHz频段共存。这种能力对在车辆与其周围地区之间建立可靠联系至关重要。它还包括两个支持C-V2X 和DSRC系统的集成前端模块（FEM）、一个数字步进衰减器、一个发射/接收开关和一个低噪声放大器。

其中，Qorvo QPF1002Q车用前端模块在单个单元中集成了5GHz功率放大器（PA）、Tx/Rx天线开关和可旁路低噪声放大器（LNA）。该器件的频率范围为5.77GHz至5.925GHz，Tx增益为28dB，Rx增益为13dB，噪声系数低至2.6dB。

器件的性能经过优化，设有功率放大器，可在5V电压下工作，功耗低，并能保持高线性输出功率和领先的吞吐量；Qorvo QPQ2200Q 5855-5925MHz RF BAW滤波器是一款高性能、大功率、BAW带通滤波器，具有极陡的裙边。该器件在C-V2X频段（B47）和高抗带外（OOB）频段具有低损耗，可与Wi-Fi和LTE系统共存。

V2X未来的市场预测

根据Fortune Business Insights的数据，汽车V2X市场将从2021年的6.289亿美元增长到2028年的73.519亿美元，2021-2028年的复合年增长率（CAGR）为42.1%。

联网汽车的普及率上升以及城市化和工业化的快速增长等因素预计将推动市场增长。然而，与数据通信相关的高实施成本和安全问题阻碍了汽车V2X市场的增长。

相反，5G和AI技术的未来潜力，加上C-V2X技术的进步以及半自动驾驶和自动驾驶汽车的发展，预计将为汽车V2X市场的增长提供增长机会。

因此，Precedence Research预计，2022年全球汽车V2X市场规模达到24亿美元，到2032年将达到662.6亿美元，在2023年至2032年的预测期内以39.4%的复合年增长率增长。高增长率是由对汽车安全功能以及更好的交通管理系统的需求增加推动的。


图3：2022年至2032年全球汽车V2X市场发展预测（图源：Precedence Research）

汽车V2X市场的主要参与者包括Altran、Autotalks、大陆集团（Continental）、HARMAN国际、Infineon、NXP、Qualcomm、Bosch和STMicroelectronics等。

V2X发展趋势预判

· 实时监控

物联网传感器可以持续监测设备，并收集各种参数的数据，如温度、振动、压力等。这种实时监测允许早期检测异常或偏离正常操作情况的出现。

· 数据驱动的决策

改进的安全和风险管理是物联网预测性维护的一大优势。物联网设备收集的大量数据可以使用先进的分析技术进行处理和分析。通过将机器学习算法应用于这些数据，可以识别模式、趋势和潜在的故障特征，使得维护团队能够做出数据驱动的决策，并有效地确定维护活动的优先级。

V2X技术正在通过创建一个由车辆、基础设施、行人和网络组成的互联生态系统，将物联网连接扩展到道路，改变我们的出行方式。这个互联系统依靠实时数据交换来提高交通效率，增强安全性，并实现高级驾驶员辅助系统（ADAS）和自动驾驶。随着车辆变得更加复杂，部署了更多的路边基础设施设备，云、车辆和路边基础设施之间无缝通信和数据传输的需求变得越来越重要。因此，必须解决传输大量实时数据的挑战，以释放V2X和自动驾驶汽车的全部潜力。接下来，V2X将在以下两个方面取代较大进展：

一是汽车数字化特征成为引入和实施V2X系统的完美窗口。车辆的数字化使得越来越多的智能应用程序在新一代汽车中实现，曾经是机械奇迹的汽车现在演变成计算机的进化。例如，地图更新、实时交通信息、第三方导航应用程序和远程控制功能都需要后端连接。此外，软件定义车辆技术使得汽车制造商可以在汽车出厂后很长一段时间内对其进行改进，这些联网车辆还可以与外部基础设施进行通信，为安全可靠的V2X系统带来了更大的发展机会。

二是V2X与自动驾驶汽车将并行发展。过去五年在自动驾驶和辅助驾驶领域产生了巨大的创新。除了提高自动驾驶能力外，V2V技术系统的改进增加了车辆之间的通信，提高了态势感知能力。V2X可以在所有级别的车辆自动化中提高安全性和交通效率。尽管V2X和自动驾驶背后的技术不同，但它们的结合有助于实现操纵和传感等关键功能。V2V是V2X的一个子集，指的是车辆之间的速度、方向、位置和制动等参数的通信。V2I主要是指车辆与车辆周围基础设施之间的通信。最终，V2X将成为未来全自动驾驶汽车的重要组成部分。

结语

正如FCC前主席Pai在2020年重新分配DSRC频谱时谈到的，如今道路上只有极少数的车辆提供类似V2V和V2X的产品。美国的情况是基本上仍然停滞不前。欧洲是DSRC的主要推手。中国早期广泛接受C-V2X，加上政府的大力推动，V2V在中国已有实例，比如别克GL8，这是一款仅在中国上市的小型商务车，它提供了八种V2V和V2X功能，包括紧急制动警告、失控警告、车辆异常警告、交叉口碰撞警告、限速警告、信号违规警告、危险位置警告和绿灯车速引导等。

V2X发展商用之路受阻的原因有很多种，有安全和隐私问题、监管和法律问题、基础设施投资问题等，但最主要的挑战还是因为缺乏统一的通信标准。关于DSRC和C-V2X，二者之间究竟哪个技术应成为V2X或V2V的主流标准，目前仍存在争论。好在业界已经意识到，在这一观点上达成共识对于V2X的广泛采用和互操作性至关重要。

V2X将为车辆带来一个全新的能力水平，它们能够在智慧城市中与彼此、行人和周围的世界互动，通过网络相互通信其位置、速度和方向，从而提高道路安全性。从现有态势看，C-V2X很有可能成为未来V2X的主流技术。目前，C-V2X 已纳入第三代合作伙伴计划（3GPP）版本14，3GPP版本16和版本17将会带来更多功能，将进一步加强C-V2X的性能。V2X大规模普及的事情，看起来只能交给市场和时间了。