【導讀】世界衛(wèi)生組織的研究數據顯示，每年約有130萬人死于道路交通事故。隨著車輛的普及，駕駛員、行人和車輛之間的溝通被提升到一個更高的水平，以此保證道路的安全。V2X（Vehicle to X）是一種通信技術，允許車輛與其他車輛、道路用戶和基礎設施進行通信，主要目的就是提高行車安全、節(jié)省能源以及改善道路通行效率。
V2V的由來
世界衛(wèi)生組織的研究數據顯示，每年約有130萬人死于道路交通事故。隨著車輛的普及，駕駛員、行人和車輛之間的溝通被提升到一個更高的水平，以此保證道路的安全。V2X（Vehicle to X）是一種通信技術，允許車輛與其他車輛、道路用戶和基礎設施進行通信，主要目的就是提高行車安全、節(jié)省能源以及改善道路通行效率。
然而，這么有實際好處的技術，經歷了十幾年的發(fā)展，至今還沒有做到大規(guī)模普及，是什么因素影響了它的發(fā)展，問題又出在哪里呢？
01 什么是V2X？
首先，讓我們來看看什么是V2X，這里的“X”到底意味著什么？
從技術角度講，V2X是一種車輛通信協議，它允許汽車與任何可能受車輛影響的實體之間進行通信，包括V2I（車輛到基礎設施）、V2V（車輛到車輛）、V2N（車輛到網絡）和V2P（車輛到行人），這些就是目前最典型或最常見的V2X類型。
V2I（車輛到基礎設施）
V2I支持車輛與道路沿線交通管理基礎設施之間的數據交換。這些基礎設施包括沿途架設的RFID讀取器和攝像頭、交通信號燈、車道標記、路燈以及停車收費表等。V2I通信可以為高級駕駛員輔助系統（ADAS）和自動駕駛汽車提供有價值的輸入信息，有助于更安全、更有效的實施車輛導航。
V2V（車輛到車輛）
V2V通信是指車輛之間能夠相互交換速度、位置和方向等數據。這種交換常常以無線方式實時進行。通過在車輛之間建立實時連接，V2V增強了道路態(tài)勢感知，有助于預防事故、改善交通流量和優(yōu)化油耗。V2V是ADAS和自動駕駛的重要組成部分，它使車輛能夠根據獲取的數據做出明智的決策并主動應對實時路況。
V2N（車輛到網絡）
V2N通信將車輛與更廣泛的通信網絡連接起來，例如蜂窩或Wi-Fi網絡。這種連接使車輛能夠訪問實時交通信息、天氣更新和路線建議等。
V2N還可以實現遠程診斷和空中更新，使制造商能夠監(jiān)測車輛健康狀況并提供軟件改進。此外，V2N通信通過將車輛數據與其他來源如公共交通系統和城市基礎設施的集成，支持智能城市和互聯交通生態(tài)系統的發(fā)展。
V2P（車輛到行人）
V2P是指汽車能夠感知附近的行人（包括騎自行車的人、嬰兒車和輪椅等）。這項技術通常依靠行人攜帶的智能手機、可穿戴設備或其他設備來傳輸他們的位置和移動數據。配備V2P的車輛可以使用這些信息來識別和避免潛在的碰撞，從而提高所有道路使用者的安全性。
當前，汽車行業(yè)仍保持著良好的發(fā)展勢頭，汽車中各種安全特征和通信技術的集成增強了車輛的便利性和安全性。自適應巡航控制（ACC）、ADAS、變道輔助、盲點檢測等，這些技術有力地帶動了V2X的市場需求。綜合來看，V2V將在整個V2X市場中起主導作用。除此之外，V2N和V2I的結合將有助于克服交通擁堵、排放和其他類型的交通問題，接下來將成為推動V2X市場增長的另一股重要力量。
02 標準之爭使V2X發(fā)展受阻
在許多新興技術領域，經常會有關于技術和標準化的爭論，V2X也不例外。如本文開頭所言，V2X是一種使車輛能夠與周圍任何實體進行通信的技術，首要的理念是確保更安全、更高效的道路管理。為了將車輛連接到其他實體并交換數據，V2X使用了專用短程通信（DSRC）和蜂窩V2X（C-V2X）兩種不同的技術。這兩個協議均以非常高的速度運行，具有低延遲的高頻數據交換。
DSRC和C-V2X使用了不同的無線標準。其中，DSRC使用WAVE IEEE（802.11p），而C-V2X使用的則是基于蜂窩移動技術的LTE。DSRC在5850MHZ至5925MHz頻帶中具有6Mbps至26Mbps的數據速率。C-V2X具有26Mbps（RX）、高達26Mbps（TX）的數據速率。FCC于2020年11月將5.9 GHz頻帶分配給Wi-Fi和C-V2X，因此兩者都工作在5.9GHz頻段，都使用相同的用例和相同的消息集（SAE J2735和J2945），并且都使用數字簽名來確保消息提供者的安全和信任。
不過，這兩種無線通信技術不能相互通信，它們各自的工作范圍也大不相同。DSRC約為300米，C-V2X的延遲較低，覆蓋范圍要多出20%至30%，尤其是在有障礙物的情況下，C-V2X的表現要比DSRC好得多?？傮w而言，C-V2X在性能上明顯占優(yōu)。然而，DSRC對于關鍵安全應用仍然具有足夠高的可靠性。
既然DSRC和C-V2X在技術上并無明顯的短板，為什么在實際應用中卻成為V2X快速發(fā)展的一個瓶頸呢？
簡單的回答：汽車制造商在DSRC和C-V2X之間的搖擺不定直接導致V2X的發(fā)展受阻。
在無線通信領域，不同的頻率用于不同的應用，分配一個頻段就像劃出一塊土地用于不同的商業(yè)用途。
1999年，聯邦通信委員會（FCC）在5.9GHz頻帶中開辟了75MHz的頻譜。這是由政府支持的一項名為“專用短程通信”的標準，也稱為DSRC或802.11p。2017款凱迪拉克CTS轎車就使用了DSRC技術，并具備V2V能力。全球汽車制造商貿易協會（包括本田、日產、斯巴魯、起亞和豐田）都是DSRC的支持者。更進一步，2016年，美國國家公路交通安全管理局開始了一項程序，最終將強制要求2023年（及以后）銷售的所有汽車都采用基于DSRC的V2V技術。
歐洲同樣接受了類似的標準，一切看起來都很好。很長一段時間，汽車制造商和研究機構不斷向消費者展示一個又一個DSRC未來應用場景。經過大約15年的標準演變，DSRC的前景看起來一片光明。直到美國政府踩下剎車，C-V2X標準突然出現，V2X的江湖不再平靜：DSRC不再是V2V技術的唯一選擇，基于5G LTE的C-V2X成為DSRC 的強有力競爭者。百度公司就是C-V2X的有力支持者，目前他們已經完成了5G LTE連接自動駕駛汽車的測試。德國大眾汽車也表示，5G LTE將連接他們所有的自動駕駛汽車。
那些主張5G LTE而非DSRC的人列舉了該項技術的各種優(yōu)勢，包括更高的互操作性、更寬的帶寬、更高的安全性以及使用現有蜂窩網絡帶來的便利性。他們的觀點很容易取得共鳴：基于5G LTE的C-V2X使用與DSRC相同的基本概念，但它不是依賴于在DSRC場景中必須添加到汽車上的專有網絡模塊，而是建立在5G蜂窩這些已經無處不在的網絡上。既然已經擁有廣覆蓋的無線通信網絡，為什么我們還要投資數百萬美元來部署新的網絡呢？
一時間，C-V2X似乎很快改變了市場格局并取得了階段性勝利。許多將要開發(fā)V2X/V2V重要組件的芯片制造商都傾向于采用C-V2X技術，比如高通公司就已經著手推動C-V2X作為無線電標準（首先是LTE，后來是5G）并推出了相應的產品，愛立信表示準備開始開發(fā)相關解決方案。
C-V2X不僅憑借出色的性能比如續(xù)航里程、延遲和容量等，而且在商業(yè)模式上似乎也贏得了這場有關V2X標準之爭的勝利。盡管V2X使用DSRC技術已有近20年的歷史，隨著C-V2X不斷獲得更多企業(yè)的支持，V2X和5G正在迅速成為汽車制造商非常看重的技術，尤其是在未來幾年全自動駕駛汽車技術商業(yè)化進程中，更是有著不可替代的作用。
03 V2X的發(fā)展現狀
在歐洲，目前V2X正朝著大眾市場部署的方向發(fā)展，DSRC是事實上的技術，所有的市場活動大多基于DSRC。
大眾高爾夫MK8的DSRC技術部署，以及C-ROADS平臺之后在多個歐洲國家的大規(guī)模基礎設施，鞏固了DSRC的使用，計劃中的車輛和基礎設施部署僅為DSRC。另外，日本也決定使用DSRC，但將使用760MHz頻段，這使其系統與世界其他地區(qū)不兼容。
中國正在加速大規(guī)模部署C-V2X。中國的國家戰(zhàn)略要求到2025年實現大規(guī)模V2X覆蓋，并專門為LTE-V2X分配頻譜，技術確定性加上明確的政府指導，為C-V2X的大規(guī)模部署創(chuàng)造了必要條件。美國現任政府尚未重新批準DSRC，雖然他們大力倡導C-V2X技術，但似乎是想讓市場做出最終決定。
無論采用何種標準，有一點是大家的共識：世界各國政府認為V2X是減少道路死亡人數的關鍵發(fā)展，也是邁向全自動駕駛汽車的技術里程碑，其前進的腳步雖然緩慢但并沒有停歇。
在技術上，V2X通信系統由車載單元（OBU）和路側單元（RSU）組成。OBU允許與其他車載和路邊設備進行無線通信。RSU安裝在路標、交通信號燈和路燈上。路側單位將道路使用者與街道基礎設施連接起來，以幫助管理道路某些部分的過度擁擠，防止人員傷亡。
NXP V2X車輛通信平臺
圖1：NXP i.MX 8XLite SOM框圖
（圖源：SolidRun）
SolidRun基于NXP i.MX 8XLite模塊系統（SOM）為OEM和集成商提供了強大的V2X車輛通信平臺，旨在增強各種面向車輛的基礎設施和子系統的安全性。NXP i.MX 8XLite SOM具有一系列高速接口，包括以太網、PCIe Gen 3、USB 2.0和CAN-FD。它得到了恩智浦（NXP）長壽計劃（ longevity program）的支持，使其成為適用于高級車載通信應用的最佳解決方案。
該方案支持車輛和道路基礎設施之間的V2I通信，該基礎設施包含隨V2I芯片組提供的嵌入式RSU。RSU控制關鍵的“智能交通”設備，以引導交通并協助急救車輛接近患者。應急車輛可在需要時利用RSU系統安全通過紅燈。
此外，V2I系統提高了弱勢道路使用者（如騎自行車的人和行人）的安全性。當接近十字路口時，附近所有連接的車輛都可能識別出它們，并向兩個道路使用者發(fā)送警告通知。
i.MX 8XLite SOM還配備了高性能敏捷安全引擎SXF1800，為V2X應用程序提供防篡改加密功能。i.MX8XLite入門套件由i.MX8XLite SOM、HummingBoard i.MX 8XLite載板和各種配件組成，為產品開發(fā)人員提供了一個全面的評估和應用程序開發(fā)平臺。
Qorvo V2X聯網汽車產品組合
圖2：支持C-V2X和DSRC系統的Qorvo QPF1002Q車用前端模塊（圖源：Mouser）
Qorvo V2X聯網汽車產品組合是一套與芯片組無關的解決方案，涵蓋V2V、V2I、V2P和V2N通信，實現聯網汽車的下一代自主和實時監(jiān)控。
該產品套件為V2X通信提供現成的解決方案，包括頻段47/Wi-Fi 體聲波（BAW）濾波器，可實現Wi-Fi與V2X 5.9GHz頻段共存。這種能力對在車輛與其周圍地區(qū)之間建立可靠聯系至關重要。它還包括兩個支持C-V2X 和DSRC系統的集成前端模塊（FEM）、一個數字步進衰減器、一個發(fā)射/接收開關和一個低噪聲放大器。
其中，Qorvo QPF1002Q車用前端模塊在單個單元中集成了5GHz功率放大器（PA）、Tx/Rx天線開關和可旁路低噪聲放大器（LNA）。該器件的頻率范圍為5.77GHz至5.925GHz，Tx增益為28dB，Rx增益為13dB，噪聲系數低至2.6dB。
器件的性能經過優(yōu)化，設有功率放大器，可在5V電壓下工作，功耗低，并能保持高線性輸出功率和領先的吞吐量；Qorvo QPQ2200Q 5855-5925MHz RF BAW濾波器是一款高性能、大功率、BAW帶通濾波器，具有極陡的裙邊。該器件在C-V2X頻段（B47）和高抗帶外（OOB）頻段具有低損耗，可與Wi-Fi和LTE系統共存。
04 V2X未來的市場預測
根據Fortune Business Insights的數據，汽車V2X市場將從2021年的6.289億美元增長到2028年的73.519億美元，2021-2028年的復合年增長率（CAGR）為42.1%。
聯網汽車的普及率上升以及城市化和工業(yè)化的快速增長等因素預計將推動市場增長。然而，與數據通信相關的高實施成本和安全問題阻礙了汽車V2X市場的增長。
相反，5G和AI技術的未來潛力，加上C-V2X技術的進步以及半自動駕駛和自動駕駛汽車的發(fā)展，預計將為汽車V2X市場的增長提供增長機會。
因此，Precedence Research預計，2022年全球汽車V2X市場規(guī)模達到24億美元，到2032年將達到662.6億美元，在2023年至2032年的預測期內以39.4%的復合年增長率增長。高增長率是由對汽車安全功能以及更好的交通管理系統的需求增加推動的。
圖3：2022年至2032年全球汽車V2X市場發(fā)展預測（圖源：Precedence Research）
汽車V2X市場的主要參與者包括Altran、Autotalks、大陸集團（Continental）、HARMAN國際、Infineon、NXP、Qualcomm、Bosch和STMicroelectronics等。
05 V2X發(fā)展趨勢預判
實時監(jiān)控
物聯網傳感器可以持續(xù)監(jiān)測設備，并收集各種參數的數據，如溫度、振動、壓力等。這種實時監(jiān)測允許早期檢測異常或偏離正常操作情況的出現。
數據驅動的決策
改進的安全和風險管理是物聯網預測性維護的一大優(yōu)勢。物聯網設備收集的大量數據可以使用先進的分析技術進行處理和分析。通過將機器學習算法應用于這些數據，可以識別模式、趨勢和潛在的故障特征，使得維護團隊能夠做出數據驅動的決策，并有效地確定維護活動的優(yōu)先級。
V2X技術正在通過創(chuàng)建一個由車輛、基礎設施、行人和網絡組成的互聯生態(tài)系統，將物聯網連接擴展到道路，改變我們的出行方式。這個互聯系統依靠實時數據交換來提高交通效率，增強安全性，并實現高級駕駛員輔助系統（ADAS）和自動駕駛。隨著車輛變得更加復雜，部署了更多的路邊基礎設施設備，云、車輛和路邊基礎設施之間無縫通信和數據傳輸的需求變得越來越重要。因此，必須解決傳輸大量實時數據的挑戰(zhàn)，以釋放V2X和自動駕駛汽車的全部潛力。接下來，V2X將在以下兩個方面取代較大進展：
一是汽車數字化特征成為引入和實施V2X系統的完美窗口。車輛的數字化使得越來越多的智能應用程序在新一代汽車中實現，曾經是機械奇跡的汽車現在演變成計算機的進化。例如，地圖更新、實時交通信息、第三方導航應用程序和遠程控制功能都需要后端連接。此外，軟件定義車輛技術使得汽車制造商可以在汽車出廠后很長一段時間內對其進行改進，這些聯網車輛還可以與外部基礎設施進行通信，為安全可靠的V2X系統帶來了更大的發(fā)展機會。
二是V2X與自動駕駛汽車將并行發(fā)展。過去五年在自動駕駛和輔助駕駛領域產生了巨大的創(chuàng)新。除了提高自動駕駛能力外，V2V技術系統的改進增加了車輛之間的通信，提高了態(tài)勢感知能力。V2X可以在所有級別的車輛自動化中提高安全性和交通效率。盡管V2X和自動駕駛背后的技術不同，但它們的結合有助于實現操縱和傳感等關鍵功能。V2V是V2X的一個子集，指的是車輛之間的速度、方向、位置和制動等參數的通信。V2I主要是指車輛與車輛周圍基礎設施之間的通信。最終，V2X將成為未來全自動駕駛汽車的重要組成部分。
06 結語
正如FCC前主席Pai在2020年重新分配DSRC頻譜時談到的，如今道路上只有極少數的車輛提供類似V2V和V2X的產品。美國的情況是基本上仍然停滯不前。歐洲是DSRC的主要推手。中國早期廣泛接受C-V2X，加上政府的大力推動，V2V在中國已有實例，比如別克GL8，這是一款僅在中國上市的小型商務車，它提供了八種V2V和V2X功能，包括緊急制動警告、失控警告、車輛異常警告、交叉口碰撞警告、限速警告、信號違規(guī)警告、危險位置警告和綠燈車速引導等。
V2X發(fā)展商用之路受阻的原因有很多種，有安全和隱私問題、監(jiān)管和法律問題、基礎設施投資問題等，但最主要的挑戰(zhàn)還是因為缺乏統一的通信標準。關于DSRC和C-V2X，二者之間究竟哪個技術應成為V2X或V2V的主流標準，目前仍存在爭論。好在業(yè)界已經意識到，在這一觀點上達成共識對于V2X的廣泛采用和互操作性至關重要。
V2X將為車輛帶來一個全新的能力水平，它們能夠在智慧城市中與彼此、行人和周圍的世界互動，通過網絡相互通信其位置、速度和方向，從而提高道路安全性。從現有態(tài)勢看，C-V2X很有可能成為未來V2X的主流技術。目前，C-V2X 已納入第三代合作伙伴計劃（3GPP）版本14，3GPP版本16和版本17將會帶來更多功能，將進一步加強C-V2X的性能。V2X大規(guī)模普及的事情，看起來只能交給市場和時間了。
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