论文部分内容阅读
由于无线通信技术的快速发展与广泛运用，用户对于车辆通信的需求也不断增强，使得各大汽车厂商开始关注车载通信，也有了在汽车中应用无线通信技术的想法，在这种大背景下，才有了车联网这项技术。
在车联网生态里，车载通信是关键技术，相比其他领域，无线通信技术在车联网中的应用无处不在。如越来越多的ETC（ Electronic Toll Collection ） 不停车收费系统的核心技术，就是使用基于5.8GHz的微波专用短程通信DSRC（Dedicated Short Range Communications），车载终端上内置的无线通信模块，其2G/3G/4G网络就是基于无线蜂窝电话的通信方式，而部分汽车的防盗系统，采用的是无线射频识别RFID（Radio Frequency Identification），也是一种无线通信技术。因此，如何在车联网中运用好无线通信技术，是必须重点关注的一个话题。
整车市场目前的车内无线通信技术
通常情况下，无线通信在车辆通信领域的应用是通过汽车电子设备实现的，汽车电子包括四大部分，分别为动力控制、底盘控制、车身电子和车载电子，车载电子就包括车载终端，而无线通信技术在车联网中的应用是通过车载终端这个载体实现的。车联网由车内网和车外网组成，而车外网包括互联网和车辆自组网。因此，根据车联网的定义，车联网的通信场景可分为车内无线通信和车外无线通信。
对于车内无线通信来说，它也是车联网中车内网的通信，车内无线通信通常的应用场景主要有车载收音机、车载蓝牙电话、车载音箱、智能钥匙、胎压监测等，车内无线通信采用的通信方式有FM/AM、ASK/FSK、蓝牙、Zigbee、RFID、NFC及WiFi。FM/AM即调频收音机/调幅收音机，收音机已经是汽车的标配，而这种无线通讯方式除了要利用原车音响时使用之外，其他应用场景很少见。
——ASK/FSK的无线通信
ASK/FSK的无线通信方式使用最多的场景为汽车钥匙，也有一部分胎压监测传感器也使用这种方式进行传输。ASK（Amplitude Shift Keying，简写为ASK）即幅移键控，FSK（Frequency Shift Keying，简写为FSK）即频移键控，汽车钥匙多用ASK调制方式，复杂一点的有双频点FSK，甚至还有多频点ASK的。2005年信息产业部发布的《微功率（短距离）无线电设备的技术要求》规定，汽车能够使用的载波频率314-316MHz，430-432MHz，433.00-434.79MHz，发射功率限值为，10mW，因此常见的频段为315MHz和433MHz。
——车载蓝牙技术
蓝牙是一种支持设备之间短距离通信的无线通信技术，采用的频段为2.4GHz，通讯距离为数十米之内，传输速度快、抗噪声性能强。蓝牙能在包括移动电话、无线耳机、等相关设备之间进行无线通信。蓝牙出现的原因是解决设备间通过RS232数据线连接的不便，通过蓝牙替代设备间的数据线连接，现在已被应用于语音通话及设备接口。由于车内通讯的距离在十米之内即可涵盖车辆全部内部空间，因此，蓝牙是车内通信常见的一种无线传输方式，如蓝牙车载电话、蓝牙OBD、蓝牙音箱等，尤其是车载电话应用最为普遍。蓝牙技术在推广时最大的瓶颈在于价格昂贵、通讯距离太短，其次蓝牙属于点对点通讯方式，不适合于点对多点的通信。
——Zigbee
Zigbee是IEEE 802.15.4协议的代名词，和蓝牙类似，也是采用2.4GHz频段的短距离无线通信技术，Zigbee的特点是简单、低功耗、低成本、低速率、支持大量节点、支持多种网络拓扑、快速、可靠、安全。Zigbee的基本速率是250kb/s，当降低到28kb/s时，传输范围可扩大到134m，可获得更高的可靠性。Zigbee在汽车汽车轮胎压力监测中的应用比较普遍。
——FRID无线射频识别
RFID又称无线射频识别，采用1-100GHz频率范围的微波通信，是一种适用于短距离识别的无线通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。RFID在车内通信应用最多的是汽车RFID无钥匙启动或者RFID钥匙。
——NFC通信技术
NFC是基于RFID发展而来的一种提供快速、便捷的类似于RFID的短距离无线通信技术标准，并能兼容现有的被动 RFID设备。NFC在13.56MHz频率运行于20厘米距离内，其传输速率有106 Kbit/秒、212 Kbit/秒或者424 Kbit/秒三种。 和RFID不同，NFC采用了双向的识别和连接，其传输范围虽然比RFID小，但由于NFC采取了独特的信号衰减技术，具有距离近、带宽高、能耗低等特点。和蓝牙相比，两者都可以集成到移动电话中，但NFC不需要复杂的设置程序，且价格也更为低廉。如果手机和车载终端都支持NFC，那么当手机和车载终端在有效距离以内时，可轻松地将两者连接起来，并能将手机的音乐、视频等媒体文件以及手机地图上的路径方便地传输到车载终端。另外，NFC还可以用作汽车钥匙。
——车载WiFi
WiFi（Wireless Fidelity 即无线高保真）是一种可以将个人电脑、手持设备（如pad、手机）等终端以无线方式互相连接的技术。WiFi的特点是覆盖范围广，进入门槛低，传输速率高，可靠性高。WiFi组网灵活，建网快速便捷，价格适中，可移动性好，因此应用非常普及，目前国内支持android的车载终端基本全部支持WiFi技术，并且有很多行车记录仪、车载DVR都支持WiFi技术。
车联网外网通信实现智能化
车外无线通信也就是车联网中车外网的通信，也泛指车联网的通信，也就是V2X（Vehicle to X）。其中X指可以与车相连的所有事物及场景，常见的有V2V（Vehicle to Vehicle ）即车与车通信，V2I（Vehicle to Infrastructure）即车与路边基础设施通信，V2P（Vehicle to Person）即车与人之间通信，车联网就是通过V2X可对车内网及车外网信息的提取及有效利用，提供包括实时路况、道路信息、行人信息等于交通、安全、管理以及娱乐有关的综合性服务，从而实现盲区预警、多车协同换道、交叉口冲突避免、行人非机动车避撞、紧急车辆优先通行、车速引导、车队控制、车队协同通过信号交叉口等，实现“人-车-路-环境”的和谐统一，提高交通效率，减少拥堵，提高驾驶的安全性，实现真正的智能交通。 根据V2X的定义可知，车外通信的方式多种多样，其中最常见有2G/3G/4G长距离通讯以及基于短距离的无线通信的DSRC、RFID及WiFi。
2G通常指基于欧洲的GSM网络以及CDMA2000 1x。GSM网络中应用广泛的是GPRS（General Packet Radio Service）即通用无线分组业务和EDGE（Enhanced Data Rate for GSM Evolution ）即增强型数据速率GSM演进技术。GPRS是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接，也称2.5G网络，速率最高可达到115Kbps。EDGE是一种从GSM到3G的过渡技术，它主要是在GSM系统中采用了一种新的调制方法，也称2.75G网络，速率最高可达到速率384Kbps。目前中国移动和中国联通支持GSM的2G网络。2G网络另外一种就是CDMA1x，CDMA 1X是指CDMA2000 的第一阶段其最高速率在2M以内，目前中国电信支持CDMA1x的2G网络。2G网络在车联网中应用最多的是GPS车载终端、OBD以及电子狗。
3G是第三代移动通信技术，是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术，是将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统。目前主要有三个主流3G标准，分别是中国电信的CDMA2000，中国联通的WCDMA，中国移动的TD-SCDMA。目前3G网络在车联网中应用最多的是车载终端、车载录像机以及少部分OBD，主要以中国联通的WCDMA和中国电信的CDMA2000为主。
4G指的是第四代移动通信技术，该技术包括TD-LTE和FDD-LTE两种制式。4G是集3G与WLAN于一体，并能够快速传输数据、高质量、音频、视频和图像等。4G网络的特点是通信速度快，网络频谱宽，目前4G中以LTE的应用最广泛，国内三家运营商中国移动、中国电信和中国联通，都拿到了TD-LTE制式的4G牌照。4G网络在车联网中应用最多的是车载终端、车载录像机以及少部分OBD。
DSRC（Dedicated Short Range Communications）即专用短程通信技术，DSRC是一种高效的无线通信技术，提供高速的数据传输，并保证通信链路的低延时和低干扰，由安装了车载单元（OBU）的车辆和路边单元（RSU），通过DSRC无线通信技术实现实现车辆间通信（V2V）和车辆与路边基础设施通信（V2I）的一种新型的移动无线通信网络。DSRC是ITS标准体系框架中的重要组成部分，是整个智能交通服务系统的基础。DSRC可以实现在特定小区域内（通常为数十米）对高速运动下的移动目标的识别和双向通信，DSRC可实时传输图像、语音和数据信息，实现V2I、V2V双向通信，DSRC广泛地应用在ETC不停车收费、出入控制、车队管理、信息服务等领域，并在车辆识别、驾驶员识别、路网与车辆之间信息交互、车载自组网等方面具备得天独厚的优势。
综上所述，车联网是无线通信技术、卫星定位导航技术、汽车电子技术以及计算机软件技术的综合产物，只有做好无线通信技术的积累，才能开发出适合车联网领域的车载设备，才能实现真正的车联网。
在车联网生态里，车载通信是关键技术，相比其他领域，无线通信技术在车联网中的应用无处不在。如越来越多的ETC（ Electronic Toll Collection ） 不停车收费系统的核心技术，就是使用基于5.8GHz的微波专用短程通信DSRC（Dedicated Short Range Communications），车载终端上内置的无线通信模块，其2G/3G/4G网络就是基于无线蜂窝电话的通信方式，而部分汽车的防盗系统，采用的是无线射频识别RFID（Radio Frequency Identification），也是一种无线通信技术。因此，如何在车联网中运用好无线通信技术，是必须重点关注的一个话题。
整车市场目前的车内无线通信技术
通常情况下，无线通信在车辆通信领域的应用是通过汽车电子设备实现的，汽车电子包括四大部分，分别为动力控制、底盘控制、车身电子和车载电子，车载电子就包括车载终端，而无线通信技术在车联网中的应用是通过车载终端这个载体实现的。车联网由车内网和车外网组成，而车外网包括互联网和车辆自组网。因此，根据车联网的定义，车联网的通信场景可分为车内无线通信和车外无线通信。
对于车内无线通信来说，它也是车联网中车内网的通信，车内无线通信通常的应用场景主要有车载收音机、车载蓝牙电话、车载音箱、智能钥匙、胎压监测等，车内无线通信采用的通信方式有FM/AM、ASK/FSK、蓝牙、Zigbee、RFID、NFC及WiFi。FM/AM即调频收音机/调幅收音机，收音机已经是汽车的标配，而这种无线通讯方式除了要利用原车音响时使用之外，其他应用场景很少见。
——ASK/FSK的无线通信
ASK/FSK的无线通信方式使用最多的场景为汽车钥匙，也有一部分胎压监测传感器也使用这种方式进行传输。ASK（Amplitude Shift Keying，简写为ASK）即幅移键控，FSK（Frequency Shift Keying，简写为FSK）即频移键控，汽车钥匙多用ASK调制方式，复杂一点的有双频点FSK，甚至还有多频点ASK的。2005年信息产业部发布的《微功率（短距离）无线电设备的技术要求》规定，汽车能够使用的载波频率314-316MHz，430-432MHz，433.00-434.79MHz，发射功率限值为，10mW，因此常见的频段为315MHz和433MHz。
——车载蓝牙技术
蓝牙是一种支持设备之间短距离通信的无线通信技术，采用的频段为2.4GHz，通讯距离为数十米之内，传输速度快、抗噪声性能强。蓝牙能在包括移动电话、无线耳机、等相关设备之间进行无线通信。蓝牙出现的原因是解决设备间通过RS232数据线连接的不便，通过蓝牙替代设备间的数据线连接，现在已被应用于语音通话及设备接口。由于车内通讯的距离在十米之内即可涵盖车辆全部内部空间，因此，蓝牙是车内通信常见的一种无线传输方式，如蓝牙车载电话、蓝牙OBD、蓝牙音箱等，尤其是车载电话应用最为普遍。蓝牙技术在推广时最大的瓶颈在于价格昂贵、通讯距离太短，其次蓝牙属于点对点通讯方式，不适合于点对多点的通信。
——Zigbee
Zigbee是IEEE 802.15.4协议的代名词，和蓝牙类似，也是采用2.4GHz频段的短距离无线通信技术，Zigbee的特点是简单、低功耗、低成本、低速率、支持大量节点、支持多种网络拓扑、快速、可靠、安全。Zigbee的基本速率是250kb/s，当降低到28kb/s时，传输范围可扩大到134m，可获得更高的可靠性。Zigbee在汽车汽车轮胎压力监测中的应用比较普遍。
——FRID无线射频识别
RFID又称无线射频识别，采用1-100GHz频率范围的微波通信，是一种适用于短距离识别的无线通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。RFID在车内通信应用最多的是汽车RFID无钥匙启动或者RFID钥匙。
——NFC通信技术
NFC是基于RFID发展而来的一种提供快速、便捷的类似于RFID的短距离无线通信技术标准，并能兼容现有的被动 RFID设备。NFC在13.56MHz频率运行于20厘米距离内，其传输速率有106 Kbit/秒、212 Kbit/秒或者424 Kbit/秒三种。 和RFID不同，NFC采用了双向的识别和连接，其传输范围虽然比RFID小，但由于NFC采取了独特的信号衰减技术，具有距离近、带宽高、能耗低等特点。和蓝牙相比，两者都可以集成到移动电话中，但NFC不需要复杂的设置程序，且价格也更为低廉。如果手机和车载终端都支持NFC，那么当手机和车载终端在有效距离以内时，可轻松地将两者连接起来，并能将手机的音乐、视频等媒体文件以及手机地图上的路径方便地传输到车载终端。另外，NFC还可以用作汽车钥匙。
——车载WiFi
WiFi（Wireless Fidelity 即无线高保真）是一种可以将个人电脑、手持设备（如pad、手机）等终端以无线方式互相连接的技术。WiFi的特点是覆盖范围广，进入门槛低，传输速率高，可靠性高。WiFi组网灵活，建网快速便捷，价格适中，可移动性好，因此应用非常普及，目前国内支持android的车载终端基本全部支持WiFi技术，并且有很多行车记录仪、车载DVR都支持WiFi技术。
车联网外网通信实现智能化
车外无线通信也就是车联网中车外网的通信，也泛指车联网的通信，也就是V2X（Vehicle to X）。其中X指可以与车相连的所有事物及场景，常见的有V2V（Vehicle to Vehicle ）即车与车通信，V2I（Vehicle to Infrastructure）即车与路边基础设施通信，V2P（Vehicle to Person）即车与人之间通信，车联网就是通过V2X可对车内网及车外网信息的提取及有效利用，提供包括实时路况、道路信息、行人信息等于交通、安全、管理以及娱乐有关的综合性服务，从而实现盲区预警、多车协同换道、交叉口冲突避免、行人非机动车避撞、紧急车辆优先通行、车速引导、车队控制、车队协同通过信号交叉口等，实现“人-车-路-环境”的和谐统一，提高交通效率，减少拥堵，提高驾驶的安全性，实现真正的智能交通。 根据V2X的定义可知，车外通信的方式多种多样，其中最常见有2G/3G/4G长距离通讯以及基于短距离的无线通信的DSRC、RFID及WiFi。
2G通常指基于欧洲的GSM网络以及CDMA2000 1x。GSM网络中应用广泛的是GPRS（General Packet Radio Service）即通用无线分组业务和EDGE（Enhanced Data Rate for GSM Evolution ）即增强型数据速率GSM演进技术。GPRS是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接，也称2.5G网络，速率最高可达到115Kbps。EDGE是一种从GSM到3G的过渡技术，它主要是在GSM系统中采用了一种新的调制方法，也称2.75G网络，速率最高可达到速率384Kbps。目前中国移动和中国联通支持GSM的2G网络。2G网络另外一种就是CDMA1x，CDMA 1X是指CDMA2000 的第一阶段其最高速率在2M以内，目前中国电信支持CDMA1x的2G网络。2G网络在车联网中应用最多的是GPS车载终端、OBD以及电子狗。
3G是第三代移动通信技术，是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术，是将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统。目前主要有三个主流3G标准，分别是中国电信的CDMA2000，中国联通的WCDMA，中国移动的TD-SCDMA。目前3G网络在车联网中应用最多的是车载终端、车载录像机以及少部分OBD，主要以中国联通的WCDMA和中国电信的CDMA2000为主。
4G指的是第四代移动通信技术，该技术包括TD-LTE和FDD-LTE两种制式。4G是集3G与WLAN于一体，并能够快速传输数据、高质量、音频、视频和图像等。4G网络的特点是通信速度快，网络频谱宽，目前4G中以LTE的应用最广泛，国内三家运营商中国移动、中国电信和中国联通，都拿到了TD-LTE制式的4G牌照。4G网络在车联网中应用最多的是车载终端、车载录像机以及少部分OBD。
DSRC（Dedicated Short Range Communications）即专用短程通信技术，DSRC是一种高效的无线通信技术，提供高速的数据传输，并保证通信链路的低延时和低干扰，由安装了车载单元（OBU）的车辆和路边单元（RSU），通过DSRC无线通信技术实现实现车辆间通信（V2V）和车辆与路边基础设施通信（V2I）的一种新型的移动无线通信网络。DSRC是ITS标准体系框架中的重要组成部分，是整个智能交通服务系统的基础。DSRC可以实现在特定小区域内（通常为数十米）对高速运动下的移动目标的识别和双向通信，DSRC可实时传输图像、语音和数据信息，实现V2I、V2V双向通信，DSRC广泛地应用在ETC不停车收费、出入控制、车队管理、信息服务等领域，并在车辆识别、驾驶员识别、路网与车辆之间信息交互、车载自组网等方面具备得天独厚的优势。
综上所述，车联网是无线通信技术、卫星定位导航技术、汽车电子技术以及计算机软件技术的综合产物，只有做好无线通信技术的积累，才能开发出适合车联网领域的车载设备，才能实现真正的车联网。