车载无线通信技术

1在科学技术进步和市场巨大需求的背景下，汽车已经不再是简单的代步工具，而是集安全、环保、舒适、娱乐、办公及服务于一体的电子信息化汽车。汽车功能开始向多样化、集成化趋势发展，这就进一步提高了对车内信息传输和通讯的要求。车载无线通讯技术是将汽车技术、电子技术、计算机技术、无线通讯技术紧密结合，整合各种不同的应用系统而产生的一种新型技术，主要实现汽车状况实时检测、车内无线移动办公、GPS全球定位、汽车行驶导航、车辆指挥调度、环境数据采集、车内娱乐等功能。随着汽车各种功能集成化、多样化的发展，对于车内信息传输、通讯网络的要求也逐渐提高。而通过传统的物理连接，显然无法实现车辆所有部件的入网。因此，车载无线通讯技术便成了行之有效的解决方案。2车载无线通讯技术的发展前景车载无线通讯技术并不会像电子产品那样立即采用最先进的技术，可能会滞后3~5年时间。其原因除成本高之外，还有可靠性车载无线通讯系统一般要能使用10年以上不需维护，因此，在应用前必须先证明其可靠性；工作环境——汽车上恶劣的工作环境对电子系统提出了比办公计算机更高的需求；产品开发周期——汽车的开发时间通常为3~5年，这一周期也会延缓新技术的应用。车载无线通讯的发展同时离不开交通设施、交通信息广播等的建设与完善，所以需要政府加大对交通设施、汽车计算平台以及相应电子设备的投资，并尽快实现从实验室走向实际应用市场。目前车载无线通讯技术的实际应用还停留在较为基础的领域。但随着汽车消费者对于车辆安全性、舒适性、可办公等方面的不断追求，车载无线通讯技术的应用将更为广泛深入。利用DSRC技术？？？避免汽车之间的相撞事故是一项尖端的技术研究目标。业内认为，DSRC技术设施网络的建设是一个相当漫长的过程，这为中国半导体行业开发具备WiMAX、DSRC、GPS甚至蜂窝电话通信功能的统一无线网关，促进ITS发展提供重要机会。可以预见的是，未来的汽车将成为一个随时随地由无线网络连接的移动通讯平台。车载无线通信技术的曙光已然在前，鉴于其为驾车者和乘客所带来的美好前景，没有一家半导体企业不希望尽早做好服务客户与市场的准备。车载无线通信虽然有很多选择，但汽车无线技术还没有形成真正的市场和标准，而且实施起来也需要相当长的一段时间。飞思卡尔半导体汽车电子工程经理康晓敦：“除了短距离无线遥控通讯外，目前大多数还只是应用民用消费类技术进行汽车无线通讯，如蓝牙和手机移动通讯技术等”，因此从这个意义上来说，对于汽车电子厂家来说，讨论车载通讯技术如何在汽车娱乐系统中发挥作用也许更加现实一些。得益于用户需求的不断提高和汽车电子软硬件技术的如新月异，汽车娱乐系统在近年来获得了飞速的发展。与早年仅包含的一套汽车音响的娱乐系统相比，如今的汽车娱乐不仅有CD/DVD/VCD/MP3多媒体播放，还将电视接收、GPS、GSM/GPRS电话、蓝牙耳机、互联网等各种无线技术揽入了它的怀抱。康晓敦表示：“未来的汽车通讯娱乐系统应该是将所有的家用娱乐技术“搬”至车上。不过他也指出：“从无线技术上讲，应该不会有更新的技术出现，将更好的消费无线应用技术移植到汽车上应该是比较现实的做法”。市场的需求将是该技术能够由实验室走向实际应用市场的根本推动力。汽车用户对车内信息网络化得需求，将直接促进车载无线通信技术的应用及其发展。市场对车载功能的多样化和集成化的需求而全面发展。随着当前汽车消费者对于汽车安全性、舒适性的追求，车载无线通讯技术在其4大应用领域也将有着长足的发展：（1）从车内无线通讯来看，一些较为先进的车载功能，如车载蓝牙电话、智能钥匙、胎压监测等，都已经依托车内无线通讯技术而实现较为广泛的应用。（2）车与车之间的无线通讯，将主要体现在“先进驾驶员辅助系统”上。其中，车距监测是主要功能之一。从目前来看，车距监测功能主要依托汽车雷达来实现，但偏高的成本使得这一技术目前还仅适用于部分高端车型。由于当前该技术存在着传导或监测距离短等缺点，因此在实际使用中有较大的误差。但随着车载无线通讯技术的引入，这一功能的实用性将被大幅度提高，尤其是在高速公路上使用，可以直接提高车辆行驶的安全性。（3）车-路无线通讯。汽车将会自动识别交通标识、接收交通信息、如限速标志、动态交通信息等，将此数据导入行车电脑后，对车辆的行驶作出调整与提示，保障车辆行车安全。（4）Telematics系统？？？。是汽车产业与无线通讯技术的集合，以汽车为载体，为驾驶人员提供紧急救援、人车安全、车辆应用服务、信息娱乐服务等多方位的服务。车载Telematics的巨大前景及利润空间。差异化竞争的有利武器。但另一方面，车载无线通讯技术的普及受该技术的难度及成本影响，复杂的技术、高昂的成本投入，导致这一技术的实际使用比例还处于较低的水准，以中国乘用车市场为例，在目前中国乘用车市场上，己经有较多车型开始引入无线通讯技术，但目前这类技术还主要集中在中高端车型领域，如日产天籁等车型。目前车载无线通讯技术的实际应用还停留在较为基础的领域。但随着汽车消费者对于车辆安全性、舒适性的不断追求，车载无线通讯技术的应用将更为广泛且深入。伴随着汽车功能多样化、集成化的发展趋势，对于车内信息传输、通讯的要求也必然将进一步提高。在当前通过线束构成物理连接，这一传统网络构建方式不能满足车载通讯网络需求时，车载无线通讯技术必将作为其有效的补充者、乃至替代者。而随着车载通讯技术的完善与广泛应用，汽车技术也将登上一个新的台阶。（5）3车载无线通讯技术的构成车载无线通讯技术是将汽车技术、电子技术、计算机技术、无线通讯技术紧密结合，整合各种不同的应用系统而产生的一种新型技术，主要实现汽车状况实时监测、车内无线移动办公、GPS全球定位、汽车行驶导航、车辆指挥调度、环境参数采集、车内娱乐等功能。车载无线通讯技术由车载导航模块、车载无线通讯模块、安全报警模块、行车状态记录模块、多媒体播放模块、数据采集模块、语音识别模块、地理信息系统模块八部分组成。所有的数据都通过车载信息中心进行处理、协调，并作出正确的反应。下图为车载无线通讯技术的构成：4UWB（UltraWideBand）技术？？？UWB技术以其传输速率高、抗干扰能力强、保密性好等优点迅速发展起来，目前成为蓝牙技术的有力竞争技术，有望在未来的汽车内得到应用。5WiMAXWiMAX是一项新兴技术，能够为高速数据应用提供更出色的移动性。凭借这一特点，有望应用于车外通讯系统中。6WiFiWi-Fi是最早期的高速无线数据技术之一，它在短距离无线接入点设备100米的范围内可以实现高速连接。室内传送距离为50到150英尺，室外可达1000英尺。802.11p对传统的802.11无线网络技术加以扩展，可以实现一些对汽车非常有用的功能：更先进的传递机制（HandOffScheme）、移动操作、增强安全、识别（Identification）、对等网络（Peer-to-Peer）认证，最重要的是，在分配给汽车的5.9GHz频率上进行通讯。802.11p将充当DSRC或者面向汽车通讯的基础。802.11p相对802.11：更适合汽车这样的特殊环境，如热点间切换更先进、更支持移动环境、增强了安全性、加强了身份认证等等。蜂窝通信覆盖成本比较高昂，提供的带宽比较有限。使用802.11p有望降低部署成本、提高带宽、实时收集交通信息等。802.11p的优势有助于刺激厂商将Wi-Fi尤其是802.11p内置入汽车中，而为了节省成本和方便起见，厂商极有可能将802.11p与传统的802.11a/b/g工作于同一频段之中，或者干脆是融合这些标准的多模产品。7Zigbee？？？ZigBee技术则是随着工业自动化对于无线通信和数据传输的需求而产生的，它凭借省电、可靠、成本低、容量大、安全等优势，广泛应用于各种自动控制领域。ZigBee相对RFID技术，更类似于移动通信的信号基站，它可以通过无线通讯模块的覆盖，组成广阔的网络覆盖区域，除正常数据传输、监控外，还可以与其他网络进行连接，从而实现数据交换、远程控制等功能。车载无线通讯技术主要按照其应用领域以及所使用通讯协议来进行划分。从应用领域分：1）车内无线通讯；2）车-车无线通讯；3）车-路无线通讯；4）车与外部网络的无线连接。8HomeRF？？？是Proxim提出的，得到了Intel、Motorola的支持，去年8月2.0版推出，使得速率达到10Mbps。HomeRF的优势在于集成了语音和数据传送技术。HomeRF和802.11b如果在一起使用无线传输将会互相干扰、互相阻塞，当前的设计他们都没有考虑到对方。顾名思意，HomeRF更侧重于家用，如无绳电话，802.11b则是把LAN衍生到无线空间。9BlueToothBluetooth可能是被我们更为熟知的技术了，它的目标是低带宽、短距离、低功耗的数据传送，用在PDA、手机、笔记本等设备。Bluetooth事实上是个迟到者，802.11b现在已经到了大规模生产降低成本的时候，而Bluetooth产品刚刚开始进入市场。IEEE的PAN（PersonalAreaNetwork）即802.15工作组最近提出将Bluetooth和802.11b可以同时工作。10HiperLAN？？？HiperLAN是欧洲通信标准协会ETSI主推的，有HiperLAN和HiperLAN/2两套标准，他们都同样运行在5GHz，但HiperLAN/2的传送速率更高，和802.11a一样，也是54Mbps，距离可达150米，室内室外均可以使用，并且兼容3GWLAN系统，可以收发数据、图形、语音数据。11IrDA？？？短程光通信在信息产业应用领域，IrDA发展迅速并比较成熟，已在很多设备上得到普遍应用，但是它是点对点的协议，而且通信距离在几米范围内。IrDA物理层和数据链路层并不适合直接用于BEACON技术，但它比较成熟，进行仔细分析有助于适合BEACON的光通信技术开发。IrDA是一种利用红外光进行短距离点对点通信的技术。推动这种技术发展的是红外数据协会(IrDA，InfraredDataAssociation)，它为短距离红外无线数据通信制定了一系列开放的协议与标准。IrDA规范化标准有两种版本，IrDA的1.0版本提供了最高为115.2kb/s的通信速率；1.1版本把最高速率扩展到4Mb/s，同时保持了与1.0版本的兼容性。在IrDA中，物理层(ThePhysicalLayer)、链路接入协议(IrLAP)、链路管理协议(IrLMP)是必需的三个协议层。12CALM？？？ISO/TC204WG16就是关于CALM通信技术标准研究的工作组。目前关于红外线技术通信的文件有NP21214，题目为“在ITS领域中使用850nm红外通信的广播、点对点、车对车、车对点中程远程高速空中接口参数和协议（含主/从通信和同级通信规范）”。其内容包括对ITS领域中的广播、点对点、车对车、车对点的中程远程高速通信标准化要求的调查。NP21214技术报告考虑了ITS领域高速数据通信目前的和今后可能的要求，以确定标准化要求并对今后的工作项提出建议。数据通信在固定基础设施点之间、在移动的非车辆点之间、在车辆之间、在固定点（移动点）和车辆或其他固定点（移动点）之间进行。一、前言智能运输系统（IntelligentTransportSystems，简称ITS）是信息化技术在交通运输领域的具体运用和体现。以日本为代表的在交通信息和交通诱导方面建立的VICS系统就是ITS领域交通控制与诱导的崭新方式。它采用建立多部门的共用信息平台机制，通过路侧的短距离交通信息发布系统向过往车辆发送交通控制与诱导信息。交通控制更强调通过向出行者提供更多的交通信息服务来实现宏观调控，也即由传统的主动直接控制变为间接调控。根据交通控制与诱导的目的和范围，信息发布的装置可分为短程信标和中远距离信标。信标又常称为BEACON，根据信息传播的媒介可分为光信标、射频/微波信标。根据传输速率可以分为低速信标和高速信标。传统的交通广播采用调频副载波方式发布数据化的交通信息是一种大作用范围的射频信标。通过对各种短距离