Sub-Ghz技术引领车与车通信的未来

e络盟技术团队

 

简介

如今，全球互联与自动化程度越来越高，受此影响，汽车行业也开始重点关注车与车通信（V2V）领域。借助V2V技术，汽车能够以无线方式实时交换各种信息，包括周围车辆的速度、方向及位置。毕竟，安全是重中之重。执法人员也可利用V2V技术完成一系列工作，包括跟踪车辆位置、疏导交通、调整交通信号灯程序，以及处理限速问题。驾驶员可利用V2V通信避开交通拥堵，并与其他车辆保持适当距离。此外，这项技术还可帮助驾驶员安全停车。V2V技术可用于现代车队管理。

在城市环境中，建筑物、树木和其他车辆等障碍物可能会干扰通信信号，给V2V通信带来严峻挑战。Sub-GHz无线通信技术使用通常低于1Ghz的低频信号在车辆间传输数据，为车辆间通信及重要信息交换提供支持。

 

Sub-GHz无线通信是什么？

Sub-GHz无线通信是指频率在1GHz以下的V2V通信技术。无线通信是指使用无线电波和红外线波长等电磁波，在空中传输数据。对于某些应用而言，频率低于1GHz的免许可工业、科学和医疗（ISM）频段（315、433 以及 902 至 928 MHz）是理想的选择。在给定的功率水平、接收极具灵敏度和天线增益条件下，低频本身就比高频具有更长的传输距离。

与蓝牙和Wi-Fi等工作频率较高的无线技术相比，低频技术具有多项优势。

• 它能更有效地穿透障碍物和墙壁，实现更长的通信距离和更大的覆盖范围。
• Sub-GHz无线通信不易受其他无线设备和电磁噪声的干扰，这些干扰会降低通信信号的质量。因此，对于需要可靠、稳定的无线连接的应用而言，Sub-GHz无线通信尤其适用。
• 与高频信号相比，其所需的功率更低，这种特性对于电动汽车等电池供电设备来说至关重要。这种较低的功率要求还有助于减少干扰，提高通信可靠性。

图1：为何采用低于1GHz的RF技术

 

Sub-GHz无线通信应用于V2V

在发展自动驾驶汽车和智能交通系统方面，V2V通信发挥着至关重要的作用。借助这项技术，车辆能够与交通信号灯和指示牌等路边基础设施相互通信，共享各种信息，包括路况、交通流量以及其他关键数据。这些信息可以提高安全性，减少拥堵，改善驾驶体验。

V2V机制是车载自组网（Vehicular Ad Hoc Network，简称VANET）的主要组成部分之一。美国使用5.9GHz的预定频段。在美国车与车通信（V2V）当前的生产实施中，IEEE 802.11p被用作标准组件。VANET被视为一种移动自组网（Mobile Ad Hoc Network，简称 MANET），但也有一些不同之处，比如将车辆视为网络节点。此外，VANET网络还包括用于V2V机制的专用短程通信技术（Dedicated Short-Range Communications，简称 DSRC）。

 

V2V通信在频率范围、功率要求和通信协议方面的基本技术要求如下：

• 频率范围：V2V通信系统在5.9GHz频段内运行，该频段由美国联邦通信委员会（FCC）分配，用于智能交通系统（ITS）应用。该频率范围划分为两个通信信道，分别是车与车 （V2V）通信和车与基础设施（V2I）通信。
• 功率要求：V2V通信系统耗电量极低，可延长车辆电池的使用寿命。V2V通信所需功率通常在毫瓦级。V2V通信不会干扰其他无线设备。
• 通信协议：用于V2V通信的通信协议是IEEE 802.11p，这是Wi-Fi协议的一种变体，专为车辆环境而设计。IEEE 802.11p协议使用与标准Wi-Fi不同的调制方案和信道接入机制，以适应V2V通信在高移动性和低延迟方面的要求。

通信技术	通信协议	范围	特征
DSRC	IEEE 802.11p	1000 米	高数据传输速率、为大型网络提供可靠保障
红外	IEEE 802.11	10 米	可靠、成熟且易于掌握
蓝牙	IEEE 802.15.1	10 米	低功耗、有效保障通信安全性
Wi-Fi	IEEE 802.11a/b/g	76-305米	高数据传输速率
UWB	IEEE 802.15.3a	10 米	抗干扰能力强
Zigbee	IEEE 802.15.4	100 米	低成本、低功耗
MmWave	IEEE 802.11ad/IEEE 802.15.3c	10 米	传输质量高

表：V2V通信技术

 

V2V中Sub-GHz无线通信的工作原理及应用

在V2V通信中，Sub-GHz无线通信使用射频（RF）信号在车辆间传输数据。这一过程涉及使用无线电收发器将数据编码成RF信号，然后以无线方式传输到配有兼容接收器的其他车辆。

装有Sub-GHz无线通信系统的车辆接收到其他车辆发出的RF信号时，就会对数据进行解码。随后，系统会通知驾驶员或车辆控制系统。传输的数据涵盖各种信息，包括交通状况、道路危险因素、附近车辆位置、速度和方向等。

在V2V通信中，使用称为专用短程通信技术（DSRC）的特定通信协议是Sub-GHz无线通信的一个重要方面。DSRC是一种用于V2V和V2I通信的无线通信标准。其在5.9GHz频段运行，同时利用各种Sub-GHz频率实现一系列通信模式。

在DSRC中，通信通过车辆间交换的一系列基本安全信息（BSM）进行。此类信息既包括车辆位置、速度、方向等基本数据，也包括制动状态和危险警告等其他重要细节，如附图所示。BSM 以固定间隔传输，附近车辆可获取并处理这些信息。

 

 

用例

Sub-GHz无线通信可通过多种方式用于V2V通信。其中最重要的应用包括支持车辆编队，即一组车辆相互协调以近距离行驶。Sub-GHz无线通信可帮助编队车辆保持安全距离，并快速应对行驶条件的变化。

Sub-GHz无线通信在V2V中另一个重要应用，是针对道路上的潜在碰撞或其他安全隐患，提供早期预警。通过在车辆之间传输和接收数据，可提醒驾驶员注意他们可能无法独立检测到的危险情况。由此，可预防事故发生，挽救生命。

图3：车辆编队

 

Sub-GHz无线通信是V2V通信的未来发展方向，为车辆间实时数据传输提供了一种可靠而高效的方式。这项技术有助于提高道路的安全性和效率，减少交通拥堵，改善驾驶体验。随着研发的不断深入，未来几年，Sub-GHz无线通信有望发挥至关重要的作用，协助开发智能交通系统和采用自动驾驶汽车。

e络盟与众多供应商合作，提供广泛的无线连接产品，包括RF天线、无线发射器、无线监控系统、无线接收器、蓝牙天线、ZigBee收发器、ZigBee模块、开发套件、Wi-Fi开发套件、Wi-Fi天线、蜂窝天线、蜂窝模块，这些产品可用于执行设计、开发和项目。

 

 

编者按

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