选择过去还是未来?大国车联网技术标准之战

中国人常常选择相信未来。

文|路由社 熊宇翔

编辑|周长贤

12月12日,华盛顿,美国通信领域的最高管理机构——联邦通信委员会(Federal Communications Commission,简称:FCC)一锤定音,一场持续多年的汽车通信标准技术之争暂且告一段落。

这场争端无关5G,也没有涉及到华为。但它带来的影响,却像涟漪一样扩散出去,整个美国汽车行业乃至全球汽车行业的通信技术与标准格局,或将因FCC的决议改写。

故事要从一项名为DSRC(专用短程通信)的技术讲起。在美国交通运输部的主导下,DSRC在美国已经有二十余年的发展历史,并且,即将在美国投入大规模应用。在相当长一段时间内,它是V2X车联网唯一可用的通信技术。大众、丰田等国外车企, 甚至已经给出了产品时间表,将在北美车型上搭载DSRC技术。

但在关键时刻,FCC却选择了重新分配原本划分给DSRC的75MHz无线电频谱资源——其中最下层的40MHz向全社会开放,上层的20MHz则被划分给了更新的C-V2X(Cellular Vhicle to Everything,基于蜂窝网络的车联网通信技术)。仅仅只留下10MHz,分给已经准备多年,箭在弦上的DSRC。并且,DSRC要拿稳这仅存的10MHz频谱也不容易,它需要在评议期内证明自身的价值,否则将彻底在美国失去资格,被C-V2X取代。

然而,DSRC的支持者们,早已听闻FCC态度摇摆的风声,他们选择了观望。今年4月,丰田宣布暂停从2021年开始为美国市场的车型搭载DSRC的计划。得知FCC的决议后,通用汽车未予置评。而福特早已站在了C-V2X技术的阵营中。如此以来,DSRC在美国大规模部署的希望正变得越来越渺茫。

据称,美国交通运输部已经为DSRC的推广支出了超过7亿美元;而在20年前,同样是FCC,把处在5.9GHz频段75MHz频谱的资源划给了DSRC。

那么,美国人为何选择亲手让二十年付出的心血付诸东流呢?

这或许是一旧一新两种车联网技术争锋的自然结果,或许又有大国围绕通信技术博弈的原因。但从本质而言,这是一道摆在企业、产业、国家面前的艰难选择题——尊崇过去,还是相信未来?

同归但殊途

上世纪90年代,发达国家的汽车产业已经高度发展,但随之而来的交通问题造成了大量的拥堵、交通事故,带来了严重的生命财产损失。怀着同一个目标,日本、美国、欧洲相继出发,尝试构建一个智能交通系统(ITS,Intelligent Traffic System)。让交通智能起来的重要前提是,车辆彼此能够“说话”,还能够和各种交通基础设施沟通。因此,通信技术很自然地成为ITS规划中不可或缺的一环。

看上去,ITS有着非常宏大的蓝图,但它率先发力的重要场景却显而易见——高速公路收费站的ETC(不停车电子收费)。

当时,如今被广泛使用的蜂窝网络技术还不够先进,无法可靠地支持汽车场景的通信,人们转而寻找新技术。1992年,美国率先提出了DSRC技术的概念,将其无线电频段安置在915MHz波段。因低频波段带宽窄、干扰多,业界继续向上寻找,来到了5.8-5.9GHz频段。

以美国提出的DSRC为技术基础,以发展ETC为契机,从上世纪90年代到20世纪初,美国、日本、欧洲相继为车辆通信技术分配了频谱,制定了标准,开始在汽车行业加以推广。其中,美国选择了5.9GHz,日本和欧洲则选择了5.8GHz。虽然三地的标准有一定出入,但它们都基于同一套更基础的标准——IEEE 802.11p。

我们可以据此简略地认为,DSRC与WiFi是同源的技术——802.11本身就是为无线局域网(WLAN)定义的标准,我们平时所使用的的WiFi,遵循的就是802.1a、802.11ac等一系列协议。802.11p则是无线局域网技术针对车辆场景特别优化的一个子集。因此,无论是哪个国家的DSRC,它们与WiFi都有着血缘关系。

而WiFi具有的一些传统优点,DSRC也都有——通信时延低且质量稳定。事实上,这正是DSRC被早期的车联网通信选中的关键特质。但另一方面,它与WiFi技术相同的其他一些特质——比如本质上是局域网,需要铺设“路由器”将车辆与其他通信设备连接起来,信号范围有限。正是这些特质,为DSRC日后的坎坷,埋下了伏笔。

作为后起之秀,在DSRC提出超过二十年之后,C-V2X才开始崭露头角。2015年,国际通信标准组织3GPP开始针对C-V2X的概念和需求进行研究。当3GPP在R14中正式发布C-V2X的物理层标准时,已经是2017年。

从Cellular(蜂窝网络)可以看出,C-V2X与我们手中的手机所使用的通信技术,同属一个体系。这也是C-V2X在4G网络实现部署之后才开始崛起的天然限制。因为蜂窝网络技术迭代到4G时,其通信时延的指标、对高速运动物体的支持,才能满足汽车安全通信的要求。事实上,直到今天,4G对超高速运动物体的信号支持仍然有些力不从心——当你搭乘时速300km/h的高铁时,尽管铁轨旁的4G基站一个接一个,手机的信号仍然不太好使。

尽管C-V2X相对老资格的DSRC来说,在车辆通信领域只是个楞头青,但它背后站着的,却是繁荣昌盛的移动通信产业,以及随着产业兴旺成长起来的大批蜂窝网络领域的技术人才,还有,不计其数的可为其所用的通信基础设施。

正因为如此,C-V2X虽姗姗来迟,但稍有进展便赢得了各方支持,其中包括全球各地的通信运营商、通信技术公司,如华为、高通等,乃至于一部分车企如宝马、奔驰、福特也站在了C-V2X一方。

而DSRC一方的支持者则主要有丰田、通用、大众等数家车企,以及处在它们供应链体系中的半导体公司恩智浦、瑞萨等。

对热衷于做多选题的汽车行业来说,面对一项技术选择旗帜鲜明地站队,并不常见。对啊,为什么DSRC与C-V2X就不能共存互补?理论上,两种路线虽然可以共存,但现实的残酷在于,这样做需要付出难以承受的沉重代价,让两种技术事实上水火难容。

由于通信是基础中的基础,对利益相关方来说,两种技术试图兼容的代价是巨大的:

对政府机构来说,标准统一是推进建设、高效管理的前提;

对许多通信技术公司来说,技术的分化意味着它们必须选边站,而不可能跳到对手擅长的领域作战;

对汽车市场来说,兼容两套车联网标准,意味着要建设两套不同的基础设施,车企要测试、验证两套不同的功能模块,消费者最终必然会在购车款中为此买单。

在面临车载通信标准的重大抉择时,对绝大多数利益相关者而言,正确的做法是选一个看上去会更好的。显然,美国重新选择了C-V2X。

大国的转变

从曾经DSRC的坚定支持者,到“背弃”DSRC选择C-V2X,美国人到底经历了什么?直接的原因不复杂——DSRC推广不成功。

根据原中兴通讯副总裁、现高新兴科技集团方案架构师吴冬升的数据,美国有35万个交叉口,但在DSRC推广过程中,对应的DSRC路侧设备(也就是通信需要的“路由器”)只有5000余个。到2016年,美国的DSRC还处在多地试点阶段。

通用汽车是身体力行应用DSRC技术的先锋。事实上,通用汽车是在美国唯一将DSRC技术量产应用的车企。两年前,通用汽车在美国市场推出了搭载DSRC的CTS(因为基础设施限制,也就是“路由器”不够,主要实现的是车辆间通信功能V2V),但拥有此功能的CTS车型压根就未大规模销售,连一万台都不到。

从1999年分配频谱,到2004年首次确立标准,到如今却成绩寥寥。DSRC在美国难言成功。为什么?

除了美国普通人对车联网似乎天生不太感兴趣,更多的或许是对技术成本的考虑。美国路网发达,如果要推广DSRC,意味着需要在美国大陆上铺满“路由器”。然而美国地广人稀,这样做的经济效益堪忧。其实,就连几乎人人都用的蜂窝网络技术,美国通信运营商在搭建基站时,也是“挑三拣四”,第一目标是寻求利益最大化而不是信号覆盖率和信号质量。

美国交通运输部曾估算,实现DSRC的规模化部署,至少需要数十亿美元的基建支出。美国高速公路安全管理局(NHTSA)则计算了车辆端的DSRC部署成本——大约每台车300美元。

高昂的支出和难以预计的回报,让参与DSRC推广的各方势力,无论是美国政府,还是企业,都没有付诸全力。

DSRC失意之时,C-V2X却在快马加鞭中显露出更大的成长潜力。其实,C-V2X的技术还远谈不上完美,DSRC阵营随手便可以挑出它在抗干扰性、安全协议等方面的不足,但3GPP频繁的研讨会,清晰的路线图,和DSRC的“冷清”形成了鲜明对比。

它成功地吸引了美国最大的通信技术公司高通公司,与美国第二大汽车生产商福特的注意。

事实上,高通与福特曾经也支持过DSRC,并进行了相应的技术准备。直到2017年,高通还在技术方案中寻求DSRC与C-V2X的兼容。但在目睹了DSRC的慢与C-V2X的快之后,两家公司都倒向了C-V2X阵营。

而FCC对DSRC与C-V2X的态度转变,与来自高通与福特的游说脱不开关系。今年9月,在美国众议院举行的一场名为“Legislating to Secure America’s Wireless Future”听证会上,高通公司负责频谱战略与技术策略的高级副总裁Dean R. Brenner称,C-V2X的覆盖范围和可靠性都要比DSRC的大得多,“FCC须放弃或更改目前仅允许部署DSRC技术的5.9 GHz频谱规则,以促进C-V2X技术在美国的部署。”

美国转变的动力,不仅仅是因为企业的呼吁,还有来自大洋彼岸的国家在C-V2X路线上倾尽全力而带来的压力。而这个国家曾经只是车用通信技术与标准的跟随者。

当美国、欧洲、日本等国家、地区在为打造智能交通系统艰难地推动DRSC时,中国这个后发者,却迎来了汽车和交通产业的爆炸式发展,试图从前辈们的举措中学习一些经验。实际上,中国确实也学习并应用过DSRC技术,但并不多——1996年,中国开始借鉴美国、日本、欧洲的技术,建设ETC(不停车电子收费系统),而高速收费站里的电子装置与车辆间进行通信使用的技术,就是DSRC。

其实,中国原本可能在DSRC这条路上走得更久。早前,由于众所周知的原因,中国通信行业与欧洲走得更近。在ITS领域,中国也跟着欧洲亦步亦趋。不过,欧洲这位老师更倾向于选择使用DSRC技术构建V2X车联网体系。

但当4G网络在中国大规模铺开之后,中国迅速投入到C-V2X的阵营中。2017年,在无锡举办的“2017年世界物联网博览会”上,基于C-V2X的商业应用开始演示。中国工程院院士李骏在接受电视采访时旗帜鲜明:“我们推的就是LTE-V(基于4G的C-V2X)”。2018年,工信部出台《车联网直接通信使用5905~5925MHz的管理规定》正式发布,明确规划5.9G频段作为基于LTE的C-V2X技术的车联网(智能网联汽车)直连通信的工作频段。自此,C-V2X在中国取得了压倒性的地位。

在政府牵头下,不仅国内车企、通信运营商、通信设备公司全面倒向C-V2X,由于中国对C-V2X技术大开绿灯,连高通与福特这样根正苗红的美国公司,都选择将中国作为研发、部署C-V2X的战略高地。

2019年7月,高通称,中国或将在自动驾驶领域先于全球推行C-V2X。而福特则是从2018年开始,在中国无锡进行C-V2X的辅助驾驶应用开发与测试。一个让美国政府尴尬的事实是,福特宣布,将于2021年率先在中国推出搭载C-V2X的试验车型,而这项技术在美国的量产时间是2022年。

选择过去还是选择未来?

其实,中国在C-V2X领域的出挑原本也不会引起美国如此大的反应,因为事实上美国、日本、欧洲由于早年对DSRC的推广应用,导致在这些汽车产业强国/发达地区,车企是认可DSRC——比如,丰田、大众、通用,都是DSRC的支持者。

DSRC相对成熟,经过验证,对于看重可靠性的车企来说,DSRC本应是最佳选择。而C-V2X虽然有更大的成长潜力、更高的理论上限,不过对于有历史包袱的汽车行业来说,它本该要更长的时间,才有可能受到今天的重视。但一项关键技术的热潮,成为了C-V2X的催化剂——5G。

从2018年开始,美国、中国、欧洲、韩国争先恐后地开始5G的商用(或预商用)。同时,5G更成为中美两国博弈的着力点。事实上,中美两国的通信技术公司,如中兴、华为以及高通等都因此吃过苦头。

原因无他,无论是中国还是美国都达成了这样的共识——5G是通向IoT时代的钥匙,是未来一段时间的技术制高点。而能否与5G接轨,成为决定一项技术最终命运的重要指标。

DSRC虽然千好万好,但有一个致命伤——并不能向5G平滑演进。因为底层通信协议的不同,DSRC与5G若想在一辆车内共存,必须建设两套基础设施,搭载两套车端通信单元,切出两个互不干扰的频谱······

如果5G能够在未来一段时间内推广开,选择先大规模部署DSRC再向5G V2X硬切换的路线,不仅使得DSRC所投入的各种资源将难以被5G复用,整个社会也会面临众多因为标准不统一而产生的系统性问题。

而C-V2X由于与5G同源(都是蜂窝网络),可以更顺利地向5G实现演进,并被吸纳为5G技术的一个子集。事实上,C-V2X的支持者们就是这么做的,他们正在筹谋C-V2X从4G步入5G时代的路线图——LTE V2X-LTE eV2X-NR V2X。某种意义上,如果一国加速推广C-V2X,就意味着这个国家的汽车产业,将在对接5G时代的赛跑中博得一个先发的身位。

显然,从DSRC转向C-V2X的美国,是在摇摆中开始朝未来踏出一步,而全力加码C-V2X的中国则是毫不犹豫地往未来飞奔。

原因在于,并非中国的产业界掌握了更高的认知,而是国内实在没有DSRC的历史包袱。并且,在类似的选择中,中国有过成功的经验。

中国在移动互联网上的跃进,就是一个很好的例子。

当年,中国为了在世界通信领域中立足,在3G时代可谓是呕心沥血,不惜花费巨大代价研发了具有自主知识产权的TD-SCDMA,并将其作为中国最大网络运营商中国移动的3G制式加以推广。

但TD-SCDMA在部署后,通信质量表现不佳,与国外同类技术存在显著差距。在意识到中国在3G技术标准领域的话语权仍然边缘化后,中国迅速地战略性放弃了3G,转而全力推动4G的部署。这一选择的最终结果是,到今天全球4G基站有超过一半分布在中国,大多数移动网络用户直接从2G时代步入了4G时代。

巨大的技术代差释放出的人口红利,让中国一跃成为移动互联网产业大国。反过来,中国通信产业在4G的繁荣下积累的技术、经验、基础设施,又让中国在5G时代获得了更高的起点,成为5G技术的先发国家。

结语:

在美国大幅度倒向C-V2X技术之后,这场旷日持久的车联网技术之争,仍然未见分晓。毕竟,DSRC与C-V2X都还未能真正意义上大规模部署。

然而,在汽车行业与通信行业同时具有巨大影响力的美国选择转向,使得DSRC与C-V2X的势力天平发生了巨大的偏转。其实,欧洲的监管机构亦在今年表态,对DSRC与C-V2X的技术竞争,持技术中立态度。如今,只有日本在DSRC的推广上取得了显著成效,据说其分布在道路旁为DSRC服务的“路由器”已经架设完毕,而搭载DSRC技术的皇冠与普锐斯已经卖出超过10万台。当然,这样的成就与日本国土面积小、丰田品牌实力强大密不可分。

只是,翻阅日本在DSRC领域所取得的成就时,你会发现,日本在5G的话题上几乎是个边缘人。

汽车通信标准之争,到底选DSRC还是选C-V2X?至少在全球范围内,这个问题还没有标准答案,各国各地区是根据自身的情况出发去设定,或做调整。

只不过,DSRC与C-V2X之争,并不只是一道单纯的技术选择题。它也映射着这样的思维区隔:是选择以过去为出发点,将从前的成果置于现在;还是以未来为着眼点,让现实朝向它不断更改。

显然,中国和中国人常常选择后者。

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