新能源汽車無線通信技術

上一篇文章我們介紹了汽車上主要的車內通信技術，這些通信依賴于各類物理線束，汽車上還有一些通信是不需要物理線束的，我們把這類通信叫做無線通信。

本文將帶領大家一起了解汽車相關的無線通信技術，如：蜂窩網(wǎng)絡、WiFi、BT、NFC、ETC、C-V2X。

經(jīng)常研究無線通信的人應該知道，無線通信是指僅利用電磁波而不通過線纜進行的通信方式。

無線通信在我們生活中也很常見，如：收音機、手機（用的是蜂窩式網(wǎng)絡，1G、2G、3G、4G、5G...）、藍牙、WiFi等。

下面我們看看汽車上用到了哪些無線通信技術。

1930年，Motorola的前身加爾文制造公司推出了一臺名為Motorola的車載收音機，這款車載收音機一經(jīng)推出便受到車主們的一致好評。

車載收音機為枯燥的汽車旅途增添了很多樂趣，直到如今仍然是汽車上必不可少的配置之一。

在車聯(lián)網(wǎng)技術大規(guī)模爆發(fā)之前，無線電收音機是標配，后來隨著車聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，無線電收音機慢慢被網(wǎng)絡收音機所取代。

但就在2024年，中美幾乎同時宣布汽車必須支持車載收音機功能，當戰(zhàn)爭或自然災害導致網(wǎng)絡中斷時，無線電收音機將會發(fā)揮重要作用。

1946年6月17日，美國密蘇里州圣路易斯的一名司機從汽車中控臺拿出聽筒，打出了世界上第一通民用移動電話，自此，車載電話開始興起。

彼時的車載移動電話很笨重，電源、接收器、發(fā)射器等設備占去了后備箱大量空間。此外，每一通電話打出去，要很久才能打通。

隨著通信技術的發(fā)展，移動電話體積變小，1973年時，摩托羅拉的工程師馬丁·庫珀在紐約街頭撥打了世界上第一個移動電話。

馬丁·庫珀用的這部電話（“大哥大”）重約1.13公斤，總共可以通話十分鐘，這被稱為第一代移動通信技術（1G）。它的特點是基于模擬信號，通話質量有限。

1978年，貝爾實驗室的科學家在芝加哥成功測試了世界上第一個具有隨時隨地通信能力的大容量蜂窩移動通信系統(tǒng)，并于1993年投入商用。

蜂窩網(wǎng)絡技術將地理區(qū)域分成許多小的區(qū)域，每個小區(qū)域都有一個基站，用于向該區(qū)域內的移動設備提供無線通信服務。

這種技術架構就像蜂窩一樣，所以被形象地叫做蜂窩網(wǎng)絡。

到20世紀90年代時，第二代移動通信技術（2G）開始普及，它使用數(shù)字信號，通話質量和安全性大大提高，同時引入了短信服務（SMS）。

很快2G通信技術就被應用到了汽車上。1995年，通用汽車聯(lián)合EDS、休斯電子成立了OnStar公司，這家公司主要為汽車提供緊急呼叫服務。

具體來講，搭載了OnStar系統(tǒng)的汽車，在防撞梁、車門、安全氣囊等多個地方裝有碰撞感應器，一旦車輛碰撞程度超過臨界點，車內無線通信模塊就會第一時間給OnStar撥通電話，并將車輛位置等車輛信息傳輸?shù)胶艚兄行摹?/p>

司機便可以與呼叫中心人員進行溝通，尋求幫助。在緊急情況下，如果司機已經(jīng)失去意識，無法電話交流，呼叫中心人員會聯(lián)系距離車輛最近的醫(yī)療人員前往事故地點，進行救援。

這種關鍵時刻救人一命的技術后來被統(tǒng)稱為eCall（緊急呼叫）系統(tǒng)。

2018年7月起，歐盟要求所有車輛強制搭載eCall系統(tǒng)，中國的eCall標準征求意見稿已經(jīng)出來很多年，但因為各種原因，截至今日還未強制實施。

搭載OnStar系統(tǒng)的車輛，除了具備緊急呼叫功能外，還可以進行遠程解閉車門鎖以及遠程診斷，這都得益于蜂窩網(wǎng)絡技術的發(fā)展。

這些如今司空見慣的遠程控制功能，在當年可是高檔車的專屬，以及車輛智能化的重要體現(xiàn)。

進入21世紀，第三代移動通信技術（3G）出現(xiàn)了，3G網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸速率顯著提升。

隨著3G技術上車，司機可以在車內獲取實時咨詢、天氣等信息，在線音樂、在線視頻等娛樂應用越來越豐富。

無線通信發(fā)展史上，3G被視為過渡的一代技術，因為到了2009年，第四代移動通信技術（4G）就出現(xiàn)了。

4G時代，數(shù)據(jù)傳輸速率進一步提升，移動互聯(lián)網(wǎng)、流媒體、云計算等高帶寬應用開始蓬勃發(fā)展。

在4G技術的加持下，車聯(lián)網(wǎng)這個概念在汽車領域越來越火。彼時的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)包含四個部分：車機、T-BOX、手機APP及云平臺。

車機主要用于影音娛樂、導航等；T-Box則是無線通信技術的硬件載體，也是連接車內與云端的重要節(jié)點；手機APP上可實時查看車輛狀況并遠程控制車輛；云平臺作為服務端，是整個車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的“幕后英雄”，用戶一般感知不到它的存在。

就這樣，又過了10年。到了2019年，美國、中國、歐洲在內的多個國家和地區(qū)開始大規(guī)模部署第五代移動通信技術（5G，5th Generation Mobile Communication Technology）。

我國在2019年6月6日正式發(fā)放了5G商用牌照，標志著5G在中國正式啟動商用。

5G最顯著的特點是：高速率、大帶寬、低延時。說實話，這三個特點對于我們普通的手機用戶來說，感受不是很明顯。所以5G手機推出時，并沒有想象中的那么火熱，直白點講就是5G技術有點遇冷了。

因為4G手機已經(jīng)完全滿足了我們的日常需要，上網(wǎng)、刷視頻已經(jīng)足夠流暢。

后來大家暢想著，5G技術將在汽車領域得到大發(fā)展，可以利用5G網(wǎng)絡大帶寬、低時延和高可靠的特性實現(xiàn)遠程駕駛、車輛編隊等應用場景。

搭載5G技術的車輛確實已經(jīng)量產(chǎn)了，但更多的是一種噱頭，高階智能駕駛依賴的仍然是毫米波雷達、攝像頭這些感知設備，并未因為5G技術而取得突飛猛進的發(fā)展。

至此，我們介紹了汽車上最重要的無線通信技術——蜂窩網(wǎng)絡的發(fā)展史，可以看到，它是伴隨著手機技術的發(fā)展而逐漸應用于汽車上的。

下面介紹汽車上使用的另外一種無線通信技術——WiFi（Wireless Fidelity）。

WiFi屬于局域網(wǎng)的范疇，覆蓋范圍大概是100米，傳輸速度也很快，可以達到54Mbps。

WiFi已在我們生活中四處可見，個人計算機、手機、平板電腦、智能家電...

在汽車領域，一般車機、T-BOX這兩個件會帶有WiFi，用于連接網(wǎng)絡或無線傳輸日志，便于排查問題。

下一個無線傳輸技術是藍牙（BT，Bluetooth）。

這個技術在我們生活中也很常見，藍牙音響、藍牙耳機...

說到藍牙，有幾個概念大家容易混淆。BT、經(jīng)典藍牙、BLE，他們之間是什么關系？

藍牙技術自1994年誕生以來，已經(jīng)歷了多次重大更新，每一次升級都帶來了性能上的顯著提升。最新版本是2023年發(fā)布的5.4。

在2010年以前，我們提到藍牙，指的就是經(jīng)典藍牙，那個時候還沒有低功耗藍牙的概念。

到2010年藍牙4.0發(fā)布時，藍牙技術分為兩種：經(jīng)典藍牙（Classic Bluetooth）和低功耗藍牙（Bluetooth LowEnergy）。BT一般指的就是經(jīng)典藍牙，而BLE則指低功耗藍牙。

經(jīng)典藍牙的特點是高帶寬、高功耗，適合于需要穩(wěn)定、大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱鼍啊?strong>低功耗藍牙的特點則是超低功耗、適中的數(shù)據(jù)傳輸速率、快速連接，適用于間歇性、短時間的數(shù)據(jù)傳輸場景。

此外，藍牙還分單模和雙模。雙模藍牙可兼容經(jīng)典藍牙和低功耗藍牙兩種協(xié)議，因此可與更多的設備進行連接和通信；而單模藍牙則只支持一種藍牙協(xié)議，只能與特定類型的設備進行連接和通信。

不同藍牙各有其特點，在實際應用中，可根據(jù)具體的需求和場景選擇合適的藍牙模塊。

在汽車領域，帶有藍牙的設備主要有車機、T-BOX。車機主要用于與手機連接，實現(xiàn)藍牙音樂功能；T-BOX中的藍牙在主要用于藍牙鑰匙功能，實現(xiàn)近場控車功能。

接下來我們介紹另外一種近場通信技術——NFC（Near Field Communication）。

使用了該技術的設備（如：手機），可以在彼此靠近的情況下進行數(shù)據(jù)交換。

NFC實際上是非接觸式射頻識別（RFID）及互聯(lián)互通技術整合后演變而來，其在單一芯片上集成感應式讀卡器、感應式卡片和點對點通信的功能，基于移動終端實現(xiàn)移動支付、門禁等應用場景。

NFC在汽車上的應用主要是數(shù)字鑰匙場景，搭載NFC技術后，用手機、卡片、電話手表等就可以當車鑰匙了。

后續(xù)我們會專門寫一篇文章來介紹數(shù)字鑰匙系統(tǒng)，請大家持續(xù)關注。

汽車上還有一個功能用到了無線通信技術，即：ETC。

ETC（Electronic Toll Collection）的中文名是全自動電子收費系統(tǒng)，其通信距離一般在10m左右，在汽車上已經(jīng)普遍使用了，我們不再詳述。

下面介紹近些年在汽車領域比較火熱的V2X無線通信技術。

我們都知道，車輛在給人們帶來便捷性的同時，也在時刻威脅著大家的生命安全。全球每年約124萬人死于交通事故。

因此，實現(xiàn)車輛無人駕駛，與智慧交通融為一體，實現(xiàn)零傷亡，是汽車乃至交通領域追求的終極目標。

無人駕駛并不新鮮，谷歌早在2010年便開始研究無人駕駛技術。

早期的無人駕駛技術路線是單車智能，即在車輛上配置各種雷達、攝像頭，以感知周邊環(huán)境。

傳感器的探測范圍和精度畢竟是有限的，且成本高昂，因此，到了2015年，《中國制造2025》首次提出了智能網(wǎng)聯(lián)汽車的概念。

此后，業(yè)內普遍認為聰明的車與智慧的路相結合，共同支撐自動駕駛技術發(fā)展，才是未來的大方向。

即車與車（V2V）、車與路邊設施（V2I）、車與云端（V2N）、車與人（V2P）等要實現(xiàn)互聯(lián)互通，這就是V2X（Vehicle-to-Everything）。

由于我國在蜂窩網(wǎng)絡領域發(fā)展勢頭很猛，尤其在5G時代處于領先地位，同時我國通信基站遍布全國各地，因此，我國選擇了V2X的通信基于蜂窩網(wǎng)絡來實現(xiàn)，所以叫C-V2X（Cellular Vehicle-to-Everything）。

在這之前，美國一直推崇的V2X通信是基于DSRC（Dedicated Short Range Communication，專用短程通信）技術來實現(xiàn)的。

我們后續(xù)會有一篇專門介紹自動駕駛技術的文章，所以在此不再詳述V2X與DSRC。

行文至此，相信大家對汽車領域用到的無線通信技術已經(jīng)有所了解，以后看汽車發(fā)布會，也能看出點門道了，而不是只看個熱鬧。

每個人都是有知識盲區(qū)的，包括我在內，我們能做的，唯有不斷學習，不斷精進。

圖文不是很生動，建議觀看下方視頻。

本期科普到此結束，感謝大家閱讀。

這個系列（新能源汽車系列第一季）文章結束后，我還會寫新能源汽車系列第二季、汽車前沿技術等系列文章，把我在汽車行業(yè)的所見、所思不定時輸出，請大家持續(xù)關注。

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