第2章 通信技术（3G/4G）演进对车联网的影响
车联网（Internet of Vehicle，IoV）的概念源于“物联网”（Internet of Thing，IoT）。车联网可以被看作物联网的一个特定领域，它是一种旨在将车辆以及与车辆行驶相关的包括道路基础设施、行人、公众电信网及与车载服务相关的云平台和服务平台相连接的泛在网络，广义上的车联网还包括车内网络，如车内控制器局域网络（Controller Area Network，CAN）、以太网（Ethernet）、Wi-Fi、蓝牙等。
如果我们把收音机广播看作一种单向和广播式的通信系统，那么早在20世纪20年代，面向大众消费者的汽车和通信系统就有了第一次亲密接触：1922年，雪佛兰推出了世界上第一款搭载西屋公司收音机的车型，将汽车与广播电台的网络连接了起来，这可以看作车联网最早的应用。
近百年后的今天，收音机广播仍是车载系统和车载应用中的重要一员。但它仅能进行单向通信，汽车（其实是驾乘人员自己）只能被动接收电台广播的信息，无法满足双向信息交互的需求，也无法和车辆进行信息交互、应用，业务场景极其单一。真正满足车联网需求和助推车联网不断演进的是近几十年里获得飞速发展的蜂窝移动通信技术。
第1代蜂窝移动通信系统采用模拟技术，基于分离式元件和电子管器件，仅支持模拟语音业务，具有体积庞大和业务单一的缺点，并没有在汽车上获得实质性应用。
第2代蜂窝移动通信系统采用数字时分多址或码分多址技术，支持数字语音、短信和低速数据业务。晶体管和大规模集成电路芯片的使用使2G终端体积大大缩小，而2G的业务功能又较为全面，移动通信技术开始在汽车上成规模地使用。
第3代蜂窝移动通信系统使用宽带码分多址、自适应信道编码调制、混合自动重传请求（Hybrid Automatic Repeat reQuest，HARQ）和高效声码器等技术，能更有效地支持更高质量的数字语音业务（包括高清语音通话）、中高速（384 kbps到几十兆比特每秒）数据服务和辅助全球卫星定位系统（Assisted Global Positioning System，AGPS）业务等。终端尺寸的进一步减小和业务能力的大幅提升，吸引了越来越多的车商和汽车远程服务提供商（Telematics Service Provider，TSP）通过前装或后装的方式把3G通信模组集成或加装到汽车上，以提供各种人工导航与咨询、远程维护、信息娱乐、跟踪派遣等车载信息服务。在3G时代，技术演进、产品迭代和业务创新相互促进，这使得车联网真正走向大众化和走上高速发展阶段。为了更好地支持车载紧急报警业务，3GPP和ETSI还在3G的基础上专门定制化地开发了eCall技术，我们将在本书的第4章对eCall进行详细介绍。另外，2G使用单向认证，存在车辆被诱骗接入到GSM伪基站的风险，并可能因此遭受伪造指令和逆向工程等安全攻击；但3G引入双向认证，当卡、终端和网络都支持3G时，要求必须使用双向认证，这样就可以避免接入2G GSM伪基站那样的安全风险。
第4代蜂窝移动通信系统使用正交频分复用、更高阶调制、载波聚合、多入多出技术（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）、纯PS（Packet Switch）、VoLTE等技术，在业务上实现语音IP化、支持更高速的数据（从几十兆比特每秒到吉比特每秒），4G帮助车载信息服务在高端和很多中端车型中得到普及。同样地，为了更好地支持4G下的车载紧急报警业务，3GPP和ETSI在VoLTE的基础上专门定制化地开发了NG-eCall技术，我们将在本书的第5章对NG-eCall进行详细介绍。4G中还有一个专门为车联网开发的技术，这就是LTE-V2X技术，该技术使得很多智能辅助驾驶功能和智能交通功能可以更好地实现，我们将在本书的第6章介绍LTE-V2X技术。
第5代蜂窝移动通信系统使用正交频分复用、LDPC码、毫米波、灵活带宽、自包含子帧结构、灵活时隙、大规模MIMO等技术，实现增强移动宽带（eMBB）、超高可靠超低时延（uRLLC）和海量物联网（mMTC）三种业务场景和能力，其中的前两个业务能力都和车联网相关。另外C-V2X会在5G框架下进一步演进。
前面归纳总结了各代移动通信技术与对应的汽车通信用例，接下来介绍汽车通信的一些技术。在图2-1中，将汽车通信分为三个阶段，分别是汽车电子（Telematics）、网联汽车（Connected Car）和云化汽车（Cloud Vehicle）。
图2-1 移动通信制式和车联网发展阶段示意图
通过对三个阶段的分析，可以发现移动通信系统造就了车联网，车联网的发展依托于移动通信技术的演进，其发展大致可以分为下面几个阶段。
第一个阶段：基于2G、3G以及4G LTE蜂窝通信网络的语音和数据通信能力，以汽车信息娱乐和eCall为代表的远程信息处理业务；
第二个阶段：基于4G和5G中的C-V2X通信技术将网联汽车（Connected Car），提供包括车到车（Vehicle to Vehicle，V2V）、车到人（Vehicle to Pedestrian，V2P）、车到交通基础设施（Vehicle to Infrastructure，V2I）等在内的通信方式，旨在提升行车安全、提高交通效率，从而保障交通安全，减少交通事故的发生，以及提高通行效率、降低交通拥堵和排放；
第三个阶段：基于5G，将汽车边缘计算与云端实时连接，结合高精度位置信息，提供自动驾驶、编队行驶等业务，并最终实现完全自动驾驶，预计那时会出现出行云业务提供商，提供运输即服务（Transportation as a Service，TaaS）。
目前，产业正处于第一阶段向第二阶段的过渡时期。
可以看出，车联网不同阶段的发展与智能网联汽车的“网联化”分级不谋而合，而车联网的各个阶段和移动通信技术的融合也是最终实现自动驾驶的关键使能技术。