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汽车和通信在一百多年前诞生，极大地改变了人类的生产和生活方式。
1885年，德国工程师卡尔·奔驰制造成一辆装有0.85马力汽油机的三轮车，世界上第一辆汽车诞生。1908年，福特汽车公司生产出世界上第一辆普通百姓能消费得起的汽车——T型车，汽车工业革命就此开始。1913年，福特汽车公司开发出世界上第一条汽车生产线，“为世界装上了轮子”。汽车的发明和广泛应用极大地提高了人类的生产力和生活质量。
1844年，美国人莫尔斯发明了莫尔斯电码，通过电报机收发电报，开创了人类使用“电”来传递信息的先河，从此拉开了现代通信的序幕。1864年麦克斯韦从理论上预见了电磁波的存在，1876年赫兹用实验证实了电磁波的存在，1896年马可尼第一次用电磁波进行了长距离无线通信实验，从此世界进入了无线通信的新时代。现代无线移动通信极大地改变了人们的生活方式，并成为推动社会信息化、数字化和智能化发展的最重要动力。
资料专栏：Communication（交通，通信）
交通和通信的英文都是Communication。
交通提供的是人或物在时空上的转移。
通信提供的是信息（语音、消息、图片、视频等）在时空上的转移。
汽车在给大家带来舒适和方便的同时，随着其数量的快速增长，交通安全、城市拥堵、环保节能等问题日趋严重。政府管理部门、交通行业、汽车行业一直在探索和实践解决方案。
信息通信技术很早就已经应用于汽车行业，如图1-1所示，具体技术应用于汽车行业的演进过程可分为以下多个阶段。
图1-1 信息通信技术在汽车行业的应用与演进
（1）广播
信息通信技术最早在汽车中的应用是收音机，它通过在车内接收无线电广播信号，为驾驶员和乘客提供交通、天气、娱乐等信息。
（2）信息服务
基于信息通信技术提供的信息服务包括车载导航、远程信息服务（Telematics）、车载紧急呼叫（eCall）等。
车载导航利用车载定位系统、配合电子地图实现。车辆在行驶过程中，其位置及航向成为车辆定位、导航、自动驾驶等应用中必不可少的信息，车辆经度、纬度、海拔、航向及行驶速度均可通过全球导航卫星系统（GNSS，Global Navigation Satellite System）获取。GNSS包括绕地球运行的多颗卫星，各卫星持续发射特定的无线电信号，车辆安装相应的接收机，接收多颗卫星信号并进行分析处理，从而确定接收机所在的位置（经度、纬度和海拔）。目前GNSS商用系统有美国的全球定位系统（GPS，Global Positioning System）、俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）、欧盟的伽利略卫星导航系统（GALILEO）和中国的北斗卫星导航系统（BDS，BeiDou Navigation Satellite System）等。2000年，美国政府停止全球定位系统（GPS）的选择性使用限制，将全球定位数据开放，供全球范围内的民用和商业使用者使用，基于GPS的车载导航系统开始装配。2000年，中国建成北斗导航试验系统，成为继美、俄之后世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家；2012年年底，北斗系统空间信号接口控制文件公布，北斗导航业务正式对亚太地区提供无源定位、导航、授时服务。
蜂窝移动通信系统（以下简称蜂窝通信）采用蜂窝小区的无线组网方式，手机等终端可以在移动过程中实现无线通信，具有越区切换和跨网自动漫游功能。从20世纪80年代以来，蜂窝通信以每10年一个代际的进度经历了从1G到5G的飞跃发展。中国移动通信产业经历了“2G跟随、3G突破、4G并跑、5G引领”的过程，以前所未有的发展速度创造出世界通信史上的奇迹 [8-9] 。
基于3G、4G等蜂窝通信的网联接入可提供车辆远程信息服务（Telematics）和信息娱乐服务（Infotainment），利用蜂窝网络的大容量、广覆盖、移动性好等优势，实现对车内各系统的电子控制单元（ECU，Electronic Control Unit）的远程监测、远程诊断等功能。车载紧急呼叫系统（eCall）利用蜂窝移动通信接入和卫星定位功能，在发生汽车事故时，自动或手动与最近的救援中心通过统一号码（具体号码美国和欧洲不同）建立电话连接。除了语音连接之外，车载eCall系统还能上传事故地点、类型和车辆等信息。eCall在欧洲、美国等地已广泛应用，其中欧盟规定自2018年3月31日起，所有机动车辆必须配备eCall [10] ，可见，eCall是事故发生后的一种应急通信方式。
随着移动互联网的普及，车载信息服务开始实现类似于智能手机的移动互联网应用，实现导航和地理信息服务、实时路况等交通信息服务、多媒体娱乐服务（如音乐播放器）和语音通信、车内语音声控操作等功能，满足汽车用户的驾驶安全性和舒适性需求，提供与智能手机类似的操作体验。车载信息娱乐（IVI，In-Vehicle Infotainment）终端被产业界认为是继计算机、智能手机和电视机之后的第四块显示屏，是未来产业的新增长点。特别是随着自动驾驶的到来，当人可以从驾驶操作中解放出来时，其对信息娱乐服务的潜在需求是巨大的，因为大部分时间，人们不是在家里、办公室，就是在路上，汽车将成为除家、办公室外的第三空间：个人移动空间。
（3）辅助驾驶
在全球新一轮科技革命和产业变革中，汽车产业的电动化、网联化、智能化、共享化（简称“四化”）等发展趋势，对汽车本身，包括汽车电子、通信网络等都提出了新的要求。以5G为代表的信息通信、人工智能、大数据等新技术，为汽车的“四化”发展带来了强大推力。作为产业变革创新的重要载体，智能网联汽车（ICV，Intelligent Connected Vehicle）正推动着汽车产业形态、交通出行模式、能源消费结构和社会运行方式的深刻变化。
智能驾驶包括辅助驾驶（Driving Assistance）和自动驾驶（Automated Driving）两个阶段，如图1-1所示。辅助驾驶仍需要驾驶员主动控制车辆的行驶过程，并密切注意路况和车况，汽车上搭载的传感器及智能系统可以辅助驾驶员更舒适、安全地行车。
高级驾驶辅助系统（ADAS，Advanced Driving Assistance System）是主动安全技术，利用安装在车上的各类传感器（毫米波雷达、激光雷达、超声波雷达、视频感知、红外夜视，如图1-2所示）及卫星导航定位等，在汽车行驶过程中随时随地感应周围环境的变化，收集数据，辨识、侦测与追踪静态和动态物体，并结合导航和地图数据，通过人工智能的运算与分析，预先让驾驶者（人类驾驶员或车辆控制器）察觉到可能发生的危险，提升驾驶汽车的安全性和舒适性。各类车载传感器技术的比较见表1-1，简单小结如下：毫米波雷达负责提供精确的车辆速度（带运动方向）信息，摄像头主要负责目标和文字识别，激光雷达负责精确距离测算和车辆环境三维模型构建，超声波雷达提供倒车时物体感知，红外夜视摄像头识别夜间人和动物等发热物体；车载传感器技术和人类一样，无法感知约200m外的不可见区域情况（视线范围以外）。可见，上述传感器技术各有其优缺点且是互补的，不存在一个万能的传感器，在具体应用时要解决多传感器数据融合问题，才能实现对物体和周边环境更准确的感知。
图1-2 车载ADAS系统各类传感器（资料来源：Bosch、海通证券研究所等）
表1-1 车载传感器技术比较
随着汽车智能化的发展，单车智能集成利用各类传感器技术可以提升现有汽车的感知能力，但仍具有以下缺陷：①感知能力有限，车载设备仅能进行视距范围的感知，并且在恶劣天气和光线急剧变化的情况下难以进行稳健的感知，且时间和空间同步存在困难；②计算能力有限，所有复杂的计算任务都在车载计算平台上执行，对算力要求高，成本很高，而且处理能力有限，从而阻碍了批量部署；③通信能力有限，仅使用4G蜂窝通信无法满足各种道路安全应用的低时延和高可靠性能要求，并且无法实现车车和车路间实时协同感知 [11] 。
在传统汽车中，辅助驾驶主要包括车道保持辅助系统、自动泊车辅助系统、刹车辅助系统、倒车辅助系统和行车辅助系统。
在辅助驾驶阶段，车辆可通过车联网（V2X）通信收集获取前后与相邻车辆信息（如行驶方向、速度、刹车等）及道路交通信息。驾驶者在辅助驾驶信息的提示下，可提高驾驶行为的准确性与行车的安全性，同时降低车辆的能源消耗，提升整体的交通效率 [12] ，并帮助驾驶员养成良好的驾驶习惯。其中，车车通信（V2V）支持的辅助驾驶应用主要包括：前向碰撞预警、紧急电子刹车灯、盲点/变道预警、禁止通行警告、交叉路口驾驶辅助、左转弯辅助；车路通信（V2I）支持的辅助驾驶应用主要包括：弯道车速警告、红灯警告、停止信号提醒、智能路况、行人警告等。
根据第三代合作伙伴计划（3GPP，The Third Generation Partnership Project）的研究讨论，辅助驾驶阶段可分为安全类、效率类、信息服务类等几类应用场景 [13] 。与单车智能相比，将车联网应用于辅助驾驶属于主动安全技术，可实现车辆及车路间感知信息分享和协同控制管理，提升安全性，并提升交通效率 [14] 。
（4）自动驾驶
早期自动驾驶汽车（Automated Driving Vehicle）是通过视觉、雷达等感知监控装置和全球定位系统协同，依靠人工智能等决策，自动安全地操作机动车辆行驶，包括感知、决策、执行3个过程，其终极目标是无人驾驶汽车（Driverless Vehicle或Self-driving Vehicle）。随着通信技术的演进和汽车技术的更新换代，不同交通参与者之间的信息交互，不仅辅助驾驶员完成车辆操控，还能够提供更精准的信息以保障车辆在自动驾驶情况下的自主操控 [12] 。自动驾驶技术的研发和标准的出台，不仅给人们创造了更加安全和舒适的出行方式，而且推动汽车行业及相关产业链的转型升级。
自动驾驶技术发展到今天，基本解决了感知、决策、执行等核心技术问题。但自动驾驶的规模商用却卡在真实应用场景的长尾挑战，包括各种极端场景、无法预测的人类行为等，可谓“行百里者半九十”，靠单车智能的自动驾驶系统对此无法穷尽解决。因此，需要改变方法思路，通过车车协同及车路协同一起解决无人驾驶问题。在此，需指出当前汽车厂商宣称的自动驾驶路测“里程数”未必是最重要的考量指标，场景、路况、车路协同、人车协同等才是更要重点考量的指标，特别是要考虑各种道路状况（城市、高速、山区、乡村等）以及极端场景、意外路况等是否覆盖。
车联网技术与ADAS等传感器技术是“互补”关系，二者促进形成“网联化+智能化”，实现从“单车智能”到“网联智能”的演进，做到全天候、全路况的准确感知，支持自动驾驶。如单车智能下，汽车的转弯、变道等处理迟钝，而V2X通过车路、车车协同可快速处理；单车智能对人群等目标识别困难，而V2X通过人−车协同可轻松地识别；在复杂路口，单车智能的处理能力差、反应迟钝，而V2X通过车路协同可轻松地处理。单车智能无法在非视距情况下（如高速公路弯道上有车突发故障抛锚、前方大车遮挡等）发挥作用，而相关路况下，V2X就可以“大显身手”。实际的测试、示范表明，蜂窝车联网（C-V2X）能够很好地辅助弯道行驶、处置前方大车遮挡等情况 [11] 。此外，若通过单车集成各种高端传感器来提高感知精度，应对所有极端状况，进而实现自动驾驶，则成本十分高昂，面临商用困境。
资料专栏：单车智能与网联智能，自主式自动驾驶与协作式自动驾驶
单车智能、自主式自动驾驶 [15-16] ：指汽车的智能化自主式发展模式，即车辆单纯依靠车载传感器（摄像头、激光雷达、毫米波雷达、导航等）与车载控制系统等自身能力，感知周边环境、实施决策控制、执行行驶操作（如加速、刹车和转向），实现自动驾驶。
网联智能、协作式自动驾驶 [15-16] ：指利用汽车搭载的先进车载传感器、控制器、执行器等装置，并融合现代通信与网络技术，实现车与人、车、路、云端等的智能信息交换、共享，具备复杂环境感知、智能决策、协同控制等功能，可实现“安全、高效、舒适、节能”行驶，并最终可实现替代人来操作。
早期的自动驾驶以单车智能（自主式自动驾驶）为主，但由于感知盲区、视线遮挡、受天气环境影响等缺陷和必须安装大量高端精密的传感器造成成本高等问题，难以大规模商用。目前，通过车联网（V2X）的车路协同，从单车智能向网联智能（协作式自动驾驶）演进，实现自动驾驶和智能交通，已成为产业发展方向和产业界的共识。
资料专栏：无人驾驶（汽车），自动驾驶（汽车）
无人驾驶和自动驾驶，广义上使用时，概念相同，均泛指代替人类驾驶汽车的技术。
狭义上讲，无人驾驶和自动驾驶还是有区别的。自动驾驶相对可以是泛称。但无人驾驶是有特指的，如无人驾驶汽车没有方向盘、没有油门，只有一个启动和停止按钮，人上了车设定目的地，行驶速度和路径都没有人类参与，完全交给机器。
从自动驾驶的5个等级分析，从某种角度，可以这么认为：L0属于传统驾驶，L1和L2属于驾驶辅助，L3~L5属于自动驾驶，L4~L5的自动驾驶技术等级称为“无人驾驶”。因此，按照智能化驾驶技术等级划分，无人驾驶等级最高，自动驾驶次之，驾驶辅助最低。
2016年9月，美国交通运输部发布了关于自动化车辆的测试与部署政策指引，明确将国际汽车工程师学会（SAE，Society of Automotive Engineer）J3016标准确立为定义自动化/自动驾驶车辆的行业标准，用以评定自动驾驶技术。SAE J3016定义的汽车自动驾驶具有5个等级，见表1-2 [17] 。
表1-2 自动驾驶的5个等级 [17]
2020年3月9日，我国工业和信息化部（以下简称工信部）公示了《汽车驾驶自动化分级》推荐性国家标准报批稿，拟于2021年1月1日开始实施，明确了我国汽车驾驶自动化系统的术语和分级定义、分级原则、要素、划分流程及判定方法，以及各等级的技术要求，意味着中国将正式拥有自动驾驶分级标准，从国家政策层面推动自动驾驶产业的发展 [18] 。
中国版自动驾驶分级标准《汽车驾驶自动化分级》在制定过程中，参考了SAE J3016的0~5级的分级框架，并结合中国当前实际情况进行了调整。《汽车驾驶自动化分级》和SAE标准两者都将汽车的自动化程度划分为6种不同的等级，针对级别的划分要素基本对应，可认为这两种标准对每个具体自动化驾驶功能的分级结果基本是一致的。其中，中国版分级标准针对0级至2级自动驾驶，规定“目标和事件探测与响应”（监测路况并做出反应）由驾驶员及系统共同完成 [18] 。而在SAE标准下，L0级至L2级自动驾驶汽车的目标和事件检测，以及目标和事件的探测与响应（OEDR，Object and Event Detection Response）全部由驾驶员完成 [17] 。《汽车驾驶自动化分级》中，不同等级的自动驾驶汽车在可实现的驾驶功能、汽车驾驶任务的执行者和工作条件几个方面存在差异。驾驶自动化等级与划分要素的关系见表1-3 [18] 。
表1-3 中国《汽车驾驶自动化分级》中的驾驶自动化等级与划分要素的关系 [18]
典型驾驶行为过程包括感知、决策和控制3个阶段，车联网支撑自动驾驶的使能作用在3个阶段均有体现。感知阶段是后续各阶段的基础，近程可视环境感知可由汽车的传感器系统等完成，而中远程甚至非可视环境感知可通过车联网的车车、车路间信息交互完成。一方面可使感知系统直接获得丰富准确的外部信息，弥补近程可视感知的缺点，还可预留充足的判断和操作时间，提高安全性和可靠性；另一方面降低车路对高精度、高成本的传感器的依赖性，降低计算复杂度，提高信息获取的丰富性和精准性，降低自动驾驶车辆成本。单车智能的车载感知系统存在视角局限、探测距离受限、成本高和算法复杂度高等问题，车联网通过交通参与者的信息交互及与应用平台的结合，实现自动驾驶车辆更精准高效的信息协同分享与控制管理，全面提升自动驾驶车辆的安全性 [19] 。
资料专栏：汽车智能化（智能汽车），汽车网联化（网联汽车），智能网联汽车
汽车智能化：是指通过搭载先进传感器、控制器、执行器等装置，运用人工智能、大数据、云计算、边缘计算、通信等新技术，使得汽车具有部分或完全自动驾驶功能，由单纯交通运输工具逐步向智能移动空间设备（也有称为轮式移动机器人）转变的发展趋势。智能化的分级可对应不同级别的智能系统能够适应的典型工况特征 [20] 。相对应有“智能汽车”的概念，强调具有感知、决策和控制能力的汽车。
汽车网联化：强调汽车实现联网，指通过车联网技术实现车与车、车与路等的通信连接。按照网联通信内容及实现的功能不同，可划分为网联辅助信息交互、网联协同感知、网联协同决策与控制3个等级 [19] 。相对应有“网联汽车（Connected Vehicle）”的概念，强调被联网的汽车。
智能网联汽车（ICV，Intelligent Connected Vehicle）：是指汽车智能化和网联化的有机联合，通过搭载先进车载传感器、控制器、执行器等装置，并融合现代通信与车联网技术，实现车与车、路、人、云等的智能信息交换共享，具备复杂环境感知、智能决策、协同控制等功能，与智能公路和辅助设备组成的智能出行系统，可实现“安全、高效、舒适、节能”行驶，并最终可实现替代人来操作的新一代汽车 [21-22] 。
智能网联汽车有别于传统汽车，具备两大重要特征。第一，传统汽车是机电一体化产品，而智能网联汽车是机电信息一体化产品，需要汽车、交通设施、信息通信基础设施（包括C-V2X、4G/5G、地图与导航定位、数据平台）等多个产业跨界融合；第二，智能网联汽车的区域属性及社会属性增加，在行驶过程中需要通信、地图、数据等本国属性的支撑和安全管理，每个国家都有自己的使用标准规范 [22] 。
智能网联汽车是中国制造2025重点产业领域之一，智能网联汽车技术的发展兼顾智能化、网联化两种趋势。智能化与网联化融合发展，以系统最终替代人类实现全部驾驶任务为终极目标。智能化与网联化相互补充，相互促进，实现汽车产业与信息产业的融合发展。
2016年10月，工信部推出《智能网联汽车技术路线图》，明确了智能网联汽车的核心技术和技术路径。从整体发展趋势角度，为我国智能网联汽车的发展指明了演进路径 [20] 。在智能化方面，以目前业内普遍接受的美国SAE分级定义为基础，并考虑了中国道路交通情况的复杂性。在网联化方面，按照网联通信内容及实现的功能不同，划分为网联辅助信息交互、网联协同感知、网联协同决策与控制3个等级 [20] 。
表1-4中，通过网联化不同阶段的划分，人和系统将充分利用网联化信息，在未来的发展阶段中，网联协同决策与控制将向系统化、全息化的信息融合方向进一步演进。
表1-4 智能网联汽车网联化等级 [20]
智能网联汽车的未来发展趋势是“软件定义汽车”，在汽车产业“四化”发展趋势下，未来汽车的很多新型功能将依赖软件驱动实现。4G和5G及车联网等无线通信技术将为未来汽车的个性化服务、软件和应用升级提供重要的空中下载（OTA，Over-the-Air）技术支撑。