车联网技术C-V2X之10件事

  基于蜂巢式网络技术的C-V2X是一项极为先进的无线连接技术,以符合潮流的安全驾驶以及自动化驾驶解决方案,具备未来升级5G的延展性。C-V2X可透过采用直接通讯模式,支持与其他汽车、行人终端及道路旁基础设施(如交通信号和施工区域)进行直接通讯,无需使用蜂巢式网络或成为移动数据电信用户。

  在先进的车联网(vehicle-to-everything)技术方面,高通公司在C-V2X(Cellular Vehicle-to-Everything或Cellular-V2X)和基于802.11p的DSRC业务方面都非常重要(我们将两款芯片商品化)。高通公司刚推出商用802.11p / DSRC解决方案,并宣布今年(2018)底推出首款C-V2X直接通信芯片组。

  高通是最早支持802.11p的公司之一,并且在过去十年中参与了全球示范和试点项目。在C-V2X方面,高通目前与奥迪(Audi)、PSA、福特(Ford)、日产(Nissan)和其他生态系统参与者之间展开合作,于欧洲、北美、中国、日本和韩国进行测试计划。

  V2X的两项无线电技术

  存在两套关于V2X直接通信的关键规范,这两种技术都设计于5.9 GHz ITS频谱上运行,并且都能够独立于蜂巢式网络,覆盖范围或网络营运商的参与而工作,以下是各自的简要说明:

  基于802.11p-based技术:IEEE 802.11于1999年接受标准化的802.11a Wi-Fi技术,以分别支持美国和欧洲的802.11p无线电,通常分别称为DSRC和ITS-G5。802.11p规范于2012年完成,使用802.11a的半时钟版本,利用现在已有二十年历史的无线电技术,该无线电技术用于替代无线以太网络(Ethernet)电缆,而不是高速移动应用程序。802.11p由于容易受到拥塞和低性能的缺点而导致在有限范围和未确定的性能领域纪载,限制可以服务的实用性和整体应用程序组,当然会对其支持安全能力产生怀疑。当802.11p具有创新性,但汽车现在有很多主动式传感器,包括摄影机、雷达和激光雷达(LiDar),所有这些都强制V2X无线传感器提供额外的价值,包括更远距离和可靠性,特别是在其他车辆和建筑物妨碍车辆视觉系统的非视距传输系统(NLOS)方案中。

  C-V2X:最近3GPP标准组织优化了LTE Direct技术,并于2017年3GPP版本14中定义了汽车应用进行了优化,通常称为Cellular-V2X直接通信,或称为PC5或Sidelink。C-V2X的优势在于基于高速移动应用的技术,并针对汽车使用案例进行了进一步改进,基于802.11p在多年研究,观察到无线通信的基础性发展以及需要支持安全和自动驾驶的增强一系列新的汽车应用。C-V2X包括直接通信和基于网络的通信,但在本文中,我们完全专注于支持车对车(V2V)、车对基础设施(V2I)和车对人( V2P),虽然汽车到网络(V2N)的价值和重要性非常重要。因为已从最初的基本远程讯息处理服务、连接讯息娱乐,到现在旨在支持无人驾驶车远程操作的汽车应用。

  近20年来,将802.11p和Cellular-V2X直接通信分开,无线通信发展演变,从2G蜂巢式网络演变到5G的出现,以及移动装置的根本性变化。即使在Wi-Fi领域,在802.11a之后,还有802.11b、802.11g、802.11n、802.11ac和现在的802.11ax 几代的改进。802.11p是一项开拓性技术,有助于未来5G的协议和应用。

  明了C-V2X的10件事

  1、准备时间迈入到商业化:预计2019年稍早C-V2X就已准备好使用高通9150 C-V2X芯片组投入生产的产品,迈入竞争生态系统的解决方案。3GPP Release 14 PC5已经准备就绪,支持汽车制造商、一级供货商、二级模块制造商、汽车软件开发商、移动营运商、全球半导体公司、测试设备供货商、电信供货商、交通信号供货商和道路营运商。从5G汽车协会(5GAA)80多个全球成员,其中包括来自主要地区的汽车制造商,透过C-V2X利用多年来标准化和开发的ITS软件和应用程序,促进汽车投资,尽管采用了无线电交换技术,但仍可以充分利用。生态系统(汽车供货商和软件供货商)已准备好在车辆和受限制的区域内进行商业化。C-V2X缩短了无线技术中常见的直接无线电换出(straight-forward radio swap-out)的开发时间,改变了PHY / MAC并保留了软件和应用。将C-V2X结合到车载嵌入式无线调制解调器中可以节省成本,从而可以加快C-V2X直接通信的市场附加费率。

  2、卓越的射程和无线电性能:通过改进调制和编码以及更好的接收器和LTE技术带来的整体技术进步,C-V2X可以提供更高的通信范围(约2倍的视距),更好的非视距(Non-Line-of-Sight)性能,提高可靠性(更低的封包数据错误率),更高的容量与基于IEEE 802.11p的无线电技术相比,在更密集的环境中拥有出色的拥塞控制能力。这只是基于基础物理。802.11p在CSMA协议中隐藏节点的众所周知的问题,可能导致过度的数据包冲突,但是C-V2X旨在确保靠近的两台设备不会在同一个框架中挑选资源,从而提高密集环境中的性能。这透过实证分析、模拟、实验室结果和现场测试结果得到证实。

  C-V2X直接通信方面的增强功能可为安全和未来自动驾驶在不同情境下(例如不同道路/交通状况和车辆速度)带来卓越性能。经过严格的测试,汽车制造商证明了C-V2X PC5与IEEE 802.11p的优越性能。

  3、可预测的效能:有别于802.11p不同,C-V2X直接通信旨在基于3GPP无线电规范中规定的标准化最低性能要求,在现实场景中提供可预测和一致的性能。例如3GPP针对不同频道条件和速度高达500km / h的可靠通信定义误块率(BLER)的最低要求(如在存在高多普勒效应(Doppler)、衰落、时间和频率误差的情况下)。与基于IEEE 802.11p的技术不同,C-V2X直接通信收发器/芯片组供货商必须遵守这些规范,从而实现可预测和统一的性能。由于802.11p没有规定最低性能要求,因此其性能可能无法预测,并且不适用于真实汽车部署场景中的安全应用。802.11p容易受到干扰,因为缺乏象征交叉存取使得传输容易受到短脉冲的影响。

  4、兼容性:C-V2X旨在为5G提供一个演进路径,并且可以向前/向后兼容。透过设计,C-V2X演进可以利用无线通信的最新进展,同时保持向后兼容性。Rel-14 C-V2X向基于5G NR的C-V2X进行了强大的演进,可以在补充以及新功能的同时增强Rel-14,同时保持向后兼容性。Rel-14可用于车辆之间的基本安全通信,基于5G NR的C-V2X可用于先进的自动驾驶车使用案例。基于5G NR的C-V2X旨在为自动驾驶车使用案例提供高生产率、支持宽带、超低潜伏期和可靠性,例如传感器共享、意向共享和3D HD地图更新。由于C-V2X直接通信不依赖蜂巢式网络,因此R14和未来版本可以在不依赖或依赖无线网络覆盖的情况下运行。从Rel-14到基于5G NR的C-V2X的C-V2X技术平台具有安全意识、坚固又可靠,并且可以提供丰富的差异化体验。

  5、成本效益:C-V2X可以整合到蜂巢式调制解调器芯片组产品中,与802.11p / DSRC相比,基于C-V2X的解决方案更经济高效。

  6、ITS频谱和投资可重复利用:C-V2X直接通信设计用于ITS频谱,其无线电换出可缩短其开发时间,可重复使用多年的V2X软件投资。可以从汽车标准组织定义已建立的安全和传输层以及应用协议中受益,包括:汽车工程师协会(SAE)、国际标准化组织(ISO)、欧洲电信标准协会(ETSI)和电气与电子工程师协会(IEEE 1609工作组)。

  7、低延迟:C-V2X专为低延迟直接通信而设计。安全讯息(如道路危险警告)可以使用全球统一的5.9 GHz ITS频谱中的低延迟传输直接通信来发送。C-V2X的最小传输延迟最多为4ms,并且可能会更低,具体取决于执行。

  8、高速移动使用:不同于取代以太网布线的Wi-Fi技术,蜂巢式系统专为高速移动而设计。由于物理层缺乏增强功能,802.11p需要高级接收器实现以高速运行。另一方面,C-V2X直接通信利用其蜂巢式传统优势,专为高速车辆使用案例而设计。透过分析得知,R14 C-V2X直接通信在5.9 GHz频段内可以达到500 km / h的相对速度。C-V2X直接通信信号设计提升可在高速下实现的稳定性能,而无需采用先进的接收器来执行(即使使用编码位的高级接收器实现是非常可能的并且可以提供更高的性能)。此外与802.11p不同的是,存在高多普勒效应、衰落、时间和频率误差的情况下,通过定义最低性能要求,其性能是可能的。

  9、健全的同步性:即使没有全球导航卫星系统(GNSS),C-V2X也拥有强大的机制,可支持来自不同来源的经济高效的同步。实际上,两种V2X技术都依赖GNSS获取位置信息,这对于ITS安全应用的运行是必需的。获取微秒级timing比从GNSS获取定位信息更可靠,因为定时对于多路径误差稳健。此外,在GNSS覆盖范围较小的情况下,V2X系统在定时精准度丢失之前可能会失去定位精准度。在没有GNSS的情况下,3GPP已经为车辆定义了详细的协议,以使用不同的同步源,包括其他汽车、eNodeB和RSU定时。

  10、安全性:针对任何V2X应用程序,以安全为中心的沟通都非常重要。C-V2X受益于上述汽车和无线标准组织定义的既定安全和传输层以及应用协议。还有,蜂巢式通信(V2N)也可以受益的。

  结语

  专用短程通讯技术(DSRC)此一基于Wi-Fi技术的通讯方式。但这是一个相对传统的技术,已经有15年的历史,而且在技术上也有一些缺陷,像是覆盖范围的限制。

  如果两辆汽车相向行驶的情况下,DSRC只有在达到C-V2X一半距离和速度的时候,才会开始运行。举例来说,如果两辆车以每小时45公里的速度行驶,那么C-V2X可以在车距为450公尺的时候发出提醒。若使用DSRC技术,只能在约250公尺才能侦测到目标。

  C-V2X技术有助于在非直线性范围内进行事故车辆检测。当前方道路转弯处有一辆事故车辆,在正常的驾驶过程中,驾驶员的眼睛是看不到事故车辆的,但是当车辆进入到了C-V2X的范围内,车辆就会收到通知,知道前方车辆挡在哪个车道上,可以广播车辆的位置。驾驶者因此可以知道前方有危险,从而降低车速来规避危险。

  C-V2X是3GPP在R14的标准,同时C-V2X也是一个持续演进、不断完善的标准。不仅如此,在4G时代对C-V2X的投资也可以延续到5G时代,应用在5G的基础设施中,这也是C-V2X优于DSRC之一。

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