第一篇文章提到,汽車相關的通信網絡,可分為車內有線連接網絡和車外無線連接網絡。隨著智能網聯汽車的發展,對車輛內、外通信的需求越來越高,也推動著車內網絡和車外網絡的發展。
本專題第二篇文章主要講了車內總線通訊技術,接下來講下車外無線通訊技術。
車載無線通信技術中,短距離無線通信傳輸速率更快,多用于車內設備與車身附近場域的數據傳輸和連接,如車身定位、解閉鎖等;實際應用范圍 多有交叉,Tier1和主機廠也更多傾向于適度冗余配置,以保證更穩定的體驗。長距離無線通信一般指移動通信網絡,以4/5G為代表,主要提供通 信、導航等功能,服務智駕智艙功能。
不同的通信技術所覆蓋的范圍與能力稍有交叉,在實際車端應用中也并非“井水不犯河水”,比如車端T-BOX配備有多種通信能力,用戶感知到的 車身功能體驗實際上是多種通信能力共同配合完成的結果。億歐智庫認為,當前仍處于“技術引領需求”的階段,新技術的出現并不會一蹴而就地 取代傳統技術,而是在多種技術共存的同時,由新技術激發出更具創造性的功能體驗。
車載無線通訊技術主要有LTE通用移動通訊、WIFI、BT、NFC、UWB、DSRC、SparkLink星閃、4/5G等。
車載無線通訊技術特征及應用
一、UWB以高精度定位支持車端應用,數字鑰匙有望成為汽車數字孿生入口
UWB(Ultra-wideband,超寬帶無線通信技術)以低功耗、高定位精度以及抗干擾能力,在智能電動汽車上可實現進入、定位、傳輸、感應、泊車、充電、支付等多方面的功能,目前主要集中應用于數字鑰匙。在移動設備(以手機為主)、車機以及云端之間,UWB支撐形成完備、安全、 高效的數字鑰匙生態結構。
數字鑰匙的技術路徑以NFC、BLE以及UWB為主,許多產品將三種技術以不同形式結合。目前數字鑰匙的典型配置方案是以功耗更低的BLE完成發現與用戶驗證功能,以定位精度更高的UWB完成安全測距、無感進入功能,以功耗最小的NFC在電量較低、信號較差情況下作為備用支持。億歐 智庫認為,數字鑰匙將成為汽車數字孿生的入口,以數字鑰匙所關聯的數字ID將車機與用戶相綁定,拓展更多云端信息交互與后市場服務。
數字鑰匙當前的功能仍集中于無感進入與遠程控制等基礎功能,身份識別等個性化設置初顯端倪,未來數字鑰匙將承載更多C端功能,并為B端的 共享運營、車隊管理以及后市場服務提供更多便利性與可能性。億歐智庫認為,以數字鑰匙為入口,未來汽車產業內各方將基于身份標識相連結, 并在保證整個通訊鏈路各環節安全的前提下,獲取用戶的信任,形成更加完備的智慧出行生態。
目前數字鑰匙市場內玩家主要以三類為主,一類是以Tier 1廠商為主的供應商,主要以相關硬件開發為主;一類是以安全、芯片供應商為主的廠商, 主要以相關軟件研發為主;一類是以車企與科技企業的聯合為主,提供更加完善的數字鑰匙解決方案。數字鑰匙作為細分品類,尚且難以大規模量 產盈利。億歐智庫認為,未來各企業將以數字鑰匙為載體,在車端搭載更多自身主體業務,實現硬件或系統的統一上車。
二、星閃技術逐步驗證上車,產業聯盟合力推動系統架構迭代
星閃技術作為新一代無線短距通信技術,由基礎應用層、基礎服務層以及星閃接入層構成。目前星閃技術Release 1.0系統架構及規范已完成,以 SLB和SLE兩種無線通信接口。SLB主要適用于高速率、高質量連接,SLE適用于低功耗、輕量級連接。未來星閃2.0將進一步支持感知、定位、自 組網以及音視頻原生應用等。
目前星閃技術在智能電動汽車領域的應用以車載降噪、全景環視、無鑰匙進入、車機互聯、車身娛樂以及無線電池管理系統等為主,隨著進一步驗 證與開發,星閃技術將覆蓋智能汽車以及更多智能終端。為此,華為牽頭成立了星閃聯盟,聯盟成員包括9家行業機構、12家汽車廠商、50余家芯 片和模組廠商、31家應用廠商、44家ICT企業和十余所高校及科研單位,合力突破行業痛點。
三、4G/5G技術
現代通訊經歷了5代,每一代的速率都提高了非常多,目前車載網絡還是以4G網絡為主。
5G 是由一個囊括全球通信領域標準化協會與巨頭公司的組織——3GPP 制定的。5G 標準不是一蹴而就,而是循序漸進的通過不斷更新的方式慢慢完善,目前商用的 5G 標準是 R15,R 后面的數字是協議的版本,數字越大,說明是越新推出的協議。
5G技術演進被分為兩個階段,R15/R16/R17這三個版本稱為5G演進的第一階段,之后的R18/R19/R20的這三個版本稱為5G演進的第二輪創新,也就是5G Advanced。
四、V2X技術
V2X技術就是希望車輛能夠與可能影響車輛的實體實現信息交互,提高安全性、減緩交通擁堵以及提供其他信息服務。所謂車聯網(V2X),意為vehicle to everything,即車對外界所有信息的交換。這里的X代表everything,在V2X概念中,我們將它看作四大部分,車與車通信(V2V)、車與路邊基礎設施通信(V2I)、車與人通信(V2P)以及車與運營商網絡通訊(V2N)。從本質來看,V2X是種無線信息交互技術,也是一個汽車通信系統(每輛車都可作為通信網絡的實體)。
同向行駛的兩輛車,距離較近時,汽車會發出防追尾警告。特別是當車速過快時,傳感器無法做到及時預警、視線范圍外車輛緊急制動時有明顯作用。
當車輛駛入十字路口時,發現前方路側也有車輛接近路口,并且判斷兩車可能會在路口發生碰撞時,車載系統會分別向兩車發送預警信息提醒駕駛者注意,從而避免雙車碰撞。該功能在狹窄且有盲區的路口使用能起到相當重要的作用
五、DSRC技術
目前,業界普遍認為,V2X通信技術擁有DSRC和C-V2X兩大陣營。
DSRC(Dedicated Short Range Communications)是一種高效的無線通信技術,可提供高速數據傳輸、中短距離通訊服務。
1999年,美國聯邦通訊委員會(FCC)決定將5.9GHz(5.850~5.925GHz)頻段分配給汽車通訊使用,并鼓勵快速開發、采用DSRC技術和應用,主要為了提升公共安全和改善交通堵塞狀況。在物理層和MAC等技術底層,DSRC主要使用IEEE802.11p標準,上層則采用IEEE1609系列標準。其中,802.11p將帶寬從20MHz改為10MHz,輸出為27Mb/s。這種方式使得符號持續時間和保護間隔時間增加了一倍,提高了信號的穩定性,使它適用于各種天氣環境下的高速車輛通信。
全球的DSRC的頻率并不是統一的一個頻率,目前主要是美國這邊的DRSC比較前面。以美國DSRC為例,10MHZ頻寬為單位,將75MHZ頻寬劃分為7個頻道,分別是172、174、176、178、180、182、184。
頻道178為控制頻道(CCH),剩余6個頻道為服務頻道SCH,172是車輛與車輛間公共安全專用服務頻道,184為交叉路口公共安全專用服務頻道。
2019年12月,美國FCC撤銷了5.9GHz車聯網技術DSRC專用頻段并重新分配,FCC仁至義盡,自從1999年開始的為期二十年的DSRC獨家開放期,是前所未有的優惠待遇;美國交通部花了近十億美元測試,最終無疾而終。
2019年開始DSRC開始升級,標準從802.11p升級到802.11bd。802.11bd背后是IEEE,它可不想徹底放棄DSRC。802.11bd大約在今年底完成,最大升級就是可以在5.9GHz或60GHz頻帶內使用,60GHz頻帶內是無需授權的免費頻帶,老的5.9GHz是歐洲在使用,向后兼容。802.11bd采用比較新的LPDC編碼,MIMO天線,60GHz波段,波束整形,Midambles,性能大增,C-V2X有的,它也有。延遲方面再進一步,能夠做到低于5毫秒,有效距離超過1公里,相對速度支持到時速500公里以上。
六、C-V2X技術
C-V2X是以LTE-R14技術為基礎,由3GPP定義的基于蜂窩網絡的V2X技術,故也稱LTE-V。主要有集中式(LTE-V-Cell)和分布式(LTE-V-Direct)兩種。集中式需要基站的支撐,定義了車與路測通信單元以及基站之間的通信模式;分布式無需基站作為支撐,定義了車與車之間的通信方式。
相比DSRC技術,C-V2X解決了離路覆蓋、盈利模式、容量及安全方面的問題,它的頻譜帶寬分配靈活,并具有高可靠、覆蓋廣、支持大帶寬、低時延等特點。但是,由于C-V2X技術起步較晚,所以標準、技術成熟度都還需要逐步提升與完善。
從本質來看,C-V2X包含基于LTE及未來5G的V2X系統,是DSRC技術的擴展。這項技術最大的優點是,可以直接利用蜂窩網絡,以及現有的基站和頻段,組網成本明顯降低,適應于更復雜的安全應用場景。
Rel-14沒什么價值,只能做V2V,也就是只有PC5直接通訊,Rel-15才略有價值,具備接入網絡的能力。在80公里時速的車輛上,4G的典型延遲是165毫秒-300毫秒,做有關安全的V2X功能顯然不能勝任,所以要和安全相關必須上5G,要做自動駕駛,那最好是可靠性比較高的Rel-18或Rel-19。
2022年6月10日,在匈牙利布達佩斯召開的3GPP RAN第96次會議圓滿結束。在此次會議上,5G Rel-17標準宣布凍結,全球5G商用邁向新階段。不過Rel-17基本與V2X沒什么關系,Rel-17主要是優化資源分配、節電及支持全新頻段,主要是降低功耗,節約能源。V2X要大幅度升級要等到2023年的Rel-18。
Rel-18的Sidelink Relay對V2X提升比較明顯。
Rel-18主要封包如下,截止于2021年12月,其中RP-213678和RP-213585對智能駕駛比較有用,可以減少組網密度,降低組網成本。
這些都是芯片組,不是單一芯片,包含了射頻子系統和Modem。最獨特的是CRATON2,它還能對應DSRC標準。SA2150P還包括了AP,是一套完整的平臺。高通在2022CES展上也未展示SA525M,這是目前唯一對應Rel-16標準的芯片,目前最先進的芯片,應該在去年年底才量產。
高通目前有三套平臺,一套以MDM 9150芯片組為核心,主要針對R14標準,以非網絡的直接連接應用為主。第二套以MDM9250芯片組為核心,主要針對R15標準,以網絡連接,提高交通效率應用為主。奔馳與寶馬的下一代TCU已確定使用MDM9250。
第三套以SA2150P芯片組為核心,主要針對R16標準,從4G推進到5G NR領域,移遠通信已經有基于SA2150P的產品。和前兩代不同,SA2150P是應用處理器,專為V2X應用開發的處理器。此外高通還有針對5G的SA415/SA515M平臺可選外掛V2X功能,SA151M核心就是驍龍X50 Modem,高通驍龍X50是單模的5G基帶芯片,需要與4G LTE基帶搭配使用,且驍龍X50設計之初就是為了28GHz頻段上運行
C-V2X案例
假設有兩輛智能駕駛汽車A和B,兩車分別具備自動駕駛高性能計算平臺HPC。該平臺連接自動駕駛的各個節點,包括轉發OBU設備發來的數據的V2X節點。
V2X設備OBU。智能駕駛道路路側安裝有: 路測單元RS(主要用來發送交通燈、交通標志和道路上障礙物的數據給車身上的OBU)。其中,路測單元RSU 和 V2X設備OBU也是通過無線電波進行通信。那么著多輛主要是通過何種方式進行車車通信和車路通信呢?
審核編輯:湯梓紅
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原文標題:車載通信技術(三): 車載無線通訊技術
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