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    • 一、UWB以高精度定位支持车端应用,数字钥匙有望成为汽车数字孪生入口
    • 二、星闪技术逐步验证上车,产业联盟合力推动系统架构迭代
    • 三、4G/5G技术
    • 四、V2X技术
    • 五、DSRC技术
    • 六、C-V2X技术
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车载通信技术(三): 车载无线通讯技术

2023/11/24
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作者 / 阿宝,出品 / 阿宝1990

车载通信技术(一):汽车的网络互联技术

车载通信技术(二):车内总线通信技术

第一篇文章提到,汽车相关的通信网络,可分为车内有线连接网络和车外无线连接网络。随着智能网联汽车的发展,对车辆内、外通信的需求越来越高,也推动着车内网络和车外网络的发展。

本专题第二篇文章主要讲了车内总线通讯技术,接下来讲下车外无线通讯技术。

车载无线通信技术中,短距离无线通信传输速率更快,多用于车内设备与车身附近场域的数据传输和连接,如车身定位、解闭锁等;实际应用范围 多有交叉,Tier1和主机厂也更多倾向于适度冗余配置,以保证更稳定的体验。长距离无线通信一般指移动通信网络,以4/5G为代表,主要提供通 信、导航等功能,服务智驾智舱功能。

不同的通信技术所覆盖的范围与能力稍有交叉,在实际车端应用中也并非“井水不犯河水”,比如车端T-BOX配备有多种通信能力,用户感知到的 车身功能体验实际上是多种通信能力共同配合完成的结果。亿欧智库认为,当前仍处于“技术引领需求”的阶段,新技术的出现并不会一蹴而就地 取代传统技术,而是在多种技术共存的同时,由新技术激发出更具创造性的功能体验。

车载无线通讯技术主要有LTE通用移动通讯、WIFI、BT、NFCUWBDSRC、SparkLink星闪、4/5G等。

车载无线通讯技术特征及应用

、UWB以高精度定位支持车端应用,数字钥匙有望成为汽车数字孪生入口

UWB(Ultra-wideband,超宽带无线通信技术)以低功耗、高定位精度以及抗干扰能力,在智能电动汽车上可实现进入、定位、传输、感应、泊车、充电、支付等多方面的功能,目前主要集中应用于数字钥匙。在移动设备(以手机为主)、车机以及云端之间,UWB支撑形成完备、安全、 高效的数字钥匙生态结构。

数字钥匙的技术路径以NFCBLE以及UWB为主,许多产品将三种技术以不同形式结合。目前数字钥匙的典型配置方案是以功耗更低的BLE完成发现与用户验证功能,以定位精度更高的UWB完成安全测距、无感进入功能,以功耗最小的NFC在电量较低、信号较差情况下作为备用支持。亿欧 智库认为,数字钥匙将成为汽车数字孪生的入口,以数字钥匙所关联的数字ID将车机与用户相绑定,拓展更多云端信息交互与后市场服务。

数字钥匙当前的功能仍集中于无感进入远程控制等基础功能,身份识别等个性化设置初显端倪,未来数字钥匙将承载更多C端功能,并为B端的 共享运营、车队管理以及后市场服务提供更多便利性与可能性。亿欧智库认为,以数字钥匙为入口,未来汽车产业内各方将基于身份标识相连结, 并在保证整个通讯链路各环节安全的前提下,获取用户的信任,形成更加完备的智慧出行生态。

目前数字钥匙市场内玩家主要以三类为主,一类是以Tier 1厂商为主的供应商,主要以相关硬件开发为主;一类是以安全、芯片供应商为主的厂商, 主要以相关软件研发为主;一类是以车企与科技企业的联合为主,提供更加完善的数字钥匙解决方案。数字钥匙作为细分品类,尚且难以大规模量 产盈利。亿欧智库认为,未来各企业将以数字钥匙为载体,在车端搭载更多自身主体业务,实现硬件或系统的统一上车。

、星闪技术逐步验证上车,产业联盟合力推动系统架构迭代

星闪技术作为新一代无线短距通信技术,由基础应用层、基础服务层以及星闪接入层构成。目前星闪技术Release 1.0系统架构及规范已完成,以 SLB和SLE两种无线通信接口。SLB主要适用于高速率、高质量连接,SLE适用于低功耗、轻量级连接。未来星闪2.0将进一步支持感知、定位、自 组网以及音视频原生应用等。

目前星闪技术在智能电动汽车领域的应用以车载降噪、全景环视、无钥匙进入、车机互联、车身娱乐以及无线电池管理系统等为主,随着进一步验 证与开发,星闪技术将覆盖智能汽车以及更多智能终端。为此,华为牵头成立了星闪联盟,联盟成员包括9家行业机构、12家汽车厂商、50余家芯 片和模组厂商、31家应用厂商、44家ICT企业和十余所高校及科研单位,合力突破行业痛点。

三、4G/5G技术

现代通讯经历了5代,每一代的速率都提高了非常多,目前车载网络还是以4G网络为主。

5G 是由一个囊括全球通信领域标准化协会与巨头公司的组织——3GPP 制定的。5G 标准不是一蹴而就,而是循序渐进的通过不断更新的方式慢慢完善,目前商用的 5G 标准是 R15,R 后面的数字是协议的版本,数字越大,说明是越新推出的协议。

5G技术演进被分为两个阶段,R15/R16/R17这三个版本称为5G演进的第一阶段,之后的R18/R19/R20的这三个版本称为5G演进的第二轮创新,也就是5G Advanced。

、V2X技术

V2X技术就是希望车辆能够与可能影响车辆的实体实现信息交互,提高安全性、减缓交通拥堵以及提供其他信息服务。所谓车联网(V2X),意为vehicle to everything,即车对外界所有信息的交换。这里的X代表everything,在V2X概念中,我们将它看作四大部分,车与车通信(V2V)、车与路边基础设施通信(V2I)、车与人通信(V2P)以及车与运营商网络通讯(V2N)。从本质来看,V2X是种无线信息交互技术,也是一个汽车通信系统(每辆车都可作为通信网络的实体)。

同向行驶的两辆车,距离较近时,汽车会发出防追尾警告。特别是当车速过快时,传感器无法做到及时预警、视线范围外车辆紧急制动时有明显作用。

当车辆驶入十字路口时,发现前方路侧也有车辆接近路口,并且判断两车可能会在路口发生碰撞时,车载系统会分别向两车发送预警信息提醒驾驶者注意,从而避免双车碰撞。该功能在狭窄且有盲区的路口使用能起到相当重要的作用

DSRC技术

目前,业界普遍认为,V2X通信技术拥有DSRC和C-V2X两大阵营。

DSRC(Dedicated Short Range Communications)是一种高效的无线通信技术,可提供高速数据传输、中短距离通讯服务。

1999年,美国联邦通讯委员会(FCC)决定将5.9GHz(5.850~5.925GHz)频段分配给汽车通讯使用,并鼓励快速开发、采用DSRC技术和应用,主要为了提升公共安全和改善交通堵塞状况。在物理层和MAC等技术底层,DSRC主要使用IEEE802.11p标准,上层则采用IEEE1609系列标准。其中,802.11p将带宽从20MHz改为10MHz,输出为27Mb/s。这种方式使得符号持续时间和保护间隔时间增加了一倍,提高了信号的稳定性,使它适用于各种天气环境下的高速车辆通信。

全球的DSRC的频率并不是统一的一个频率,目前主要是美国这边的DRSC比较前面。以美国DSRC为例,10MHZ频宽为单位,将75MHZ频宽划分为7个频道,分别是172、174、176、178、180、182、184。

频道178为控制频道(CCH),剩余6个频道为服务频道SCH,172是车辆与车辆间公共安全专用服务频道,184为交叉路口公共安全专用服务频道。

2019年12月,美国FCC撤销了5.9GHz车联网技术DSRC专用频段并重新分配,FCC仁至义尽,自从1999年开始的为期二十年的DSRC独家开放期,是前所未有的优惠待遇;美国交通部花了近十亿美元测试,最终无疾而终。

2019年开始DSRC开始升级,标准从802.11p升级到802.11bd。802.11bd背后是IEEE,它可不想彻底放弃DSRC。802.11bd大约在今年底完成,最大升级就是可以在5.9GHz或60GHz频带内使用,60GHz频带内是无需授权的免费频带,老的5.9GHz是欧洲在使用,向后兼容。802.11bd采用比较新的LPDC编码,MIMO天线,60GHz波段,波束整形,Midambles,性能大增,C-V2X有的,它也有。延迟方面再进一步,能够做到低于5毫秒,有效距离超过1公里,相对速度支持到时速500公里以上。

、C-V2X技术

C-V2X是以LTE-R14技术为基础,由3GPP定义的基于蜂窝网络的V2X技术,故也称LTE-V。主要有集中式(LTE-V-Cell)和分布式(LTE-V-Direct)两种。集中式需要基站的支撑,定义了车与路测通信单元以及基站之间的通信模式;分布式无需基站作为支撑,定义了车与车之间的通信方式。

相比DSRC技术,C-V2X解决了离路覆盖、盈利模式、容量及安全方面的问题,它的频谱带宽分配灵活,并具有高可靠、覆盖广、支持大带宽、低时延等特点。但是,由于C-V2X技术起步较晚,所以标准、技术成熟度都还需要逐步提升与完善。

从本质来看,C-V2X包含基于LTE及未来5G的V2X系统,是DSRC技术的扩展。这项技术最大的优点是,可以直接利用蜂窝网络,以及现有的基站和频段,组网成本明显降低,适应于更复杂的安全应用场景。

Rel-14没什么价值,只能做V2V,也就是只有PC5直接通讯,Rel-15才略有价值,具备接入网络的能力。在80公里时速的车辆上,4G的典型延迟是165毫秒-300毫秒,做有关安全的V2X功能显然不能胜任,所以要和安全相关必须上5G,要做自动驾驶,那最好是可靠性比较高的Rel-18或Rel-19。

2022年6月10日,在匈牙利布达佩斯召开的3GPP RAN第96次会议圆满结束。在此次会议上,5G Rel-17标准宣布冻结,全球5G商用迈向新阶段。不过Rel-17基本与V2X没什么关系,Rel-17主要是优化资源分配、节电及支持全新频段,主要是降低功耗,节约能源。V2X要大幅度升级要等到2023年的Rel-18。

Rel-18的Sidelink Relay对V2X提升比较明显。

Rel-18主要封包如下,截止于2021年12月,其中RP-213678和RP-213585对智能驾驶比较有用,可以减少组网密度,降低组网成本。

这些都是芯片组,不是单一芯片,包含了射频子系统和Modem。最独特的是CRATON2,它还能对应DSRC标准。SA2150P还包括了AP,是一套完整的平台。高通在2022CES展上也未展示SA525M,这是目前唯一对应Rel-16标准的芯片,目前最先进的芯片,应该在去年年底才量产。

高通目前有三套平台,一套以MDM 9150芯片组为核心,主要针对R14标准,以非网络的直接连接应用为主。第二套以MDM9250芯片组为核心,主要针对R15标准,以网络连接,提高交通效率应用为主。奔驰与宝马的下一代TCU已确定使用MDM9250。

第三套以SA2150P芯片组为核心,主要针对R16标准,从4G推进到5G NR领域,移远通信已经有基于SA2150P的产品。和前两代不同,SA2150P是应用处理器,专为V2X应用开发的处理器。此外高通还有针对5G的SA415/SA515M平台可选外挂V2X功能,SA151M核心就是骁龙X50 Modem,高通骁龙X50是单模的5G基带芯片,需要与4G LTE基带搭配使用,且骁龙X50设计之初就是为了28GHz频段上运行

C-V2X案例

假设有两辆智能驾驶汽车A和B,两车分别具备自动驾驶高性能计算平台HPC。该平台连接自动驾驶的各个节点,包括转发OBU设备发来的数据的V2X节点。

V2X设备OBU。智能驾驶道路路侧安装有: 路测单元RS(主要用来发送交通灯、交通标志和道路上障碍物的数据给车身上的OBU)。其中,路测单元RSU 和 V2X设备OBU也是通过无线电波进行通信。那么着多辆主要是通过何种方式进行车车通信和车路通信呢?

 

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