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,更属意于高频毫米波(mmWave)方案,因此实际上在 Sub-6GHz 下的表现可能不尽人意。当然高通目前最新的有 X55 Modem。

 


上图为 5GAA 联盟的 CTO 在 2020 年 10 月对 V2X 量产应用时间线做的一个预测。高通的三代产品将可能会长期共存。目前还有频谱分配的问题没解决。在 2020 年 10 月 5GAA 联盟的白皮书里呼吁美国政府应该给予 C-V2X 足够的频谱带宽。 5GAA 认为基础安全的 ITS 应用如 5.9GHz 下的 V2V 和 V2I 应用需要 10-20MHz 的带宽。先进 ITS 应用如 5.9GHz 下的 V2I/P 需要 40MHz 以上带宽,C-V2X 里的 V2N 通讯,低于 1GHz 的低波段(乡村环境)Service-agnostic 需要至少 50MHz 带宽,1-7GHz 的中波段(城市环境)需要至少 500MHz 的带宽。   

 

目前主要还是高通的二代产品。V2X 目前频带主要为 B46D 和 B47,B46D 是全球标准,即 5725MHz-5825MHz,B47 是针对日本的,即 5850-5925MHz。

 

 

高通 C-V2X 平台架构

 

高通第二代 C-V2X 开发平台框架图

 

上表为主要集成电路,价格仅供参考


高通第二代 C-V2X 开发平台主要部件包括 MDM9250 芯片组,其中有 MDM9250 SoC,PMD9655 电源管理,WTR5975 收发器,LPDDR 与 NAND 的 MCP 封装存储器为美光的 MT29RZ4B2DZZHHWD,256MB 的 LPDDR2,512MB 的 NAND。还有 5.9GHz 的 RFEE,即射频前端,包括功率放大器、天线开关、低噪音放大器和滤波器。应用处理器是高通的 APQ8096AU,即车载版骁龙 820,还有 PM8996AU 电源管理,三星的 4GB LPDDR4,K4F6E3D4HB。2.4GHz,802.11n,WiFi 与蓝牙 4.2 模块 QCA6574AU。东芝的 TC9560XBG 是汽车级 PCIe 转以太网界面 IC,支持单通道 2 代 PCIe,支持 EAVB 协议,包括 IEEE802.1AS、IEEE802.1Qav,拥有 RGNII/RMII/MII 的 MAC。包括 Cortex M3。 

 

高通 C-V2X 开发平台包含 NXP MPC5746(达到 ASIL-D 级)和 NXP K61。K61 是一个支持 IEEE1588 以太网界面和 USB OTG 的 MCU。K61 把轮速传感器传来的 USB 信号转变为 SPI 输出给 MDM9250。IMU 采用博世的 BMI160,这是一个 16 比特 3 轴重力加速度计和 3 轴陀螺仪的 IMU,不过博世现在推荐 BMI270 取代 BMI160。 

 

V2X 采用 HSM 硬件加密,可以选择 NXP 的 SFX1800 或英飞凌的 SLi97。SFX1800 是特别为 V2X 开发的。 上图为 NXP 的 V2X 架构图,不过这是针对 DSRC 的,但在 C-V2X 中也可以用 SFX1800,SFX1800 采用 ARM SC300 核心,内含 2MB 的 Flash。SFX1800 采用 NXP 的 Java Card OperatingSystem (JCOP) 操作系统,密码保护支持 IEEE1609.2 和 ETSI TS 103 97 密码学标准。

 

Sli97 主要为 eCall 和 V2X 开发的,其中 Sli97CSI 专为 V2X 设计,拥有 1MB Flash,界面为 SO7816,支持 I2C 和 SPI 接口。

 

 


上图为高通 SA2150P 的内部框架图,采用低成本的 4 核 A53 设计,也去掉了高成本的 GPU,用 ARM NEON 的 SIMD 设计来应对并行计算,成本比 APQ8096AU 要低至少一半。高通 C-V2X 开发平台主要集成电路大约 200 美元,将来 APQ8096AU 会被 SA2150P 取代,价格估计会降低 20-25 美元。

 


天线方面采用两个 4 芯 FAKRA,分别针对 WLAN 和 C-V2X,还有一个针对 GPS 的 FAKRA 接口。此外如果考虑欧洲标准,还要考虑 eCall,还要增加 A2B 数字音频,高通开发平台使用 ADI 的 AD2410WCCSZ,还有音频 CODEC,使用德州仪器的 TLV320AIC3104IRHBT。需要增加 20 脚音频与麦克风连接器,还有一个包含 CAN、OABR 物理层和 12V 供电的 20 脚连接器。当然还得有电池。

 

 

 

上图为协议栈架构,实际 Facilities 就是智能交通 ITS 的协议栈

 


上图为 V2X 协议栈。上层协议栈或者说 ITS 协议栈,欧美起步都很早,这主要是欧美从 1999 年就开始构思了利用无线通讯打造 ITS 系统的构思并付诸实施。欧洲电信标准协会即 ETSI 从 2008 年就开始着手制定 ITS 协议栈标准,目前已经基本制定完成。不过是基于 DSRC 的,但转移到 C-V2X 的速度很快,毕竟只是通讯方式的不同。 2020 年 1 月,ETSI 释放了 ETSI EN 303 613 接入层标准,将来还有 ETSI TR 101 607 标准。美国方面,比欧洲稍晚,大约在 2010 年开始制定以 DSRC 为通讯方式的标准,即 SAE J3161。2019 年则有针对 C-V2X 的 J2945 标准。

 


DSRC 与 C-V2X 协议栈的对比,上层差别甚微。

 

 


高通在第二代 MDM9250 开发平台上提供基于 SAE 和 ETSI 标准的 ITS 协议栈。同时也支持第三方 ITS 协议栈。对 SAE 来说,关键的 ITS 信息包括 BSM(Basic Safety Message,即 SAE J2735),Emergency VehicleAlert (EVA) ,Signal Phase and Timing (SPaT),Map Data(MAP),TravelerInformation Message (TIM)。对 ETSI 来说,关键信息包括 DecentralizedEnvironmental Notification Message (DENM) , Cooperative AwarenessMessage (CAM),Signal Phase and Timing (SPaT),LDM(本地动态地图)。

 

 


中国目前已经基本完成的标准如上表,主导力量是 CCSA,即中国通信标准化协会,其余还有 C-ITS 中国智能交通产业联盟,中国汽车工程协会 C-SAE,国家汽车标准化委员会 NTCAS,车载信息服务产业应用联盟 TIAA。 还需要制订的标准如下表所列。

 

 

 

 

 

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