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亚德诺新闻
在自动驾驶汽车中实现5G和DSRC V2X(一)
发布时间:2022-05-31        浏览次数:54        返回列表
 

摘要

很显然,车辆通信是实现更高的自动驾驶水平的重要推动因素。但是,长期以来,汽车厂商一直在研究分析所需的无线接入技术应基于蜂窝技术(也称为C-V2X)还是基于直接接入技术(称为DSRC)。在本文中,我们将展示未来的自动驾驶场景需要协调或组合使用这两种技术。先进的多无线标准设备需要集成分别采用不同技术的单个模块。因此,在缺乏无线互联的标准接口的情况下,实现这种协同系统显得非常困难。我们使用最近发布的一款单芯片解决方案来实现双频、双无线标准车载通信系统。利用单芯片,可以在多个频段内同时发送和接收信号。虽然此设备未通过汽车应用认证,但所用的技术可以通过提供产品差异化和增强控制来提升服务质量,为汽车制造商提供支持。

 

简介

本文将重点介绍车辆通信(V2X)设备的发展情况。将概述V2X应用场景,并介绍可用于执行V2X通信的两种无线接入技术。通过简要介绍V2X,我们将了解由蜂窝网络(也称为蜂窝V2X或C-V2X)控制的V2X通信的无线接入可以在免许可频段和专用频谱范围内为其他无线接入备选技术提供补充,例如专用短距离通信(DSRC)或IEEE 802.11p。为此,需要将用例的要求和利用多接入技术优势的需求结合起来。当涉及到实现多标准V2X设备时,目前可使用多个模块和各自独立的软件/固件。但是,这会限制接入技术的协作/协调功能的潜力。有关这些限制,可参阅“推出适用于未来的V2X系统的单个RF IC (ADRV9026)”一节。ADRV9026是ADI RadioVerse®产品组合中的一款射频收发器(TRx),覆盖6 GHz以下的频率范围。这种多通道、多频段收发器技术可实现多频段V2X通信设备。

 

车对万物(V2X)通信

汽车行业正在快速创新,以便在所有可能的驾驶场景、操作条件和情况下实现全面自动化。事实证明,无线连接不仅是实现全面自动化,也是实现低阶自动化的基础技术之一。特别是,自动驾驶汽车的安全关键应用将非常依赖无线连接。在其他实体共享驾驶空间或交通系统的情况下,以极高(99.999%)可靠性执行安全操作将至关重要。这些实体可能包括其他车辆、人员、道路上的运输系统或交通管理网络。因此,为了与系统中的其他实体进行信息交换、合作和协调,必须为每一辆车配备无线连接功能。

ADI技术文章图1 -在自动驾驶汽车中实现5G和DSRC V2X 

1.实体、基础设施和V2X通信系统接口

 为此,欧洲的管理机构(如ETSI)已经为汽车智能交通系统(ITS)奠定了基础。全世界都开发了类似的系统,包括美国和亚太地区。ITS针对各种应用和用例定义并指定了通信节点、架构、协议和消息。此外,需要新的基础设施以增强免许可频段或专用频段中基于DSRC的应用。随着践行智能高速公路和智慧城市倡议,许多地区都在积极部署相关基础设施。对于C-V2X,可使用现有的蜂窝基础设施。图1显示了ITS车辆与运输系统中的其他车辆或其他实体通信的接口。下面介绍各种接口:

Ø V2V(车对车)通信:最初它只用于广播消息,但现在车辆也可执行单播或多播消息。这种接口可用于在通信范围内直接从一辆车向另一辆车传递任何信息,例如,在紧急制动时。

Ø V2P(车对人)通信:使用此接口,车辆和道路使用者可以通过装有V2X应用的智能手机通信。例如,弱势道路使用者可收到警报,提醒有车辆靠近。

Ø V2N/V2I(车对网络或车对基础设施)通信:此接口可用于传输有助于实现智能交通的任何信息。

 

适用于V2X的无线接入技术

图2显示了整个ITS的分层架构。顶部应用层包含用例定义,例如紧急制动警告、十字路口避免碰撞和交通信号灯周期1.其他层提供信息和通信支持服务,例如定位/位置信息、提醒消息和通知。最后,通过使用无线技术在空间传送这些协议消息。

ADI技术文章图2 -在自动驾驶汽车中实现5G和DSRC V2X 

2.以通信层形式表示的ITS

 美国已建立DSRC支持车辆通信,欧洲则建立了基于IEEE 802.11p的无线接入来实现同样的目的。但是,这些无线技术是基于IEEE 802.11x Wi-Fi标准开发进行专用通信2。因此其范围有限,并且也面临与其他基于Wi-Fi的系统类似的拥堵和服务质量(QoS)问题。此外,还需要投入大量资本来部署路边基础设施,以确保交通管理服务器的覆盖范围。另一方面,通过公共陆地移动无线电(也称为蜂窝通信系统)实现无线接入可以解决覆盖范围和QoS的问题。蜂窝网络已经覆盖了大部分道路,我们还提供由网络控制的计划性接入,通过避免拥堵或掉话来确保服务质量。

第4代长期演进(4G LTE)蜂窝系统标准中已提供V2X服务3。但是,4G LTE的主要目标是基本安全用例。第5代(5G)则针对更多安全关键型和高可靠性用例。蜂窝V2X (C-V2X)是指通过移动网络提供的V2X服务,无论是4G LTE还是5G。车载通信系统的整体情况使得我们不仅能在不同区域,还能够在不同频段内使用多种技术和标准。当我们考虑适用于不同区域和不同标准的不同频段时,整体情况会更为复杂。

 

蜂窝V2X (C-V2X)

对移动网络运营商来说,提供的蜂窝网络覆盖是一个非常困难的挑战。另一方面,对于互联和自动驾驶车辆来说,无线电覆盖漏洞要比街道上的漏洞更糟糕。因此,C-V2X提供增强特性,使其在没有网络覆盖的情况下也可以正常工作。图3a显示的是车辆在有网络覆盖的情况下进行通信的场景。对于要通信的车辆,可以使用两个选项:

选项1:使用经典的Uu接口(3GPP为终端用户设备和无线电基站之间的无线电链路定义的名称),两个V2X通信节点之间会用到蜂窝网络。

选项2:使用名为PC5的新接口,该接口在V2X节点之间提供直接通信。这也称之为侧链(SL)通信。

图3b所示为没有网络覆盖的场景。但是,在使用PC5接口时,V2X节点之间仍可进行通信。在有网络覆盖的场景下,网络可能会使用分配的蜂窝频段。下一节介绍在没有网络覆盖的情况下会使用什么频段。

ADI技术文章图3 -在自动驾驶汽车中实现5G和DSRC V2X 

3.在有或没有蜂窝网络覆盖的情况下进行V2X通信使用蜂窝频率资源的情况

1.4G LTE5G NR中进行并发V2X操作使用的Uu-PC5频段

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