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V2X车联网:标准之争,谁将胜出?

V2X车联网:标准之争,谁将胜出?

云顶国际登录官网 > 行业资讯 > 日期:2021-11-15 来源:Internet 编辑:yq 浏览量:

未来的汽车应该是什么样的?有专家将其定义为车轮上的电脑(a computer on wheels),也有专家称其为车轮上的IoT设备。

无论哪种说法,他们的目标是一致的——未来的汽车都将是一台能够自动驾驶的智能移动设备,在一个完全连接和数字化的环境中运行,由电动传动系统提供动力,使之完全融入大家的数字生活。在此过程中,V2V和V2I等车联网技术扮演了重要角色,它们不仅提高了车辆环境的确定性,还成为当前大热门的自主驾驶的有力推动者。

V2X的市场前景

车联网(V2X,Vehicle-to-Everything)的应用始于2006年,通用汽车的一辆凯迪拉克对这项技术做了展示。V2X是以车辆为主体,依靠通信网络互连实现车与车(V2V)、车与人(V2P)、车与网(V2N)、车与基础设施(V2I)的互通互联、信息共享,进而达到保障交通安全、提高驾驶体验、拓展智能服务等目标的智慧交通解决方案。

Allied Market Research发布了一份报告,按V2V、V2I、V2P、车6与电网(V2G)、车与云(V2C)和车与设备(V2D)、专用短程通信(DSRC)等划分,2019年全球汽车V2X行业收入为25.6亿美金,预计到2027年将达到117.1亿美金。从2020年到2027年,复合年增长率为28.4%。

V2X市场高速增长的主要决定因素来自于互联汽车的大量采用,以及城市化和工业化的快速发展。随着5G和AI技术的发展,加上蜂窝车联网(C-V2X)技术的进步以及半自动和自动车辆的增多,为该市场的进一步增长提供了新的机遇。

按照细分市场划分,V2V对2019年全球汽车V2X市场贡献率###大,达到40%。由于V2I是传递车辆移动性管理、驾驶员安全和环境条件等信息的重要保障,预计2020年到2027年期间,V2I将出现高速增长,###大复合年增长率为32.8%。按车型划分,2019年乘用车占据全球汽车V2X市场约90%的份额,预计到2027年仍将保持这一优势地位。

V2X的发展路径

现阶段,国外已经实现在汽车上应用DSRC技术。由于DSRC技术存在很多局限性,将很难成为V2X技术的发展趋势。如今,国内外在V2X的发展上主要倾向于发展与5G技术兼容性较好的C-V2X和LTE-V2X这两项技术。大家也看到这样的趋势,即全球车联网技术路线正在向C-V2X聚焦。比如2020年9月,5G汽车联盟5GAA提出了C-V2X通信技术路线图,同年11月美国联邦通讯委员会将5.9GHz频段划拨给C-V2X使用,这些举措标志着C-V2X成为全球标准又向前迈进了一大步。


图1:5G与C-V2X通信技术路线图(图源:5GAA)

车联网V2X的概念自诞生以来逐步演变成两大标准体系,一个是由美国提出的基于DSRC的V2X体系,另一个是由中国主导的基于C-V2X的标准体系。现在,美国已开始转向用C-V2X取代DSRC,C-V2X技术标准正式登上国际舞台。

DSRC与V2X的差别

DSRC(Dedicated Short Range Communications)即专用短程通信技术,是由美国提出的一种基于IEEE 802.11p标准(以WiFi为基础)的通信协议。该项技术由美国交通部和密歇根大学支撑,专用于V2V与V2I,可以实现小范围内图像、语音和数据的实时、准确、可靠的双向传输,经过美国、日本和欧盟的大规模测试,验证了其有效性。


图2:DSRC发展历程(图源:NXP)

C-V2X即蜂窝车联网,基于蜂窝通信技术发展而来,由3GPP主导推动,依托已经全网运行的4G网络(LTE)来促成V2X的实现。C-V2X的空中接口有两种,一种是Uu接口,一种是PC5接口。Uu接口以蜂窝通信基站为中心,实现广覆盖的通信连接。PC5接口不通过基站,而是直接在车联间形成数据传输,以满足低时延的要求。C-V2X具有传输距离远、通信范围广、可扩展性高、建设成本低等特点。面向5G网路,C-V2X将有更广阔的发展空间。


图3:V2X架构(图源:Qualcomm)

通过一次次的技术论证,DSRC与C-V2X之间的差距非常明显。DSRC的不足之处主要体现在以下几点:

DSRC的性能不足

DSRC无法在高速环境下维持良好的通信稳定性。通过信息检索大家看到,在福特与大唐、高通的联合测试中,DSRC的表现明显不如C-V2X,在超过一D的通信距离后基于DSRC技术的产品出现了明显的数据失真,而LTE-V2X能更好地胜任这项任务。

DSRC占用的频谱较多

相较于DSRC,WiFi对于5.9GHz频段的需求更为迫切,届时,大家需要在WiFi与DSRC的应用频谱上进行权衡,这也是美国从DSRC转向C-V2X的主要原因之一。

DSRC的未来发展空间有限

就未来发展空间而言,DSRC较为有限,而C-V2X是一项可持续推进的技术。根据C-V2X的发展规划,无论是目前的LTE-V2X还是未来的NR-V2X,都是立足当下、面向未来的出色解决方案。一方面它们满足了车联网当下的需求,未来的前景也值得期待。

C-V2X的优势主要体现在大规模部署上的成本控制。尽管DSRC与C-V2X技术在成熟度及产业链的完整性方面差别不大,但在实现成本上却有着云泥之别。C-V2X能借助现有的4G/5G通信基站,合理利用现有资源,有效节约了建设成本。

大家知道硬币都有两个面,这一点也适用于DSRC和C-V2X技术。在兼容性和互操作性方面,DSRC比C-V2X更具优势。C-V2X的各个版本互不兼容,Rel.14/Rel.15和Rel.16工作在不同的频段,后续的设备必须支撑多个版本以保持与先前设备的兼容性。DSRC在设计之初就保证了802.11p和802.11bd之间的互操作性,二者完全兼容。


图4:DSRC与C-V2X之间的差别

V2X与5G和自动驾驶的关系

汽车的智能化、电动化使得V2X成为必然趋势,而V2X又是未来汽车实现自动驾驶的必由之路。4G技术为V2X提供了基础功能和简单的应用场景。5G技术的到来,则极大地增强了V2V、V2P、V2I的连接能力。

要想解读V2X与5G和自动驾驶之间的关系,大家先来看一下V2X对于安全高效的自动驾驶的重要性。自动驾驶系统包含感知层、决策层和实行层,由实行层###终体现车辆的自动化水平。目前,辅助驾驶和自动驾驶分为L1~L5共五级,其中L1~L3为自动驾驶系统辅助人类驾驶,又被称为###驾驶辅助系统(ADAS);L4属于人类辅助自动驾驶系统;L5将是完全的自动驾驶, 也可以称之为无人驾驶。

在准确的车辆信息感知上,只有V2X才能提供精准的速度、航向、制动踏板状态等。在障碍物的感知上,V2X通信能向车辆发出无法直接看到的物体(非视线范围内)的警报,以便于机器、人、车及时做出更好的决策,这是驾驶安全的重要环节。

此外,因V2X包含有高度可靠的多种传感器,在任何天气或照明条件下,V2X都能保证车辆的安全行驶。


图5:相比802.11P(DSRC),C-V2X更加有利于提升自动驾驶的性能(图源:高通、中信证券研究部)

自动驾驶是车辆作为运载工具智能化、网联化发展的核心应用,也是V2X和智慧交通产业发展的核心应用服务。单车智能驾驶主要依靠车辆自身的视觉、毫米波雷达、激光雷达等传感器进行环境感知、计算决策和控制实行。网联自动驾驶则是通过车联网将“人-车-路-云”以及各种交通参与要素有机地联系在一起,大幅提升车辆在环境感知、计算决策和控制实行等方面的能力。

现在,自动驾驶和车联网已经成为5G的重要应用。一是5G网络拥有###高达10GB/S的传输速率,可为车辆提供毫秒级的超低时延,为自动驾驶的实现奠定了坚实的通信基础。二是5G为边缘计算提供了强力支撑。由于自动驾驶中的很多决策具有极高的实时性要求,为此,V2X系统必须更多地依靠边缘计算来为车辆提供服务,只有这样,才能为车辆提供可靠的海量数据实时处理。目前,5G R16标准已经冻结,此举必将加速V2X产业的快速落地。

V2X发展现状

在V2X全面铺开以及从LTE-V2X向5G-V2X转变过程中,从运营、芯片模组、终端设备到管理平台、安全认证、交通信息化项目的实施,整个产业链正在步入爆发式增长环节。在运营服务上,中国三大电信运营商均已开展C-V2X业务验证示范项目,百度、阿里、Tencent、小米、HUAWEI等互联网及通信企业也开始进军车联网行业,这些都是C-V2X应用落地的好消息。

汽车电子市场蕴含巨大的商机,也是商家必争之地,V2X对产业的贡献率正逐年升高。根据Polaris market research发布的一项###新研究,到2026年,全球汽车V2X市场预计将达到332.46亿美金左右。在V2X行业,全球前十大半导体厂商都是在业界威名赫赫的企业,比如Infineon Technologies(英飞凌)、NXP Semiconductors(恩智浦)、RF360、Bosch(博世)、STMicroelectronics(意法半导体)、Altran、Autotalks、Continental(大陆)、HARMAN等。

NXP企业提出,V2X技术支撑汽车与周围环境通信,使驾驶更安全、更高效,它能使无形变有形,因而可警告驾驶员道路上的危险,从而减少交通伤害和死亡。除了提高安全性,V2X还有助于优化交通流量,减少交通拥堵,减少交通对环境的影响。

作为很早就进入V2X行业的半导体企业,NXP拥有完整的V2V和V2I通信解决方案,实现了主动安全系统和智能交通系统(ITS)的管理。其产品组合非常丰富,主要包括SAF5400单芯片DSRC调制解调器、SAF5100 V2X SDR基带处理器、TEF5100 V2X射频收发器、SXF1800安全元件,以及i.MX应用处理器等。2017年,NXP发布了基于单芯片的可扩展安全V2X平台——RoadLINK,这是当时一款经过批量生产验证的5.9GHz V2X系统解决方案。

SAF5400

SAF5400单芯片DSRC调制解调器是该方案的核心,它将先进的收发器技术与完整基带、MAC层和固件集成到一个单芯片中,具有独特的可扩展架构,可与NXP i.MX产品系列组合,支撑在从“低端”OBU扩展到“高端”OBU的过程中,在系统平台中使用相同的V2X硬件芯片。

SAF5100

SAF5100是一款App定义的无线处理器,这种基带处理器包括模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC),用于与外部收发器对接。TEF5100收发器架构基于发射器和接收器的直接转换,因而无需昂贵的外部滤波器。

SXF1800

SXF1800是一种安全元件IC,此前已应用于电子护照、银行卡、智能手机,如今又应用到汽车中,为V2X应用提供抗篡改加密功能。


图6:NXP单芯片V2X解决方案的核心SAF5400DSRC调制解调器(图源:NXP官网)

据NXP先容,相关V2X试验也已取得满意的结果。其中带有NXP芯片组的商用DSRC OBU已在新加坡林竹港路进行了2公里LOS(Line of Sight)测试,其设置尽可能接近5GAA1,与2019年3月5GAA发布的C-V2X可比试验结果对比,显著优于5GAA公布的C-V2X结果。

博世企业表示,V2X有助于车辆和周围物体之间以及车辆和交通基础设施之间的数据交换。这将开启一系列创新服务,使驾驶更安全,同时有助于提高效率,意味着V2X将成为未来ADAS和自动驾驶的关键元素。作为一家Tier-1供应商,在技术上博世企业是中立的。因此,无论是DSRC还是C-V2X,企业都有相应的产品提供给OEM。

早在2017年9月,高通就发布了基于3GPP R14规范、面向PC5直接通信的C-V2X商用解决方案——Qualcomm 9150 C-V2X芯片组,2018年下半年该芯片组商用出样。该芯片支撑C-V2X直接通信、GNSS,支撑无SIM卡运行,工作于ITS 5.9GHz频段。2018年8月,高通和大唐电信携手完成了多芯片组厂商支撑的C-V2X互操作性测试,芯片组于2019年支撑商业部署。

结语

目前,部分跨国车企已经对应用V2X技术的车型实现量产。在这些车企中,通用和丰田主要是应用V2X技术中的DRSC技术路线。

美国的V2X技术在政策推动、标准制定和频谱确定的背景下,先后在美国的26个州开展智能网联汽车试点示范工作,覆盖率达五成以上,并在2014年和2015年分别建造了知名的GoMentum Station和Mcity智能网联汽车测试场。中国的V2X技术较国外起步晚,暂时还未能实现量产。

在5G V2X方面,广汽集团正在进行基于5G的自动驾驶系统及远程自动驾驶系统的开发。目前,中国已经建立了10个###智能网联(车联网)测试示范区,超过30个城市级及企业级测试示范点,另有10多条智慧高速公路,用于开展智能网联试点工作。

V2X技术的相关标准已经就位,相关解决方案业已成型,各大主要供应商和OEM也做好了部署的准备。现在,V2X技术面临的主要挑战还是在监管环境和基础设施方面。###终,无论###终DSRC或C-V2X哪一项技术胜出,业界都已经做好了两手准备。


来源:贸泽电子
编辑:Doctor M

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