近年來,自動駕駛在汽車界越來越熱,無論是新勢力,還是舊勢力,都在把自動駕駛作為未來汽車發展方向而努力。
老司機都知道,開車時,要盡可能往遠了看,以便前方道路出現情況時,留出更多的時間做出反應。
即使武裝了攝像頭、超聲波雷達、毫米波雷達、激光雷達等眾多裝備組成的環境感知系統,自動駕駛車輛比人眼看到的視域也遠不了多少,而且各種傳感器還都有局限性,比如攝像頭容易受光線強弱的影響,激光雷達怕壞天氣和煙塵,毫米波雷達怕雨、霧等高濕環境。
這些傳感器僅僅是對人的視線的增強,在目前流行的ADAS系統中也有運用,在駕駛員走神的時候可以發揮很大作用,但是對于人類視線范圍之外的地方,這些傳感器就無能為力了。
這種情況下,就要有其他的設施來支持了。自動駕駛汽車作為智慧交通系統工程的一個組成部分,只有在汽車與其他交通參與者都發生聯系,實現實時互動之后,才有可能實現真正的自動駕駛,而把這一切連接在一起的就是車聯網,也就是V2X, Vehicle To Everything。
V2X的路線之爭
V2X通過整合全球定位系統(GPS)導航技術、車對車交流技術、無線通信及遠程感應技術奠定了新的汽車技術發展方向,可以實現車和其他一切實體之間的信息交互,從而獲取實時路況、道路信息、行人信息等一系列交通信息,提高駕駛安全性和交通效率。
V2X的研發可以追溯到上世紀90年代,目前業內有兩套方案:DSRC(dedicated short range communication,專用短程通信技術)和C-V2X(Cellular-Vehicle To Everything蜂窩車聯網)。這兩種技術都設計于5.9 GHzITS頻段上運行,并且都能夠獨立于蜂窩無線網絡進行工作。
DSRC以IEEE802.11p為基礎,從Wi-Fi無線局域網標準開發而成,美國在1999年率先分配了5.9GHz 頻段內的 75MHz 頻譜,引導企業和行業在這個頻段上開發車和車的直接通信技術,避免交通事故。2008年IEEE和SAE聯合制定了DSRC標準。
DSRC起步早,目前已被美國交通部確認為V2V標準,歐盟的協同式智能交通系統和日本的V2X也基于DSRC。但DSRC的性能不是很穩定,所以一直處于測試階段。
2014年,美國多次組織大規模DSRC的現場測試,花了三年去驗證這個技術放到車上是不是能夠改善交通、避免交通事故的發生。結果令人振奮,DSRC確實可以把事故、尤其是致死事故率降低到原來的1/7。
但是大家也發現,基于Wi-Fi改進的DSRC技術太陳舊了,雖然業界包括高通在DSRC的增強上做了大量工作,但移動速度一旦提高,尤其達到200公里/時,DSRC信號的衰減就會非常快,因此它并不適用于高速場景。
V2V為DSRC主要的應用方式,經過十多年的發展歷史,目前形成以NXP、ST、瑞薩、車企等為主的傳統汽車電子產業鏈。
目前DSRC關鍵指標為:支持車速 200 km/h,反應時間 100ms,數據傳輸速率平均 12Mbps(最大27Mbps),傳輸范圍1km。
C-V2X基于蜂窩技術,是專為高速移動應用設計的一種通信技術,對汽車應用進行了專門的優化。C-V2X在高數據量信息共享方面提供了充分的技術支持,包括寬帶載波支持、超低延遲和高可靠性等,并且所有的功能都可以基于新車已經內置的蜂窩調制解調器來實現,同時包含了802.11p 的實際應用經驗和無線通信的基礎進展內容。2017年6月3GPP完成了第一版的標準。
C-V2X目前關鍵指標:傳輸帶寬最高可擴展至100MHz,峰值速率上行500Mbps,下行1Gbps,用戶面時延≤10ms,控制面時延≤50ms,支持車速 500km/h,覆蓋范圍與 LTE 范圍類似。
C-V2X包括了V2V(vehicle-to-vehicle,車-車)、V2I(vehicle-to-infrastructure,車-基礎設施)、V2P(vehicle-to-pedestrian,車-行人)的直接通信,也包括V2N(vehicle-to-network,車-互聯網),能夠很好地適應不同的應用場景。
V2N是我們所熟悉的或正在使用的,就是通過移動網絡,連接到云服務器,使用云服務器提供的導航、娛樂、防盜等應用功能,隨著5G的到來,它的功能會不斷增強。
C-V2X 中的V2V、V2I 和 V2P,采用的是設備間的直接通信,就像我們平時用的手臺,不依賴蜂窩網絡的協助或覆蓋,就可支持實時安全信息交換,從而提供了擴展的通信范圍和增強的可靠性。
V2V是指車與車之間的溝通,在一定距離內彼此溝通信息。利用信息的充分共享,V2V可以有效增強ADAS(高級駕駛輔助系統)的功能,幫助在附近行駛的車輛更主動地規劃駕駛行為及路徑,避免事故的發生。
V2I,指的是車和基礎設施之間的信息溝通。I代表Infrastructure,指路邊的基礎設施,包括信號燈、限速標志等。有了V2I,在車輛經過限速變化路段時,這些限速標志的信息會被“廣播”出來,你的車如果能接收到相關提示,就不會莫名奇妙地被扣分了。
V2P指的是車輛與道路上行人或非機動車的信息溝通。前不久,美國有一輛Uber自動駕駛測試車輛撞死了橫穿馬路的行人。如果那位女士身上佩戴了V2P(車-行人)裝置,那穿越馬路的時候,就可以播放信息提示同樣裝備了C-V2X的經過車輛,從而避免事故的發生。
C-V2X相對于DSRC的優勢
在前不久進行的Qualcomm C-V2X技術媒體沙龍上,高通技術標準高級總監李儼博士向記者介紹:
C-V2X更適合高速移動場景。在相對速度高達500公里/時的速度下仍然可以實現可靠的通信、可靠的信息傳遞、進行可靠的預警,而DSRC在速度達到200公里/時的情況下,信號的衰減就會非常快。
C-V2X通信有效距離范圍可以達到DSRC的兩倍以上。因此,C-V2X還獲得鐵路系統的青睞,希望能夠在5.9GHz這個頻段上用這個技術支持鐵路的直連應用。
C-V2X安全性能更高、更一致。因為它延續了蜂窩移動網絡的認證體系架構,當最小性能認證得到保障之后,所有汽車廠商只要能滿足最小性能要求,產品上路就可以實現互聯互通,這樣就可以把整個生態系統建立起來。
C-V2X可以很好地適應即將到來的 5G 新空口特性,為自動駕駛和先進應用提供高吞吐量、寬帶載波支持、超低延遲和高可靠性。
如果想做真正全自動的駕駛,不光自己的車能力很強,周邊的車輛也要感知能力。C-V2X的解決方法是,讓車輛把感知的情況實時分享出來,讓那些沒有配備先進傳感器的車輛通過廣播了解整個道路的狀況,使整個道路變得可預測性更強,實現更可靠的自動駕駛。
C-V2X還有一個很重要的優勢就是成本效益。DSRC組網需要新建大量路側單元(RSU,Road Side Unit),基站設備新建成本較大,硬件產品成本也比較高。而C-V2X可以集成在現有的蜂窩基站里面。今天中國的基站數量很大,5G來了之后,基站的數量還會增大,因此我們可以對基站進行改造,把C-V2X 基礎設施加進去,從而實現部署成本最優。
在終端側,C-V2X可以將LTE、V2X的相關芯片集成在一起,裝在T-box里面,形成統一的連接性解決方案。大量沒有前裝C-V2X設備的車輛,可以通過加裝T-box,連到C-V2X車聯網中,從這個角度來講,成本也是最優的。
C-V2X在國際上的發展
C-V2X產業鏈主要包括通信芯片、通信模組、終端與設備、整車制造、解決方案、測試驗證以及運營與服務等環節,這其中包括了芯片廠商、設備廠商、主機廠、方案商、電信運營商等眾多參與方。
如考慮到實現完整的C-V2X應用,還需要若干產業支撐環節,主要包括科研院所、標準組織、投資機構以及關聯的技術與產業。
支持LTE-V2X的3GPP R14版本標準已于2017年正式發布;支持LTE-V2X增強(LTE-eV2X)的3GPP R15版本標準于2018年6月正式完成;支持5G-V2X的3GPP R16+版本標準宣布于2018年6月啟動研究,將與以前的標準形成互補關系。
C-V2X由于技術更新,更適合高速移動的優勢,已經獲得了廣泛汽車生態系統的支持,包括快速增長的全球行業組織——5G汽車聯盟(5GAA)。
它的創始成員包括德國的三家車企(奔馳、奧迪、寶馬),還包括高通、愛立信等五家通信企業。2017年年初的時候共有七十多個成員,現在已經有近百家成員企業。全球領先的汽車企業、電信運營商、公路運營商、部件廠商、模組廠商都在這個組織里。
2017年6月,LTEC-V2X標準最終的版本完成之后,國際芯片企業包括高通、英特爾、三星發布了各自的芯片提供計劃。
高通率先推出了9150 C-V2X芯片組。這個芯片組針對R14版本的C-V2X直接通信做了優化,支持無SIM卡運行,不僅支持GPS定位,也支持北斗定位,支持高精度定位,工作于ITS 5.9GHz頻段。2018年下半年9150 C-V2X芯片組商用版將出樣片。
羅德與施瓦茨公司已經推出并展出滿足3GPP R14標準的LTE-V2X終端測試綜測儀,提供GNSS信號和LTE-V2X無線鏈接下的數據收發測試,并計劃將要推出認證級的LTE-V2X終端協議一致性和射頻一致性測試方案。
2016年10月,高通宣布了德國的ConVex項目,其中高通、奧迪、愛立信、SWARCO、凱澤斯勞滕大學共同測試,驗證C-V2X技術的可用性,2019年6月之前將公布所有的測試結果。
2017年2月,標致雪鐵龍集團、Orange和愛立信聯合高通,在Towards 5G項目中,測試了道路上兩輛聯網汽車之間的“透視”,以及實時通知駕駛員緊急車輛靠近時的“緊急車輛靠近”。
2017年10月,AT&T、福特、諾基亞及高通宣布開展美國首個公布的C-V2X試驗。
2017年12月,大陸公司和華為在上海國家智能互聯車輛試驗區開展路測,測試采用了華為的C-V2X模塊原型機及基礎設施,內容包括緊急制動警示燈及固定作業車輛警示。
2018年4月,高通連同奧迪和福特,在華盛頓進行了一次演示,這也是全球第一次跨汽車廠商的一次演示,驗證跨廠商的互聯互通能力。
2018年5月,高通跟羅德施瓦茨完成了世界上第一個基于GCF(Global Certification Forum)的認證環節。
2018年7月,高通、寶馬、福特、標致雪鐵龍、Savari進行了跨汽車廠商的C-V2X互通測試演示,包括緊急電子制動警示燈、十字路口碰撞預警、跨路口轉彎碰撞風險預警、慢速車輛預警及靜止車輛預警、交通信號相位及配時/闖紅燈預警和行人預警等6項內容。參與測試的車輛都搭載了高通公司的9150 C-V2X芯片組解決方案并支持C-V2X直接通信技術。
2018年8月,高通跟大唐電信完成了全球首個多芯片組廠商的C-V2X直接通信互操作性測。基于高通和大唐電信的互聯互通測試,國內的企業正在組織多車企之間的互聯互通測試。
C-V2X在我國的發展
我國于2015 年啟動了基于 C-V2X 技術的車聯網頻譜研究, 2016 年 11 月工信部正式劃分5905-5925MHz 用于 C-V2X 技術試驗,并通過北京-保定、重慶、浙江、吉林、湖北、上海、無錫等車聯網示范區開展測試和實驗驗證。
2016 年11 月,大唐基于自主研發的芯片級解決方案發布了 C-V2X 車載終端和路側通信測試設備。
華為在2016年推出支持 C-V2X 的車載終端原型機,并在 2018 年世界移動大會·上海首次對外解讀C-V2X車聯網的戰略,并發布首款商用C-V2X解決方案RSU(路邊單元)。
2017年底,中國LTE-V2X相關標準于基本完成,包括LTE-V2X體系架構、頻譜、空中接口、網絡層與應用層、安全等。
2018年1月5日,國家發改委公布《智能汽車創新發展戰略》征求意見稿,到2020年智能汽車新車占比達到50%,大城市、高速公路的LTE-V2X覆蓋率達到90%,北斗高精度時空服務實現全覆蓋,到2025年, 5G-V2X基本滿足智能汽車發展需要等相關要求。
2018年6月底,工信部下屬中國信通院在官網上發布了由IMT-2020(5G)推進組編寫的《C-V2X白皮書》。
在通信芯片研制方面,大唐電信已發布PC5 Mode 4模式的LTE-V2X測試芯片模組;華為也已發布了支持包括LTE-V2X在內的多模4.5G LTE調制解調芯片Balong 765。
在通信模組方面,大唐、華為等芯片企業都將提供基于各自芯片的通信模組;中興通訊也計劃于2018年發布基于高通芯片的LTE-V2X測試模組;上海移遠通信也計劃推出基于高通9150芯片的通信模組。
在終端與設備方面,大唐、華為、東軟、星云互聯、千方科技、車網互聯、萬集科技等企業均可提供支持LTE-V2X的OBU和RSU通信終端產品。
在通信基站方面,華為已推出測試用LTE-V2X基站。中興將于2018年提供測試用LTE-V2X基站。上海諾基亞貝爾也將提供LTE+MEC的基站產品,支持V2I類應用。
國內各整車廠均積極進行典型LTE-V2X應用的開發。
中國一汽、上汽、江淮汽車、眾泰汽車、長城汽車等實現了LTE-V2V、V2I、V2P應用,并與東軟、大唐、ALPS、大陸等合作進行了示范演示。眾泰新能源汽車正在建設融合了LTE-V2X應用和ADAS技術的小鎮無人駕駛解決方案。
國內三大電信運營商均大力推進C-V2X業務驗證示范。
中國移動實現了基于LTE-V2X的車車網聯和車路協同應用,包括緊急剎車、超車告警、路口防碰撞、紅綠燈車速引導、路口信息推送到車等。
中國聯通展示了多場景融合的C-V2X應用解決方案,包括面向駕駛安全的See through,車-人防碰撞、車-車防碰撞預警,面向交通效率的綠波帶通行、自適應車隊等業務。
中國電信則重點開發了公交優先應用及停車導引應用。
在測試驗證方面,中國信通院具備完備的無線通信測試驗證環境,已支持開展C-V2X終端設備的功能、性能和協議一致性測試。上海無線通信研究中心研發并提供基于C-V2X的SDR仿真驗證算法。
中國汽研可提供城市場景測試環境和開放道路場景測試環境設計、C-V2X應用功能測試規范設計,后續還將推出C-V2X開放道路測試規范、C-V2X平行仿真測試系統,并研究C-V2X大規模試驗的技術方法和數據規范。
C-V2X的商業化前景
迄今為止,全球都沒有商用的DSRC系統,除了日本有局部的部署。DSRC這個技術已經開發了很多年,但時間長并不等于成熟。
雖然C-V2X標準2017年6月份才全部完成,但是過去一年里,產業已經發生了巨大變化。高通等芯片廠商和主機廠商、部件廠商合作,在全球內做了大量的測試和驗證。
據高通公司預計,2019年底、2020年初,會看到支持C-V2X的量產車上市。如果考慮汽車行業的開發周期,現在開始開發,兩到三年生產,基本上DSRC和C-V2X上市的時間從商業角度來講,基本是一致的。
C-V2X是目前唯一一項遵循全球3GPP標準的V2X技術,并支持持續演進以實現對5G前向兼容;從技術提出,就得到了汽車行業和交通行業,包括快速增長的5G汽車聯盟在內的全球汽車生態系統的廣泛支持。
我國擁有全球最大的LTE網絡,我國企業在 3GPP 中主導了部分C-V2X標準的制定及后續演進技術的研究,基于蜂窩網絡的C-V2X與目前的4G和未來的5G網絡都可以復用,部署成本低。這些因素讓C-V2X將成為中國車聯網的首選解決方案。
不過,C-V2X的布署是個非常大的系統工程,涉及行業、企業眾多,仍有諸多問題需要解決,包括各方利益的平衡,及技術、法規、政策、商業模式等等。C-V2X的真正發揮作用,需要多方面的共同努力,雖然道路是曲折的,但我們相信C-V2X前途是光明的。
來源:汽車商業評論,錢亞光
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