初探车联网V2X技术

  • 车联网应用服务    2020-06-01分享新闻到:
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随着汽车工业进入互联网时代,汽车业界的新老势力都着眼与ADAS研究,其中以特斯拉为代表的新兴势力走在了前头。但是最近发生的特斯拉自动驾驶事故似乎说明,以毫米波雷达加摄像头这种自主式环境感知系统纯在先天的缺陷,无法做到全天候全路况的准确感知,而协同式环境感知系统可以与之形成良好的互补。而协同式环境感知系统的基础就是车联网V2X技术。

V2X是什么

V2X(Vehicle-To-Everything),顾名思义,就是车与外界进行百分百的互联,这是未来智能汽车、自动驾驶、智能交通运输系统的基础和关键技术。

V2X包括四部分:

V2N(Vehicle-To-Network,车-互联网)是目前应用最广泛的车联网形式,其主要功能是使车辆通过移动网络,连接到云服务器,使用云服务器提供的导航、娱乐、防盗等应用功能。

V2V(Vehicle-To-Vehicle,车-车)可以用做车辆间信息交互和提醒,最典型的应用是用于车辆间防碰撞安全系统。

V2I(Vehicle-To-Infrastructure,车-基础设施),车辆可以与道路甚至其他基础设施,例如交通灯、路障等通信,获取交通灯信号时序等道路管理信息。

V2P(Vehicle-To-Pedestrian,车-行人)则是用做给道路上行人或非机动车安全警告。

让汽车连接更多

V2X可以用来做什么

首先我们最容易想到的就是各种防碰撞、防翻车的提醒。

追尾警告
超车碰撞警告
堵车排队警示
十字路口盲点提醒
弯道减速提醒

除了防碰撞,还可以用作车辆间的协作,使车辆在道路运行更加有序和高效。包括:巡航控制、行驶队形控制、自适应通信顺序协调和智能车队控制等等。

车间协作

还有道路上易受伤人群和特殊紧急车辆让行的警示。


路人警示
紧急车辆警示

当然还可以提升出行的效率。

泊车和充电寻找
交通灯时序和通行速度建议

V2X和ADAS

运用V2X技术,可以提升ADAS的安全性和效率,以下是一个典型的V2X应用在ADAS上的示意图。

V2X在ADAS上的应用

车辆本身的毫米波雷达、摄像头,采集车辆周边环境,另外通过V2X获取更加广阔的环境参数,例如:十字路口、斜坡信息,道路状况等,形成360度无死角的计算机认知,提升车辆主动安全性。

得益于V2V提供的防碰撞警示提醒,车辆之间的安全距离可以进一步缩短;通过V2I获取的交通管制信号,可以控制通行的速度和选择加减速时机;V2P保证路边行人的安全性。三者作用下,使得道路的通行效率可以大大提高。

V2X提供了收集数据的能力,ADAS开发机构可以通过这些数据进行模拟和调优,不断提升自动驾驶预测体验。

C-V2X标准

V2X产业分为DSRC和C-V2X两个标准和产业阵营。

一是DSRC专用短程无线通信标准,以IEEE802.11p为基础,V2V为其主要的应用方式,经过十多年的发展历史,形成以NXP/ST/瑞萨/车企等传统汽车电子产业链。

二是C-V2X,是基于LTE-R14技术为基础,通过LTE-V-D和LTE-V-Cell两大技术支持包括V2I、V2V、V2P等各种应用,目前正处于标准制定的关键阶段,并在今年9月制定了第一版的标准,形成以华为、高通等通信产业链企业、电信运营商和汽车企业为主的产业阵营。

中国作为全球第一大汽车市场,目前尚未推出任何的标准,但是车联网的标准制定势在必行。相比于802.11p的DSRC,C-V2X的优势比较明显:

1、基于蜂窝网络,与目前的4G和未来的5G网络可以复用,部署成本低。

2、网络覆盖广,网络运营盈利模式清晰。

3、3GPP标准制定,全球通用,使用单一LTE芯片组,模块成本大幅降低。

4、C-V2X作为5G的重要组成部分持续演进。

从我国拥有全球最大的LTE网络现状和C-V2X演进的技术优势来看,C-V2X应该是国内V2X技术标准的首选。

5G演进路线图

传输模式

C-V2X提供两种互补的传输模式,分别适用与车辆间邻近和远离的情况。

1、直接通信(PC5接口),以LTE标准中的D2D(Device-To-Device,设备间)邻近通信服务(ProSe)为基础。采用最新标准制定的PC5接口,可以实现250Kph的高速度和高密度通信。在无LTE网络覆盖的环境下,邻近设备可以进行直接通信。

直接通信传输

2、网络通信(Uu接口),利用LTE广播,通过V2X服务器中转,把信息传送到另一个节点。

网络通信传输

关键问题解决


V2X技术面临三大关键问题需要解决。

1、车辆间相对高速度导致明显的多普勒效应和频率偏移。C-V2X在设计上增加了4个DMRS(Demodulation reference signal)信号。这些符号与500kph以下的速度和ITS(智能交通系统)频段相关联,提高了高速信道追踪的能力。

2、道路车辆多,通信节点密度高,随机分配可能导致节点碰撞和冲突。C-V2X一方面强化了传输结构,引入了采用半持续调度方式的分散型调度技术,在相同的子帧上传输控制信号和数据,减少了频内辐射,优化了信道的使用。另一方面导入了新调度分配功能,这样可在密度更高的环境下进行恰当的数据资源处理。

3、时钟同步,在网络不覆盖的情况下,缺少同步源。C-V2X同时支持基站和全球导航卫星系统(GNSS)的时间同步。

小结

V2X技术是未来智能汽车、智能交通、自动驾驶的重要组成部分。目前看来C-V2X在技术上比DSRC更加安全、高效、全面。随着3GPP第一版C-V2X标准化规范的制定完成,相信C-V2X技术和相关生态链的发展会更加快速,我们将持续关注。


参考文献

【1】加藤树子 《3GPP完成车联网第一版标准化规范

【2】通信行业:V2X与智能驾驶深度解析

【3】QUALCOMM 《Leading the world to 5G:Cellular Vehicle-to-Everything (C-V2X) technologies》


作者:Tangzheng
链接:https://www.jianshu.com/p/ecc198efdd38
来源:简书


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