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(fā)展方向而努力。
老司機都知道,開車時,要盡可能往遠(yuǎn)了看,以便前方道路出現(xiàn)情況時,留出更多的時間做出反應(yīng)。
即使武裝了攝像頭、超聲波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)等眾多裝備組成的環(huán)境感知系統(tǒng),自動駕駛車輛比人眼看到的視域也遠(yuǎn)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(dá)怕壞天氣和煙塵,毫米波雷達(dá)怕雨、霧等高濕環(huán)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(tǒng)中也有運用,在駕駛員走神的時候可以發(fā)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(shè)施來支持了。自動駕駛汽車作為智慧交通系統(tǒng)工程的一個組成部分,只有在汽車與其他交通參與者都發(fā)生聯(lián)系,實現(xiàn)實時互動之后,才有可能實現(xiàn)真正的自動駕駛,而把這一切連接在一起的就是車聯(lián)網(wǎng),也就是V2X, Vehicle To Everything。
V2X的路線之爭
V2X通過整合全球定位系統(tǒng)(GPS)導(dǎo)航技術(shù)、車對車交流技術(shù)、無線通信及遠(yuǎn)程感應(yīng)技術(shù)奠定了新的汽車技術(shù)發(fā)展方向,可以實現(xiàn)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(fā)可以追溯到上世紀(jì)90年代,目前業(yè)內(nèi)有兩套方案:DSRC(dedicated short range communication,專用短程通信技術(shù))和C-V2X(Cellular-Vehicle To Everything蜂窩車聯(lián)網(wǎng))。這兩種技術(shù)都設(shè)計于5.9 GHzITS頻段上運行,并且都能夠獨立于蜂窩無線網(wǎng)絡(luò)進行工作。
DSRC以IEEE802.11p為基礎(chǔ),從Wi-Fi無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)而成,美國在1999年率先分配了5.9GHz 頻段內(nèi)的 75MHz 頻譜,引導(dǎo)企業(yè)和行業(yè)在這個頻段上開發(fā)車和車的直接通信技術(shù),避免交通事故。2008年IEEE和SAE聯(lián)合制定了DSRC標(biāo)準(zhǔn)。
DSRC起步早,目前已被美國交通部確認(rèn)為V2V標(biāo)準(zhǔn),歐盟的協(xié)同式智能交通系統(tǒng)和日本的V2X也基于DSRC。但DSRC的性能不是很穩(wěn)定,所以一直處于測試階段。
2014年,美國多次組織大規(guī)模DSRC的現(xiàn)場測試,花了三年去驗證這個技術(shù)放到車上是不是能夠改善交通、避免交通事故的發(fā)生。結(jié)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(fā)現(xiàn),基于Wi-Fi改進的DSRC技術(shù)太陳舊了,雖然業(yè)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(dá)到200公里/時,DSRC信號的衰減就會非???,因此它并不適用于高速場景。
V2V為DSRC主要的應(yīng)用方式,經(jīng)過十多年的發(fā)展歷史,目前形成以NXP、ST、瑞薩、車企等為主的傳統(tǒng)汽車電子產(chǎn)業(yè)鏈。
目前DSRC關(guān)鍵指標(biāo)為:支持車速 200 km/h,反應(yīng)時間 100ms,數(shù)據(jù)傳輸速率平均 12Mbps(最大27Mbps),傳輸范圍1km。
C-V2X基于蜂窩技術(shù),是專為高速移動應(yīng)用設(shè)計的一種通信技術(shù),對汽車應(yīng)用進行了專門的優(yōu)化。C-V2X在高數(shù)據(jù)量信息共享方面提供了充分的技術(shù)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(jīng)內(nèi)置的蜂窩調(diào)制解調(diào)器來實現(xiàn),同時包含了802.11p 的實際應(yīng)用經(jīng)驗和無線通信的基礎(chǔ)進展內(nèi)容。2017年6月3GPP完成了第一版的標(biāo)準(zhǔn)。
C-V2X目前關(guān)鍵指標(biāo):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(chǔ)設(shè)施)、V2P(vehicle-to-pedestrian,車-行人)的直接通信,也包括V2N(vehicle-to-network,車-互聯(lián)網(wǎng)),能夠很好地適應(yīng)不同的應(yīng)用場景。
V2N是我們所熟悉的或正在使用的,就是通過移動網(wǎng)絡(luò),連接到云服務(wù)器,使用云服務(wù)器提供的導(dǎo)航、娛樂、防盜等應(yīng)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(shè)備間的直接通信,就像我們平時用的手臺,不依賴蜂窩網(wǎng)絡(luò)的協(xié)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(nèi)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(tǒng))的功能,幫助在附近行駛的車輛更主動地規(guī)劃駕駛行為及路徑,避免事故的發(fā)生。
V2I,指的是車和基礎(chǔ)設(shè)施之間的信息溝通。I代表Infrastructure,指路邊的基礎(chǔ)設(shè)施,包括信號燈、限速標(biāo)志等。有了V2I,在車輛經(jīng)過限速變化路段時,這些限速標(biāo)志的信息會被“廣播”出來,你的車如果能接收到相關(guān)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(jīng)過車輛,從而避免事故的發(fā)生。
C-V2X相對于DSRC的優(yōu)勢
在前不久進行的Qualcomm C-V2X技術(shù)媒體沙龍上,高通技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高級總監(jiān)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(dá)500公里/時的速度下仍然可以實現(xiàn)可靠的通信、可靠的信息傳遞、進行可靠的預(yù)警,而DSRC在速度達(dá)到200公里/時的情況下,信號的衰減就會非???。
C-V2X通信有效距離范圍可以達(dá)到DSRC的兩倍以上。因此,C-V2X還獲得鐵路系統(tǒng)的青睞,希望能夠在5.9GHz這個頻段上用這個技術(shù)支持鐵路的直連應(yīng)用。
C-V2X安全性能更高、更一致。因為它延續(xù)了蜂窩移動網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)證體系架構(gòu),當(dāng)最小性能認(rèn)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(chǎn)品上路就可以實現(xiàn)互聯(lián)互通,這樣就可以把整個生態(tài)系統(tǒng)建立起來。
C-V2X可以很好地適應(yīng)即將到來的 5G 新空口特性,為自動駕駛和先進應(yīng)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(yù)測性更強,實現(xiàn)更可靠的自動駕駛。
C-V2X還有一個很重要的優(yōu)勢就是成本效益。DSRC組網(wǎng)需要新建大量路側(cè)單元(RSU,Road Side Unit),基站設(shè)備新建成本較大,硬件產(chǎn)品成本也比較高。而C-V2X可以集成在現(xiàn)有的蜂窩基站里面。今天中國的基站數(shù)量很大,5G來了之后,基站的數(shù)量還會增大,因此我們可以對基站進行改造,把C-V2X 基礎(chǔ)設(shè)施加進去,從而實現(xiàn)部署成本最優(yōu)。
在終端側(cè),C-V2X可以將LTE、V2X的相關(guān)芯片集成在一起,裝在T-box里面,形成統(tǒng)一的連接性解決方案。大量沒有前裝C-V2X設(shè)備的車輛,可以通過加裝T-box,連到C-V2X車聯(lián)網(wǎng)中,從這個角度來講,成本也是最優(yōu)的。
C-V2X在國際上的發(fā)展
C-V2X產(chǎn)業(yè)鏈主要包括通信芯片、通信模組、終端與設(shè)備、整車制造、解決方案、測試驗證以及運營與服務(wù)等環(huán)節(jié),這其中包括了芯片廠商、設(shè)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(xiàn)完整的C-V2X應(yīng)用,還需要若干產(chǎn)業(yè)支撐環(huán)節(jié),主要包括科研院所、標(biāo)準(zhǔn)組織、投資機構(gòu)以及關(guān)聯(lián)的技術(shù)與產(chǎn)業(yè)。
支持LTE-V2X的3GPP R14版本標(biāo)準(zhǔn)已于2017年正式發(fā)布;支持LTE-V2X增強(LTE-eV2X)的3GPP R15版本標(biāo)準(zhǔn)于2018年6月正式完成;支持5G-V2X的3GPP R16+版本標(biāo)準(zhǔn)宣布于2018年6月啟動研究,將與以前的標(biāo)準(zhǔn)形成互補關(guān)系。
C-V2X由于技術(shù)更新,更適合高速移動的優(yōu)勢,已經(jīng)獲得了廣泛汽車生態(tài)系統(tǒng)的支持,包括快速增長的全球行業(yè)組織——5G汽車聯(lián)盟(5GAA)。
它的創(chuàng)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(yè)。2017年年初的時候共有七十多個成員,現(xiàn)在已經(jīng)有近百家成員企業(yè)。全球領(lǐng)先的汽車企業(yè)、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(biāo)準(zhǔn)最終的版本完成之后,國際芯片企業(yè)包括高通、英特爾、三星發(fā)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(yōu)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(jīng)推出并展出滿足3GPP R14標(biāo)準(zhǔn)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(shù)據(jù)收發(fā)測試,并計劃將要推出認(rèn)證級的LTE-V2X終端協(xié)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(xué)共同測試,驗證C-V2X技術(shù)的可用性,2019年6月之前將公布所有的測試結(jié)果。
2017年2月,標(biāo)致雪鐵龍集團、Orange和愛立信聯(lián)合高通,在Towards 5G項目中,測試了道路上兩輛聯(lián)網(wǎng)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(lián)車輛試驗區(qū)開展路測,測試采用了華為的C-V2X模塊原型機及基礎(chǔ)設(shè)施,內(nèi)容包括緊急制動警示燈及固定作業(yè)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(lián)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(rèn)證環(huán)節(jié)。
2018年7月,高通、寶馬、福特、標(biāo)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(yù)警、跨路口轉(zhuǎn)彎碰撞風(fēng)險預(yù)警、慢速車輛預(yù)警及靜止車輛預(yù)警、交通信號相位及配時/闖紅燈預(yù)警和行人預(yù)警等6項內(nèi)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(shù)。
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?;诟咄ê痛筇齐娦诺幕ヂ?lián)互通測試,國內(nèi)的企業(yè)正在組織多車企之間的互聯(lián)互通測試。
C-V2X在我國的發(fā)展
我國于2015 年啟動了基于 C-V2X 技術(shù)的車聯(lián)網(wǎng)頻譜研究, 2016 年 11 月工信部正式劃分5905-5925MHz 用于 C-V2X 技術(shù)試驗,并通過北京-保定、重慶、浙江、吉林、湖北、上海、無錫等車聯(lián)網(wǎng)示范區(qū)開展測試和實驗驗證。
2016 年11 月,大唐基于自主研發(fā)的芯片級解決方案發(fā)布了 C-V2X 車載終端和路側(cè)通信測試設(shè)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(lián)網(wǎng)的戰(zhàn)略,并發(fā)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(guān)標(biāo)準(zhǔn)于基本完成,包括LTE-V2X體系架構(gòu)、頻譜、空中接口、網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用層、安全等。
2018年1月5日,國家發(fā)改委公布《智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略》征求意見稿,到2020年智能汽車新車占比達(dá)到50%,大城市、高速公路的LTE-V2X覆蓋率達(dá)到90%,北斗高精度時空服務(wù)實現(xiàn)全覆蓋,到2025年, 5G-V2X基本滿足智能汽車發(fā)展需要等相關(guān)要求。
2018年6月底,工信部下屬中國信通院在官網(wǎng)上發(fā)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(fā)布PC5 Mode 4模式的LTE-V2X測試芯片模組;華為也已發(fā)布了支持包括LTE-V2X在內(nèi)的多模4.5G LTE調(diào)制解調(diào)芯片Balong 765。
在通信模組方面,大唐、華為等芯片企業(yè)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(fā)布基于高通芯片的LTE-V2X測試模組;上海移遠(yuǎn)通信也計劃推出基于高通9150芯片的通信模組。
在終端與設(shè)備方面,大唐、華為、東軟、星云互聯(lián)、千方科技、車網(wǎng)互聯(lián)、萬集科技等企業(yè)均可提供支持LTE-V2X的OBU和RSU通信終端產(chǎn)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(chǎn)品,支持V2I類應(yīng)用。
國內(nèi)各整車廠均積極進行典型LTE-V2X應(yīng)用的開發(fā)。
中國一汽、上汽、江淮汽車、眾泰汽車、長城汽車等實現(xiàn)了LTE-V2V、V2I、V2P應(yīng)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(shè)融合了LTE-V2X應(yīng)用和ADAS技術(shù)的小鎮(zhèn)無人駕駛解決方案。
國內(nèi)三大電信運營商均大力推進C-V2X業(yè)務(wù)驗證示范。
中國移動實現(xiàn)了基于LTE-V2X的車車網(wǎng)聯(lián)和車路協(xié)同應(yīng)用,包括緊急剎車、超車告警、路口防碰撞、紅綠燈車速引導(dǎo)、路口信息推送到車等。
中國聯(lián)通展示了多場景融合的C-V2X應(yīng)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(yù)警,面向交通效率的綠波帶通行、自適應(yīng)車隊等業(yè)務(wù)。
中國電信則重點開發(fā)了公交優(yōu)先應(yīng)用及停車導(dǎo)引應(yīng)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(huán)境,已支持開展C-V2X終端設(shè)備的功能、性能和協(xié)議一致性測試。上海無線通信研究中心研發(fā)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(huán)境和開放道路場景測試環(huán)境設(shè)計、C-V2X應(yīng)用功能測試規(guī)范設(shè)計,后續(xù)還將推出C-V2X開放道路測試規(guī)范、C-V2X平行仿真測試系統(tǒng),并研究C-V2X大規(guī)模試驗的技術(shù)方法和數(shù)據(jù)規(guī)范。
C-V2X的商業(yè)化前景
迄今為止,全球都沒有商用的DSRC系統(tǒng),除了日本有局部的部署。DSRC這個技術(shù)已經(jīng)開發(fā)了很多年,但時間長并不等于成熟。
雖然C-V2X標(biāo)準(zhǔn)2017年6月份才全部完成,但是過去一年里,產(chǎn)業(yè)已經(jīng)發(fā)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(nèi)做了大量的測試和驗證。
據(jù)高通公司預(yù)計,2019年底、2020年初,會看到支持C-V2X的量產(chǎn)車上市。如果考慮汽車行業(yè)的開發(fā)周期,現(xiàn)在開始開發(fā),兩到三年生產(chǎn),基本上DSRC和C-V2X上市的時間從商業(yè)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(biāo)準(zhǔn)的V2X技術(shù),并支持持續(xù)演進以實現(xiàn)對5G前向兼容;從技術(shù)提出,就得到了汽車行業(yè)和交通行業(yè),包括快速增長的5G汽車聯(lián)盟在內(nèi)的全球汽車生態(tài)系統(tǒng)的廣泛支持。
我國擁有全球最大的LTE網(wǎng)絡(luò),我國企業(yè)在 3GPP 中主導(dǎo)了部分C-V2X標(biāo)準(zhǔn)的制定及后續(xù)演進技術(shù)的研究,基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的C-V2X與目前的4G和未來的5G網(wǎng)絡(luò)都可以復(fù)用,部署成本低。這些因素讓C-V2X將成為中國車聯(lián)網(wǎng)的首選解決方案。
不過,C-V2X的布署是個非常大的系統(tǒng)工程,涉及行業(yè)、企業(yè)眾多,仍有諸多問題需要解決,包括各方利益的平衡,及技術(shù)、法規(guī)、政策、商業(yè)模式等等。C-V2X的真正發(fā)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(yè)評論,錢亞光
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