邁向更高階自動(dòng)駕駛，車路協(xié)同技術(shù)是關(guān)鍵

“世界上最遙遠(yuǎn)的距離，是同一個(gè)桿子上紅綠燈和攝像頭之間的距離。因?yàn)樗鼈冸m然挨的很近，但一點(diǎn)關(guān)系都沒(méi)有?！眮?lái)自中國(guó)工程院院士王堅(jiān)的這段話，點(diǎn)出了智慧城市建設(shè)中存在的問(wèn)題——汽車和路網(wǎng)、各種交通設(shè)備之間，都尚未完全實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。

當(dāng)前許多智能汽車已經(jīng)具備Level 2級(jí)輔助駕駛能力。但要繼續(xù)向L3、L4級(jí)的自動(dòng)駕駛邁進(jìn)，僅僅靠單車智能是不夠的，更需要的是車路協(xié)同技術(shù)發(fā)展和場(chǎng)景普及。車輛依靠自身的感測(cè)與計(jì)算能力，可以感知車輛周圍數(shù)十米的環(huán)境；而透過(guò)車聯(lián)網(wǎng)的協(xié)助，則可以將感知范圍提高到數(shù)百米，從而給予車輛更多的反應(yīng)時(shí)間。

C-V2X：車路協(xié)同的連接技術(shù)基礎(chǔ)

車路協(xié)同，顧名思義就是車輛和整個(gè)道路系統(tǒng)要協(xié)同起來(lái)，構(gòu)建一個(gè)車聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的互聯(lián)互通。車聯(lián)網(wǎng)亦稱V2X，可以按照連接場(chǎng)景劃分為四個(gè)不同的部分。

1. 車輛之間的互聯(lián)（V2V），可以減少車輛之間的相互碰撞事故；

2. 車與基礎(chǔ)設(shè)施之間的互聯(lián)（V2I），可以優(yōu)化交通信號(hào)燈的定時(shí)和優(yōu)先級(jí)；

3. 車與人之間的互聯(lián)（V2P），可以給行人/騎行者提前發(fā)出安全警報(bào)；

4. 車與云端的互聯(lián)（V2N）則可以讓車輛實(shí)時(shí)獲得交通、天氣等即時(shí)信息，并為其提供定制導(dǎo)航和云服務(wù)。

而像車隊(duì)管理和隊(duì)列行進(jìn)這些復(fù)雜場(chǎng)景，則需要V2V和V2N一起來(lái)實(shí)現(xiàn)。

在車聯(lián)網(wǎng)硬件設(shè)備層面，車端需要有OBU（On Board Unit），而在路側(cè)需要有RSU（Road Side Unit），此外還需要通信基站和云端控制系統(tǒng)。不同設(shè)備之間的通信需要依靠射頻無(wú)線連接技術(shù)，而道路狀況復(fù)雜多變，連接質(zhì)量關(guān)乎整個(gè)道路系統(tǒng)的安全運(yùn)作，因此對(duì)于通信技術(shù)的時(shí)延和可靠性的要求極高。

圖1：C-V2X

（圖源：Qorvo官網(wǎng)）

車聯(lián)網(wǎng)無(wú)線通信技術(shù)有DSRC（IEEE 802.11p）和C-V2X兩種。DSRC在短距通信的延遲更低，而C-V2X的帶寬更高、傳輸距離更長(zhǎng)。近年來(lái)在3GPP的推動(dòng)下，C-V2X在近距離場(chǎng)景中的性能不斷增強(qiáng)，而DSRC卻注定無(wú)法解鎖遠(yuǎn)距離通信的場(chǎng)景，因此C-V2X逐漸成為了車聯(lián)網(wǎng)的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

圖2：C-V2X發(fā)展歷程

（圖源：3GPP）

早在2015年，3GPP就開(kāi)始在Release 14上加入V2X標(biāo)準(zhǔn)研究；并逐漸在后續(xù)的標(biāo)準(zhǔn)迭代中確立了V2X的分類、主要應(yīng)用場(chǎng)景和技術(shù)規(guī)范。在去年6月份，Release17宣布凍結(jié)。R17特別針對(duì)短距通訊場(chǎng)景進(jìn)行了增強(qiáng)，在設(shè)備與設(shè)備之間直接通訊（D2D）上擴(kuò)充新的側(cè)鏈（Sidelink）功能，通過(guò)PC5接口直接實(shí)現(xiàn)V2V/V2I的通信。接下來(lái)R17雖然還會(huì)有些細(xì)節(jié)的能效改善，但車聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)制定已完成最主要的部分，未來(lái)車聯(lián)網(wǎng)的加速商業(yè)化將是發(fā)展重點(diǎn)。

車聯(lián)網(wǎng)下一階段：邁向大規(guī)模商用

R16確定之后，車路協(xié)同在技術(shù)路線上標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范都已經(jīng)確立。接下來(lái)在產(chǎn)業(yè)發(fā)展的初期階段，要大力建設(shè)車聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，同時(shí)也要有相應(yīng)的法規(guī)松綁和調(diào)整。我國(guó)已經(jīng)將車聯(lián)網(wǎng)列入了十四五發(fā)展重點(diǎn)，目前在各省市也紛紛劃定出了試點(diǎn)區(qū)。

實(shí)現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模普及，需要在四個(gè)層面上積極推進(jìn)。硬件層面，提高路側(cè)設(shè)備和車載設(shè)備的滲透率，尤其是路側(cè)通信單元的基建投入。用戶層面，要提高公眾的感知度。生態(tài)層面，跨部門(mén)跨行業(yè)的協(xié)同合作要繼續(xù)加強(qiáng)。商業(yè)層面，要持續(xù)進(jìn)行商業(yè)模式探索，挖掘經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)正向價(jià)值的循環(huán)。一個(gè)重要的邏輯是，要使V2X真正發(fā)揮作用，就需要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，行業(yè)內(nèi)滲透率越高，其發(fā)揮的作用和準(zhǔn)確性也會(huì)越高。

圖3：2023 CES的隧洞乘運(yùn)服務(wù)

（圖源：The Boring Company官網(wǎng)）

目前R17已經(jīng)凍結(jié)，R18的預(yù)研也已經(jīng)開(kāi)始。著眼未來(lái)出行場(chǎng)景的要求，車聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)四個(gè)趨勢(shì)。第一，支持頻率緯度的擴(kuò)展使用，支持毫米波及非授權(quán)頻譜應(yīng)用。第二，節(jié)電方式的直通通信的發(fā)展。第三，直通通信的定位和同步技術(shù)繼續(xù)演進(jìn)。第四，ADAS與C-V2X實(shí)現(xiàn)跨域融合。

圖4：V2X大規(guī)模部署時(shí)間線

（圖源：5GAA）

V2X芯片選型：一切為了連接質(zhì)量

在車載通信單元（OBU）和路側(cè)通信單元（RSU）的BOM成本中，C-V2X芯片組的價(jià)值占到了一半，這部分主要由通信芯片廠商提供，而剩下的一半芯片價(jià)值，則是傳統(tǒng)芯片廠商所擅長(zhǎng)的領(lǐng)域。C-V2X芯片組雖然價(jià)值高，但芯片選擇較少，更容易進(jìn)行器件對(duì)比。而其余的芯片種類多、選擇多，在選型上的難度則更高。

在此，我們?yōu)榇蠹彝扑]幾款有特色的車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用半導(dǎo)體器件。

在V2X應(yīng)用處理器的選擇上，可以考慮NXP Semiconductors的i.MX 8X應(yīng)用處理器。該處理器內(nèi)部集成了多達(dá)4個(gè)Arm Cortex-A35內(nèi)核、用于實(shí)時(shí)處理的Arm Cortex-M4F內(nèi)核以及集成式Cadence Tensilica HiFi DSP，適用于車輛遠(yuǎn)程信息處理、V2X、寬帶調(diào)制解調(diào)器和網(wǎng)關(guān)的解決方案。結(jié)合NXP的RoadLink SAF5400 DSRC，可以構(gòu)建距離的V2I和V2P應(yīng)用。我們推薦的具體產(chǎn)品型號(hào)在貿(mào)澤電子的料號(hào)為MIMX8DX2AVOFZAC。

圖5：i.MX8XL V2X方案

（圖源：NXP）

V2X系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)高性能可靠的無(wú)線傳輸，則對(duì)射頻天線、連接器等提出了更高的要求。而Molex是目前唯一一家能夠結(jié)合無(wú)線和有線車輛通信解決方案專業(yè)知識(shí)的一級(jí)供應(yīng)商，為汽車行業(yè)提供從云到傳感器再到后端的完整端到端系統(tǒng)。

在V2X車載單元（OBU）的天線選擇上，我們推薦Molex的多集線器5合1天線。該天線內(nèi)置2個(gè)蜂窩（LTE、5G）MIMO集線器、2個(gè)Wi-Fi（三頻段）集線器和GPS功能，因此可以覆蓋LTE-V2X、SDRC協(xié)議或5G-V2X的應(yīng)用頻段。

自動(dòng)駕駛和V2X的跨域融合將會(huì)是未來(lái)的技術(shù)趨勢(shì)，在這種應(yīng)用場(chǎng)景中，多天線的方案是更符合應(yīng)用需求的。Molex的多集線器5合1天線結(jié)合多個(gè)WiFi、5G天線和導(dǎo)航GNSS，能夠給自動(dòng)駕駛汽車獲取大量、多類型的數(shù)據(jù)提供足夠的帶寬支持。

此外，該天線采用薄型設(shè)計(jì)，易于安裝，同時(shí)達(dá)到了IP67防護(hù)等級(jí)，非常適合用于商用車輛的無(wú)線應(yīng)用。該天線屬于Molex的新產(chǎn)品，目前在貿(mào)澤電子有售，具體料號(hào)為216589-1000。

圖6：Molex 5合1天線

（圖源：Molex）

在路側(cè)通信單元（RSU）的射頻連接器選擇上，我們推薦同樣來(lái)自Molex的SMP-MAX和SMP-MAX EVO 50Ω射頻連接器。這是一款板對(duì)板和板對(duì)濾波器的射頻連接器，具有直流至10GHz的寬工作頻率范圍。在2.7GHz時(shí)的額定功率高達(dá)300W以上，可為射頻放大器提供出色的性能。

據(jù)悉，SMP-MAX（EVO）的阻抗匹配絕緣體經(jīng)過(guò)了優(yōu)化，即使在插入存在間隙（2.4mm）的情況下，也可以確保信號(hào)完整性。Molex的專利技術(shù)提高了額外的未對(duì)準(zhǔn)裕量，可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單可靠的連接，即使在盲插應(yīng)用中也是如此。漏斗形設(shè)計(jì)可防止因未對(duì)準(zhǔn)而導(dǎo)致的額外應(yīng)力，并提高可靠性。

該射頻連接器適合用于各種電信和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，包括基站、無(wú)線電頭、中繼器和系統(tǒng)模塊等。我們推薦的具體產(chǎn)品型號(hào)在貿(mào)澤電子的料號(hào)是73420-0393。

圖7：Molex SMP-MAX連接器

（圖源：Molex）

V2X系統(tǒng)在車內(nèi)和其他系統(tǒng)的連接，離不開(kāi)高速穩(wěn)定的車載以太網(wǎng)，以太網(wǎng)PHY在其中起到了數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的作用。在這類芯片的選擇上，可以考慮NXP的TJA110x汽車以太網(wǎng)PHY，該芯片是符合100BASE-T1標(biāo)準(zhǔn)的雙端口PHY，僅通過(guò)兩根非屏蔽雙絞線即可提供100Mbit/s的發(fā)送/接收能力，并支持長(zhǎng)達(dá)15m的電纜。TJA110x PHY還針對(duì)汽車應(yīng)用進(jìn)行了多項(xiàng)優(yōu)化，支持低功耗模式，并且滿足汽車AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)。我們推薦的具體產(chǎn)品型號(hào)在貿(mào)澤電子的料號(hào)為T(mén)JA1101AHN/0Z。

圖8：車內(nèi)互連網(wǎng)絡(luò)

（圖源：NXP）

要實(shí)現(xiàn)可靠的系統(tǒng)，還必須實(shí)現(xiàn)可靠的有線連接。而在汽車連接器方面，Molex Mini50連接系統(tǒng)具有明顯的空間優(yōu)勢(shì)。據(jù)悉，Molex Mini50與傳統(tǒng)的USCAR 0.64mm連接器相比，可節(jié)省50％的空間。該系列采用密封或未密封的Mini50單排和雙排插座，其小型端子可適應(yīng)運(yùn)輸車輛內(nèi)部環(huán)境中的更多小電流電路，例如車載攝像頭、傳感器、儀表等等連接場(chǎng)景。

我們推薦的產(chǎn)品是Molex的Mini50家族的CTX50系列端子線夾。該系列產(chǎn)品能夠在保持強(qiáng)度的同時(shí)減小線規(guī)尺寸，推薦的具體產(chǎn)品型號(hào)在貿(mào)澤電子的料號(hào)為560023-0450。

圖9：Molex CTX50端子線夾

（圖源：Molex）

結(jié)語(yǔ)

隨著Release17的凍結(jié)，Release 18的預(yù)研也已經(jīng)展開(kāi)。著眼未來(lái)，C-V2X技術(shù)將會(huì)向著節(jié)電直通通信、頻率緯度擴(kuò)展、定位和同步精度提升等方向繼續(xù)發(fā)展。

作為車聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵通信技術(shù)，C-V2X將會(huì)在智慧出行的產(chǎn)業(yè)需求引導(dǎo)下，與自動(dòng)駕駛、邊緣計(jì)算和數(shù)字孿生等技術(shù)進(jìn)行深度融合，進(jìn)入一個(gè)可迭代、可拓展、可閉環(huán)的高速發(fā)展路徑。

來(lái)源：貿(mào)澤電子