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車聯網C-V2X之10件事

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科技產業資訊室 - May 發表於 2018年5月14日

圖、車聯網C-V2X之10件事
基於蜂巢式網路技術的C-V2X是一項極為先進的無線連接技術,以符合潮流的安全駕駛以及自動化駕駛解決方案,具備未來升級5G的延展性。C-V2X可透過採用直接通訊模式,支援與其他汽車、行人終端及道路旁基礎設施(如交通號誌和施工區域)進行直接通訊,無需使用蜂巢式網路或成為行動數據電信用戶。
 
在先進的車聯網(vehicle-to-everything)技術方面,高通公司在C-V2X(Cellular Vehicle-to-Everything或Cellular-V2X)和基於802.11p的DSRC業務方面都非常重要(我們將兩款晶片商品化)。高通公司剛推出商用802.11p / DSRC解決方案,並宣布今年(2018)底推出首款C-V2X直接通信晶片組。
 
高通是最早支援802.11p的公司之一,並且在過去十年中參與了全球示範和試點項目。在C-V2X方面,高通目前與奧迪(Audi)、PSA、福特(Ford)、日產(Nissan)和其他生態系統參與者之間展開合作,於歐洲、北美、中國、日本和韓國進行測試計畫。
 

V2X的兩項無線電技術
存在兩套關於V2X直接通信的關鍵規範,這兩種技術都設計於5.9 GHz ITS頻譜上運行,並且都能夠獨立於蜂巢式網路,覆蓋範圍或網路營運商的參與而工作,以下是各自的簡要說明:
  • 基於802.11p-based技術:IEEE 802.11於1999年接受標準化的802.11a Wi-Fi技術,以分別支援美國和歐洲的802.11p無線電,通常分別稱為DSRC和ITS-G5。802.11p規範於2012年完成,使用802.11a的半時鐘版本,利用現在已有二十年歷史的無線電技術,該無線電技術用於替代無線乙太網路(Ethernet)電纜,而不是高速行動應用程式。802.11p由於容易受到擁塞和低性能的缺點而導致在有限範圍和未確定的性能領域紀載,限制可以服務的實用性和整體應用程式組,當然會對其支援安全能力產生懷疑。當802.11p具有創新性,但汽車現在有很多主動式感測器,包括攝影機、雷達和雷射雷達(LiDar),所有這些都強制V2X無線傳感器提供額外的價值,包括更遠距離和可靠性,特別是在其他車輛和建築物妨礙車輛視覺系統的非視距傳輸系統(NLOS)方案中。  
  • C-V2X:最近3GPP標準組織優化了LTE Direct技術,並於2017年3GPP版本14中定義了汽車應用進行了優化,通常稱為Cellular-V2X直接通信,或稱為PC5或Sidelink。C-V2X的優勢在於基於高速移動應用的技術,並針對汽車使用案例進行了進一步改進,基於802.11p在多年研究,觀察到無線通信的基礎性發展以及需要支援安全和自動駕駛的增強一系列新的汽車應用。C-V2X包括直接通信和基於網路的通信,但在本文中,我們完全專注於支援車對車(V2V)、車對基礎設施(V2I)和車對人( V2P),雖然汽車到網路(V2N)的價值和重要性非常重要。因為已從最初的基本遠程訊息處理服務、連接訊息娛樂,到現在旨在支援無人駕駛車遠程操作的汽車應用。
 
近20年來,將802.11p和Cellular-V2X直接通信分開,無線通信發展演變,從2G蜂巢式網路演變到5G的出現,以及行動裝置的根本性變化。即使在Wi-Fi領域,在802.11a之後,還有802.11b、802.11g、802.11n、802.11ac和現在的802.11ax 幾代的改進。802.11p是一項開拓性技術,有助於未來5G的協議和應用。
 

 明瞭C-V2X的10件事 
1.準備時間邁入到商業化:預計2019年稍早C-V2X就已準備好使用高通9150 C-V2X晶片組投入生產的產品,邁入競爭生態系統的解決方案。3GPP Release 14 PC5已經準備就緒,支援汽車製造商、一級供應商、二級模塊製造商、汽車軟體開發商、行動營運商、全球半導體公司、測試設備供應商、電信供應商、交通信號供應商和道路營運商。從5G汽車協會(5GAA)80多個全球成員,其中包括來自主要地區的汽車製造商,透過C-V2X利用多年來標準化和開發的ITS軟體和應用程式,促進汽車投資,儘管採用了無線電交換技術,但仍可以充分利用。生態系統(汽車供應商和軟體供應商)已準備好在車輛和受限制的區域內進行商業化。C-V2X縮短了無線技術中常見的直接無線電換出(straight-forward radio swap-out)的開發時間,改變了PHY / MAC並保留了軟體和應用。將C-V2X結合到車載嵌入式無線調製解調器中可以節省成本,從而可以加快C-V2X直接通信的市場附加費率。
 
2.卓越的射程和無線電性能:通過改進調製和編碼以及更好的接收器和LTE技術帶來的整體技術進步,C-V2X可以提供更高的通信範圍(約2倍的視距),更好的非視距(Non-Line-of-Sight)性能,提高可靠性(更低的封包數據錯誤率),更高的容量與基於IEEE 802.11p的無線電技術相比,在更密集的環境中擁有出色的擁塞控制能力。這只是基於基礎物理。802.11p在CSMA協議中隱藏節點的眾所周知的問題,可能導致過度的數據包衝突,但是C-V2X旨在確保靠近的兩台設備不會在同一個框架中挑選資源,從而提高密集環境中的性能。這透過實證分析、模擬、實驗室結果和現場測試結果得到證實。
 
C-V2X直接通信方面的增強功能可為安全和未來自動駕駛在不同情境下(例如不同道路/交通狀況和車輛速度)帶來卓越性能。經過嚴格的測試,汽車製造商證明了C-V2X PC5與IEEE 802.11p的優越性能。
 
3. 可預測的效能:有別於802.11p不同,C-V2X直接通信旨在基於3GPP無線電規範中規定的標準化最低性能要求,在現實場景中提供可預測和一致的性能。例如3GPP針對不同頻道條件和速度高達500km / h的可靠通信定義誤塊率(BLER)的最低要求(如在存在高多普勒效應(Doppler)、衰落、時間和頻率誤差的情況下)。與基於IEEE 802.11p的技術不同,C-V2X直接通信收發器/晶片組供應商必須遵守這些規範,從而實現可預測和統一的性能。由於802.11p沒有規定最低性能要求,因此其性能可能無法預測,並且不適用於真實汽車部署場景中的安全應用。802.11p容易受到干擾,因為缺乏象徵交叉存取使得傳輸容易受到短脈衝的影響。
 
4. 相容性:C-V2X旨在為5G提供一個演進路徑,並且可以向前/向後兼容。透過設計,C-V2X演進可以利用無線通信的最新進展,同時保持向後兼容性。Rel-14 C-V2X向基於5G NR的C-V2X進行了強大的演進,可以在補充以及新功能的同時增強Rel-14,同時保持向後兼容性。Rel-14可用於車輛之間的基本安全通信,基於5G NR的C-V2X可用於先進的自動駕駛車使用案例。基於5G NR的C-V2X旨在為自動駕駛車使用案例提供高生產率、支援寬頻、超低潛伏期和可靠性,例如傳感器共享、意向共享和3D HD地圖更新。由於C-V2X直接通信不依賴蜂巢式網路,因此R14和未來版本可以在不依賴或依賴無線網路覆蓋的情況下運行。從Rel-14到基於5G NR的C-V2X的C-V2X技術平台具有安全意識、堅固又可靠,並且可以提供豐富的差異化體驗。
 
5. 成本效益:C-V2X可以整合到蜂巢式數據機晶片組產品中,與802.11p / DSRC相比,基於C-V2X的解決方案更經濟高效。
 
6. ITS頻譜和投資可重複利用:C-V2X直接通信設計用於ITS頻譜,其無線電換出可縮短其開發時間,可重複使用多年的V2X軟體投資。可以從汽車標準組織定義已建立的安全和傳輸層以及應用協議中受益,包括:汽車工程師協會(SAE)、國際標準化組織(ISO)、歐洲電信標準協會(ETSI)和電氣與電子工程師協會(IEEE 1609工作組)。
 
7. 低延遲:C-V2X專為低延遲直接通信而設計。安全訊息(如道路危險警告)可以使用全球統一的5.9 GHz ITS頻譜中的低延遲傳輸直接通信來發送。C-V2X的最小傳輸延遲最多為4ms,並且可能會更低,具體取決於執行。
 
8. 高速移動使用:不同於取代乙太網佈線的Wi-Fi技術,蜂巢式系統專為高速移動而設計。由於物理層缺乏增強功能,802.11p需要高級接收器實現以高速運行。另一方面,C-V2X直接通信利用其蜂巢式傳統優勢,專為高速車輛使用案例而設計。透過分析得知,R14 C-V2X直接通信在5.9 GHz頻段內可以達到500 km / h的相對速度。C-V2X直接通信信號設計提升可在高速下實現的穩定性能,而無需採用先進的接收器來執行(即使使用編碼位元的高級接收器實現是非常可能的並且可以提供更高的性能)。此外與802.11p不同的是,存在高多普勒效應、衰落、時間和頻率誤差的情況下,通過定義最低性能要求,其性能是可能的。
 
9. 健全的同步性:即使沒有全球導航衛星系統(GNSS),C-V2X也擁有強大的機制,可支援來自不同來源的經濟高效的同步。實際上,兩種V2X技術都依賴GNSS獲取位置信息,這對於ITS安全應用的運行是必需的。獲取微秒級timing比從GNSS獲取定位信息更可靠,因為定時對於多路徑誤差穩健。此外,在GNSS覆蓋範圍較小的情況下,V2X系統在定時精準度丟失之前可能會失去定位精準度。在沒有GNSS的情況下,3GPP已經為車輛定義了詳細的協議,以使用不同的同步源,包括其他汽車、eNodeB和RSU定時。
 
10. 安全性:針對任何V2X應用程式,以安全為中心的溝通都非常重要。C-V2X受益於上述汽車和無線標準組織定義的既定安全和傳輸層以及應用協議。還有,蜂巢式通信(V2N)也可以受益的。
 

結語
專用短程通訊技術(DSRC)此一基於Wi-Fi技術的通訊方式。但這是一個相對傳統的技術,已經有15年的歷史,而且在技術上也有一些缺陷,像是覆蓋範圍的限制。
 
如果兩輛汽車相向行駛的情況下,DSRC只有在達到C-V2X一半距離和速度的時候,才會開始運行。舉例來說,如果兩輛車以每小時45公里的速度行駛,那麼C-V2X可以在車距為450公尺的時候發出提醒。若使用DSRC技術,只能在約250公尺才能偵測到目標。
 
C-V2X技術有助於在非直線性範圍內進行事故車輛檢測。當前方道路轉彎處有一輛事故車輛,在正常的駕駛過程中,駕駛員的眼睛是看不到事故車輛的,但是當車輛進入到了C-V2X的範圍內,車輛就會收到通知,知道前方車輛擋在哪個車道上,可以廣播車輛的位置。駕駛者因此可以知道前方有危險,從而降低車速來規避危險。
 
C-V2X是3GPP在R14的標準,同時C-V2X也是一個持續演進、不斷完善的標準。不僅如此,在4G時代對C-V2X的投資也可以延續到5G時代,應用在5G的基礎設施中,這也是C-V2X優於DSRC之一。(2498字;圖1)
 
 
參考資料:
Let’s set the record straight on C-V2X. Qualcomm, 2018/4/25.
遠眺自駕車供應鏈商機 DSRC/C-V2X競逐車聯網. 新通訊 2018 年 4 月號 206 期

 
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Autotalks DSRC vs C-V2X

資料來源:Youtube


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