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

“世界上最遙遠的距離，是同一個(gè)桿子上紅綠燈和攝像頭之間的距離。因為它們雖然挨的很近，但一點(diǎn)關(guān)系都沒(méi)有?！眮?lái)自中國工程院院士王堅的這段話(huà)，點(diǎn)出了智慧城市建設中存在的問(wèn)題——汽車(chē)和路網(wǎng)、各種交通設備之間，都尚未完全實(shí)現互聯(lián)互通。

當前許多智能汽車(chē)已經(jīng)具備Level 2級輔助駕駛能力。但要繼續向L3、L4級的自動(dòng)駕駛邁進(jìn)，僅僅靠單車(chē)智能是不夠的，更需要的是車(chē)路協(xié)同技術(shù)發(fā)展和場(chǎng)景普及。車(chē)輛依靠自身的感測與計算能力，可以感知車(chē)輛周?chē)鷶凳椎沫h(huán)境；而透過(guò)車(chē)聯(lián)網(wǎng)的協(xié)助，則可以將感知范圍提高到數百米，從而給予車(chē)輛更多的反應時(shí)間。

C-V2X：車(chē)路協(xié)同的連接技術(shù)基礎

車(chē)路協(xié)同，顧名思義就是車(chē)輛和整個(gè)道路系統要協(xié)同起來(lái)，構建一個(gè)車(chē)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現各個(gè)節點(diǎn)之間的互聯(lián)互通。車(chē)聯(lián)網(wǎng)亦稱(chēng)V2X，可以按照連接場(chǎng)景劃分為四個(gè)不同的部分。

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

2. 車(chē)與基礎設施之間的互聯(lián)（V2I），可以?xún)?yōu)化交通信號燈的定時(shí)和優(yōu)先級；

3. 車(chē)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；

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

而像車(chē)隊管理和隊列行進(jìn)這些復雜場(chǎng)景，則需要V2V和V2N一起來(lái)實(shí)現。

在車(chē)聯(lián)網(wǎng)硬件設備層面，車(chē)端需要有OBU（On Board Unit），而在路側需要有RSU（Road Side Unit），此外還需要通信基站和云端控制系統。不同設備之間的通信需要依靠射頻無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)，而道路狀況復雜多變，連接質(zhì)量關(guān)乎整個(gè)道路系統的安全運作，因此對于通信技術(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(chē)聯(lián)網(wǎng)無(wú)線(xiàn)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(cháng)。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，而DSRC卻注定無(wú)法解鎖遠距離通信的場(chǎng)景，因此C-V2X逐漸成為了車(chē)聯(lián)網(wǎng)的事實(shí)標準。

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標準研究；并逐漸在后續的標準迭代中確立了V2X的分類(lèi)、主要應用場(chǎng)景和技術(shù)規范。在去年6月份，Release17宣布凍結。R17特別針對短距通訊場(chǎng)景進(jìn)行了增強，在設備與設備之間直接通訊（D2D）上擴充新的側鏈（Sidelink）功能，通過(guò)PC5接口直接實(shí)現V2V/V2I的通信。接下來(lái)R17雖然還會(huì )有些細節的能效改善，但車(chē)聯(lián)網(wǎng)標準制定已完成最主要的部分，未來(lái)車(chē)聯(lián)網(wǎng)的加速商業(yè)化將是發(fā)展重點(diǎn)。

車(chē)聯(lián)網(wǎng)下一階段：邁向大規模商用

R16確定之后，車(chē)路協(xié)同在技術(shù)路線(xiàn)上標準和規范都已經(jīng)確立。接下來(lái)在產(chǎn)業(yè)發(fā)展的初期階段，要大力建設車(chē)聯(lián)網(wǎng)基礎設施，同時(shí)也要有相應的法規松綁和調整。我國已經(jīng)將車(chē)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。

實(shí)現車(chē)聯(lián)網(wǎng)的大規模普及，需要在四個(gè)層面上積極推進(jìn)。硬件層面，提高路側設備和車(chē)載設備的滲透率，尤其是路側通信單元的基建投入。用戶(hù)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)同合作要繼續加強。商業(yè)層面，要持續進(jìn)行商業(yè)模式探索，挖掘經(jīng)濟效益，實(shí)現正向價(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)現大規模應用，行業(yè)內滲透率越高，其發(fā)揮的作用和準確性也會(huì )越高。

圖3：2023 CES的隧洞乘運服務(wù)

（圖源：The Boring Company官網(wǎng)）

目前R17已經(jīng)凍結，R18的預研也已經(jīng)開(kāi)始。著(zhù)眼未來(lái)出行場(chǎng)景的要求，車(chē)聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)發(fā)展呈現四個(gè)趨勢。第一，支持頻率緯度的擴展使用，支持毫米波及非授權頻譜應用。第二，節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)繼續演進(jìn)。第四，ADAS與C-V2X實(shí)現跨域融合。

圖4：V2X大規模部署時(shí)間線(xiàn)

（圖源：5GAA）

V2X芯片選型：一切為了連接質(zhì)量

在車(chē)載通信單元（OBU）和路側通信單元（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(chǎng)商提供，而剩下的一半芯片價(jià)值，則是傳統芯片廠(chǎng)商所擅長(cháng)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)行器件對比。而其余的芯片種類(lèi)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(chē)聯(lián)網(wǎng)應用半導體器件。

在V2X應用處理器的選擇上，可以考慮NXP Semiconductors的i.MX 8X應用處理器。該處理器內部集成了多達4個(gè)Arm Cortex-A35內核、用于實(shí)時(shí)處理的Arm Cortex-M4F內核以及集成式Cadence Tensilica HiFi DSP，適用于車(chē)輛遠程信息處理、V2X、寬帶調制解調器和網(wǎng)關(guān)的解決方案。結合NXP的RoadLink SAF5400 DSRC，可以構建距離的V2I和V2P應用。我們推薦的具體產(chǎn)品型號在貿澤電子的料號為MIMX8DX2AVOFZAC。

圖5：i.MX8XL V2X方案

（圖源：NXP）

V2X系統需要實(shí)現高性能可靠的無(wú)線(xiàn)傳輸，則對射頻天線(xiàn)、連接器等提出了更高的要求。而Molex是目前唯一一家能夠結合無(wú)線(xiàn)和有線(xiàn)車(chē)輛通信解決方案專(zhuān)業(yè)知識的一級供應商，為汽車(chē)行業(yè)提供從云到傳感器再到后端的完整端到端系統。

在V2X車(chē)載單元（OBU）的天線(xiàn)選擇上，我們推薦Molex的多集線(xiàn)器5合1天線(xiàn)。該天線(xiàn)內置2個(gè)蜂窩（LTE、5G）MIMO集線(xiàn)器、2個(gè)Wi-Fi（三頻段）集線(xiàn)器和GPS功能，因此可以覆蓋LTE-V2X、SDRC協(xié)議或5G-V2X的應用頻段。

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，在這種應用場(chǎng)景中，多天線(xiàn)的方案是更符合應用需求的。Molex的多集線(xiàn)器5合1天線(xiàn)結合多個(gè)WiFi、5G天線(xiàn)和導航GNSS，能夠給自動(dòng)駕駛汽車(chē)獲取大量、多類(lèi)型的數據提供足夠的帶寬支持。

此外，該天線(xiàn)采用薄型設計，易于安裝，同時(shí)達到了IP67防護等級，非常適合用于商用車(chē)輛的無(wú)線(xiàn)應用。該天線(xiàn)屬于Molex的新產(chǎn)品，目前在貿澤電子有售，具體料號為216589-1000。

圖6：Molex 5合1天線(xiàn)

（圖源：Molex）

在路側通信單元（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。這是一款板對板和板對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300W以上，可為射頻放大器提供出色的性能。

據悉，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，也可以確保信號完整性。Molex的專(zhuān)利技術(shù)提高了額外的未對準裕量，可實(shí)現簡(jiǎn)單可靠的連接，即使在盲插應用中也是如此。漏斗形設計可防止因未對準而導致的額外應力，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 )應用，包括基站、無(wú)線(xiàn)電頭、中繼器和系統模塊等。我們推薦的具體產(chǎn)品型號在貿澤電子的料號是73420-0393。

圖7：Molex SMP-MAX連接器

（圖源：Molex）

V2X系統在車(chē)內和其他系統的連接，離不開(kāi)高速穩定的車(chē)載以太網(wǎng)，以太網(wǎng)PHY在其中起到了數據發(fā)送和接收的作用。在這類(lèi)芯片的選擇上，可以考慮NXP的TJA110x汽車(chē)以太網(wǎng)PHY，該芯片是符合100BASE-T1標準的雙端口PHY，僅通過(guò)兩根非屏蔽雙絞線(xiàn)即可提供100Mbit/s的發(fā)送/接收能力，并支持長(cháng)達15m的電纜。TJA110x PHY還針對汽車(chē)應用進(jìn)行了多項優(yōu)化，支持低功耗模式，并且滿(mǎn)足汽車(chē)AEC-Q100標準。我們推薦的具體產(chǎn)品型號在貿澤電子的料號為T(mén)JA1101AHN/0Z。

圖8：車(chē)內互連網(wǎng)絡(luò )

（圖源：NXP）

要實(shí)現可靠的系統，還必須實(shí)現可靠的有線(xiàn)連接。而在汽車(chē)連接器方面，Molex Mini50連接系統具有明顯的空間優(yōu)勢。據悉，Molex Mini50與傳統的USCAR 0.64mm連接器相比，可節省50％的空間。該系列采用密封或未密封的Mini50單排和雙排插座，其小型端子可適應運輸車(chē)輛內部環(huán)境中的更多小電流電路，例如車(chē)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(xiàn)夾。該系列產(chǎn)品能夠在保持強度的同時(shí)減小線(xiàn)規尺寸，推薦的具體產(chǎn)品型號在貿澤電子的料號為560023-0450。

圖9：Molex CTX50端子線(xiàn)夾

（圖源：Molex）

結語(yǔ)

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

作為車(chē)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)需求引導下，與自動(dòng)駕駛、邊緣計算和數字孿生等技術(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：貿澤電子