【導讀】近年來(lái)，互聯(lián)汽車(chē)的使用顯著(zhù)增長(cháng)。這些車(chē)輛配備了各種傳感器，用來(lái)收集性能、位置和其他關(guān)鍵參數的數據。這些數據被發(fā)送到中央設備進(jìn)行處理，從而提高車(chē)輛的性能和可靠性。傳統的車(chē)輛跟蹤和診斷系統在速度、數據容量和連接性方面極具挑戰，難以收集實(shí)時(shí)數據。因此，它們的效力受到了限制。此外，使用傳統的蜂窩網(wǎng)絡(luò )可能會(huì )導致通信不可靠。5G通信技術(shù)具有很大優(yōu)勢，它為實(shí)時(shí)車(chē)輛跟蹤和診斷提供更快、更穩定的連接。
引言
近年來(lái)，互聯(lián)汽車(chē)的使用顯著(zhù)增長(cháng)。這些車(chē)輛配備了各種傳感器，用來(lái)收集性能、位置和其他關(guān)鍵參數的數據。這些數據被發(fā)送到中央設備進(jìn)行處理，從而提高車(chē)輛的性能和可靠性。傳統的車(chē)輛跟蹤和診斷系統在速度、數據容量和連接性方面極具挑戰，難以收集實(shí)時(shí)數據。因此，它們的效力受到了限制。此外，使用傳統的蜂窩網(wǎng)絡(luò )可能會(huì )導致通信不可靠。5G通信技術(shù)具有很大優(yōu)勢，它為實(shí)時(shí)車(chē)輛跟蹤和診斷提供更快、更穩定的連接。
互聯(lián)汽車(chē)
以下是不同類(lèi)型的互聯(lián)汽車(chē)技術(shù)：
車(chē)與基礎設施（V2I）：包括車(chē)輛和道路基礎設施之間的通信，用以改善交通流量和安全性。
車(chē)與車(chē)（V2V）：實(shí)現車(chē)輛之間的通信，通過(guò)共享速度、位置和其他相關(guān)數據信息來(lái)提高安全性。
車(chē)與云端（V2C）：車(chē)輛與云平臺之間的各種服務(wù)和應用程序數據交換。
車(chē)與路人（V2P）：為車(chē)輛和行人之間搭建橋梁，提高道路安全意識。
車(chē)與一切（V2X）：包含整體通信框架，包括V2I、V2V、V2C和V2P，創(chuàng )建一個(gè)全面的連接生態(tài)系統。
車(chē)輛、路邊基礎設施、零部件設備或手持設備均配備了收發(fā)器。
在V2X的世界里，我們可以期待什么樣的交通體驗？
圖1展示了未來(lái)個(gè)人出行的理想示例：
圖1：5G V2X的示例、需求和設計注意事項（來(lái)源：華為德國研究中心）
1.用戶(hù)可以通過(guò)移動(dòng)應用程序請求搭車(chē)。
2.車(chē)輛自動(dòng)駕駛，或由人或人工智能遠程控制。同時(shí)，用戶(hù)的交通應用程序通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )與車(chē)輛通信，可自行調整設置。
3.車(chē)輛具有自動(dòng)駕駛的能力，并根據用戶(hù)的喜好定位最合適的車(chē)輛組（車(chē)隊）。它可以騰挪并加入選定的車(chē)隊，同時(shí)允許汽車(chē)以非常短的間隔跟隨，從而節省能量。
4.在擁擠的道路上行駛時(shí)，車(chē)輛通過(guò)使用雙向導航，接收和提供實(shí)時(shí)交通信息。
5.用戶(hù)通過(guò)連接導航系統，可以控制車(chē)輛退出高速公路，或選擇在風(fēng)景更好的路線(xiàn)上行駛。
6.車(chē)輛在到達目的地后，用戶(hù)下車(chē)。
7.車(chē)輛可以自動(dòng)駕駛到自動(dòng)停車(chē)場(chǎng)或駛向另一個(gè)用戶(hù)。
全向天線(xiàn)和信號強度方面的挑戰
全向天線(xiàn)和信號強度方面的挑戰是開(kāi)發(fā)“智能天線(xiàn)”的主要障礙。移動(dòng)通信技術(shù)與天線(xiàn)技術(shù)的有效結合是實(shí)現這一目標的關(guān)鍵。傳統上，信號通過(guò)一般位于駕駛員駕駛艙的電纜連接從車(chē)頂天線(xiàn)傳輸到車(chē)載電子設備。然而，帶寬需求的激增，特別是隨著(zhù)5G網(wǎng)絡(luò )使用更廣泛的頻率范圍（從6Ghz到100Ghz），導致通過(guò)電纜傳輸的信號嚴重丟失。為了解決這個(gè)問(wèn)題，電子設備和信號處理必須靠近天線(xiàn)，要么直接在車(chē)頂下，要么在天線(xiàn)內部。然而，這種解決方案帶來(lái)了新的挑戰，暴露在外的電子設備受不同天氣條件的影響，可能會(huì )影響其性能和使用壽命。
此外，擴大的頻率范圍導致無(wú)線(xiàn)電場(chǎng)衰減增加，只能在較短的距離內接收到信號。這對全向天線(xiàn)來(lái)說(shuō)是一個(gè)最直接的挑戰：要么收不到信號，要么只能在有限的范圍內接收信號。雖然精確地對準天線(xiàn)可以解決這個(gè)問(wèn)題，但這需要在設備上安裝大量的天線(xiàn)。 因此，只能利用面向發(fā)射機的天線(xiàn)。 此外，路邊必須配備定向天線(xiàn)，才能有效地向過(guò)往車(chē)輛傳輸信號。
5G和蜂窩物聯(lián)網(wǎng)
5G技術(shù)滿(mǎn)足三大類(lèi)主要服務(wù)：
增強型移動(dòng)寬帶（eMBB）：這一類(lèi)別為增強現實(shí)、高精度數字地圖和持續固件更新等沉浸式車(chē)內體驗奠定了基礎。這些高級特性將推動(dòng)對更高數據帶寬的需求。
超可靠低延遲通信（URLLC）：此類(lèi)別對于任務(wù)關(guān)鍵型功能至關(guān)重要，例如車(chē)輛安全系統、車(chē)對車(chē)和車(chē)對基礎設施通信（V2X）以及自動(dòng)駕駛。這些功能需要超可靠和極低延遲的通信，以確保車(chē)輛的性能和安全性。
大規模機器式通信（mMTC）：智能城市、家庭和汽車(chē)中的眾多傳感器會(huì )產(chǎn)生大量數據，這些數據必須通過(guò)網(wǎng)關(guān)安全地傳輸到托管在云端的遠程服務(wù)和數據服務(wù)器中。
5G的天線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)技術(shù)
與以前的蜂窩信號天線(xiàn)相比，5G天線(xiàn)通常尺寸更小，但精度更高、延遲更低。5G技術(shù)使用智能功率開(kāi)關(guān)來(lái)優(yōu)化波束形成，這是一種有源天線(xiàn)技術(shù)，使用定向無(wú)線(xiàn)電鏈路選擇性地同時(shí)為移動(dòng)設備提供高帶寬。
5G天線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)模塊支持大規模多輸入多輸出（MIMO）系統，實(shí)現5G發(fā)射機之間的定向無(wú)線(xiàn)電聯(lián)系。最新的3D和大規模MIMO設備在一個(gè)終端單元內運行多個(gè)發(fā)射器和接收器，從而實(shí)現更快的數據傳輸。此外，許多5G天線(xiàn)與4G LTE信號兼容。雖然大多數5G汽車(chē)天線(xiàn)在外觀(guān)上與4G天線(xiàn)相似，但前者往往更小、更薄。
5G將使先進(jìn)的C-V2X成為可能
5G技術(shù)的應用特別適合蜂窩V2X（C-V2X）通信。這種通信技術(shù)可以實(shí)現雙向通信，并且借助基于云的傳感器共享，有效范圍可達1000米。將5G用于C-V2X的關(guān)鍵優(yōu)勢之一是其極低的延遲，響應時(shí)間僅為4毫秒甚至更短。相比之下，4G長(cháng)期演進(jìn)(LTE)標準的延遲為15毫秒或更短。
5G在互聯(lián)汽車(chē)中的未來(lái)
V2X的競爭標準也在發(fā)揮作用。下文將介紹其中的兩項標準。
IEEE 802.11p
IEEE 802.11p是Wi-Fi的一種變體，在5.9Ghz非授權頻段上運行，是初版V2X標準的基礎。該技術(shù)將V2X通信擴展到傳感器視線(xiàn)之外，支持碰撞警告、限速警報、電子停車(chē)和通行費支付等V2V和V2I應用。IEEE 802.11p的優(yōu)點(diǎn)是它不依賴(lài)蜂窩網(wǎng)絡(luò )覆蓋。（這要歸功于車(chē)載單元（OBU）和路邊單元（RSU）。它具有短程能力（低于1千米）和低延遲（約2毫秒），并高度可靠，能夠適應極端天氣條件。
蜂窩V2X
C-V2X（或蜂窩V2X）是IEEE 802.11p發(fā)展中的替代品。C-V2X有兩種運行模式，涵蓋了大多數可能發(fā)生的情況。第一種是低延遲的C-V2X直接通信，在5.9Ghz非授權頻段上通過(guò)PC5接口進(jìn)行通信，用于獲取主動(dòng)安全信息，如即時(shí)道路危險警告和其他短距離V2V、V2I和V2P情況。這種模式類(lèi)似于目前同樣在5.9Ghz頻段運行的IEEE 802.11p技術(shù)。
第二種模式是通過(guò)常規授權頻段蜂窩網(wǎng)絡(luò )上的Uu接口或UMTS空中接口進(jìn)行通信，可以處理V2N（車(chē)對網(wǎng)）應用，如信息娛樂(lè )、關(guān)于長(cháng)距離道路危險，或交通狀況的延遲容忍警報提示。IEEE 802.11p只能通過(guò)與路邊基站建立臨時(shí)連接來(lái)匹配這種模式。
圖 2：用于交通延遲容忍警報提示的網(wǎng)絡(luò )通信
下方表1顯示了C-V2X相對于IEEE 802.11p的技術(shù)優(yōu)勢
表1：C-V2X相對于IEEE 802.pp的技術(shù)優(yōu)勢
現在，一些開(kāi)發(fā)工具包、軟件和公司模塊可用于執行5G技術(shù)的設計、開(kāi)發(fā)和項目。e絡(luò )盟與多家供應商合作，提供廣泛的工業(yè)5G組件組合，可實(shí)現以上5G應用，如無(wú)線(xiàn)模塊適配器、天線(xiàn)、連接器、射頻無(wú)線(xiàn)開(kāi)發(fā)套件、時(shí)鐘時(shí)序開(kāi)發(fā)套件、IC模塊、調試器模擬器和JTag工具配件、接口通信開(kāi)發(fā)套件和顯示開(kāi)發(fā)套件。
（來(lái)源：e絡(luò )盟技術(shù)團隊）
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