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【從零開始學5G】基于C-V2X智能駕駛加速落地
時間:2021-08-19 10:40:13

5G時代到來,為智能駕駛帶來了空前機遇。為了確保安全性,除了車機的各種感知融合,行業玩家也在想方設法利用現代通信帶給我們的各種能力,不斷加速智能駕駛技術演進,比如V2Xvehicle to everything,車聯網),特別是CV2XCellular VehicletoEverything,蜂窩車聯網),盡早撈到商業價值的第一桶金。目前,智能駕駛技術發展戰略主要有兩條技術路線:一條是發展較早的“單車智能”自動駕駛方案;另一條是中國引領的“車路協同”自動駕駛技術方案。

隨著激光雷達、毫米波雷達、自動駕駛高算力芯片等的不斷成熟,目前已有越來越多的新車采用“單車智能”方案實現了L2甚至是L3級自動駕駛功能。從單車智能實際使用情況來看,仍然存在惡劣天氣,超視距路況,以及危險駕駛等場景的駕駛安全風險;也難以解決擁堵、低效等交通難題。與此同時,人們發現當前階段單車智能實現的自動駕駛技術距離L4/L5級別的真正意義上的無人自動駕駛,還有很多的技術難點需要解決,自動駕駛落地可能要到2030年。

我國自2020年后從單車智能轉向了車路云結合的技術方向,從車端、路端、云端來進行聯網設施的布置,單車智能是重要的基礎,再通過基礎比較好的網絡來實現車路協同?!败嚶穮f同”C-V2X技術路線,將“人---云”等交通要素有機的整合到一起,可以賦予車輛更多的路況和交通感知信息,因此C-V2X技術目前就可以服務于智能駕駛和智慧交通建設。例如C-V2X技術可以為駕駛員提供輔助信息,同時路側RSU進行路側信息和高精地圖及時廣播,都將非常有效的提升交通安全和效率。

一、C-V2X技術標準發展和應用價值

5G 新空口(New Radio, NR)標準與以往的2/3/4G不同,它來源于全新應用場景,5G網絡目標是滿足人們超高流量密度、超高連接數密度、超高移動性的需求,為用戶提供高清視頻、虛擬現實、工業控制、智能駕駛等極致業務體驗,全面實現“萬物互聯”。為實現上述目標,國際標準組織3GPP定義了包括:新波形、新調制方式、新幀結構、新多址技術、新編碼技術和大規模多天線技術等一系列新無線空口技術。

1、5GC-V2X標準持續演進

3GPP Rel15版本是5G的第一個標準協議,主要聚焦增強寬帶eMBB場景。20207月,國際標準組織3GPP宣布5G Rel16標準版本正式凍結。Rel16版本除了對eMBB進行增強外,主要側重于5G在垂直行業的應用。Rel16版本重點細化了超高可靠低時延的uRLLC場景相關技術標準。

C-V2X作為5G技術在行業中的重要應用,也隨著3GPP蜂窩技術的發展在持續演進:2017年在Rel14版本中發布了第一版C-V2X技術,主要面向基本安全業務、效率提升和信息廣播等業務,僅支持廣播通信方式。2018年發布的Rel15版本增強了高速率和低時延特性,通信時延和吞吐率性能得到了小幅提升。2020年發布的Rel16版本是基于NRV2X技術,面向自動駕駛的增強V2X應用。支持單播/組播/廣播多種靈活的通信方式,提供更低時延、更高可靠性、更高速率的通信服務。預計于2022年發布的Rel17版本,將提供增強的NR-V2X技術,通過減少功耗的方案支持路邊行人接入車聯網,還將針對特定場景提高可靠性和降低時延。

另外,華為、愛立信、英特爾、高通、諾基亞,聯合奧迪、寶馬、戴姆勒一起成立了“5G汽車通信技術聯盟”(5GAA),該聯盟成立的目標就是推進下一代智能互聯網汽車研發,并推進5G車聯網技術落地。

第一階段,2020年至2023年,主要落地依賴4GLTE-V2X技術的基本安全功能,比如緊急電子剎車燈、左轉輔助等,并且通過網絡共享當地道路危險信息和交通信息,提高交通的效率和基本安全性。

第二階段,2024年起,5G-V2X技術開始大規模使用,車輛與交通基礎設施之間的通信,將可以為自動駕駛技術帶來更多的增強功能,比如停車場自動泊車、遠程遙控駕駛,以及在公共道路上實現更高級別的自動駕駛等等。

第三階段,從2026年起,所有自動駕駛汽車都將配備5G-V2X技術,車輛之間能夠共享高精度傳感器數據,從而協同工作。自動駕駛將進入更高階段,車輛能夠相互以及與交通管理中心分享意圖,結合人工智能對交通信息進行高度協同處理,對高速公路出入口及城市交通流量進行動態管理等等。

2、C-V2X技術賦能豐富的智能駕駛應用場景

3GPP標準組織在定義C-V2X的技術標準時,是針對不同級別的智能駕駛應用場景。例如Rel14Rel15版本的LTE-V2X,主要目標是增強駕駛安全和提升交通效率,可以通俗的理解為ADAS輔助駕駛功能。而Rel16版本的NR-V2X主要目標是在進一步增強駕駛安全的同時,可作為高級別自動駕駛的一個輔助手段。因此,從車聯網應用場景需求來講,LTE-V2XNR-V2X的定位是相互補充,而不是替代關系,Rel16 NR-V2X也專門制定了LTE-V2XNR-V2X設備內共存的規范,保證車聯網技術穩步有序的發展。

Rel14Rel15版本的LTE-V2X主要面向的安全告警和交通效率提升的應用場景大家已都很熟悉,本文重點從3GPP標準最新演進進展,介紹Rel16版本的NR-V2X標準中定義的4類典型業務場景:

①車輛編隊:利用NR-V2X低時延、大帶寬的技術特點,支持一組車輛組成車隊行駛,所有編隊行駛的車輛能夠從頭車獲取信息,并實現傳感器信息共享,使得同組車輛可保持米級的超短車距。

②高級駕駛:利用NR-V2X低時延和大帶寬的技術特點,可以通過鄰近車輛之間共享感知數據來共享本車的駕駛意圖,并進行駕駛策略的協調和同步。

③傳感器擴展:要求交通參與者,如車與車、車與云端網絡以及車與基礎實施之間實現車載傳感器的交互,從而擴展傳感器的感知范圍,以便獲得更全面的當前道路信息。

④遠程駕駛:遠程駕駛員或者V2X應用程序能夠為無法駕駛的乘客或位于危險環境中的車輛操作遠程車輛。通過集成5G通信、車--云協同、云計算、自動控制等相關技術,遠程駕駛員實現對遠端車輛進行遠程監控和遠程操控。

以上幾種典型應用場景,都是利用NR-V2X大帶寬、低時延、高可靠性的技術特點,實現車與車、車與云端網絡以及車與基礎實施之間的信息實時共享和交互,從而進一步提升駕駛安全性、提高車輛行駛效率、最大化道路吞吐量、降低車輛能耗、提升自動駕駛能力等。

從上述4類典型應用場景和實現目標可以發現,目前車聯網增強應用場景重點是用于輔助自動駕駛,因此與車聯網基本應用相比,這些應用場景也對NR-V2X提出了更高的技術指標要求:

①超高峰值速率

自動駕駛需要實時更新和下載高清地圖,高精地圖大小達到1GB/千米的量級,要求下載速率在達到50-100Mbps;傳感器擴展要求的峰值速率更是達到1Gbps。

②超低時延及高可靠性

自動駕駛L4/L5級要求信息更新及傳輸時延要小于10ms,帶寬1-10Mbps。

V2X應用于碰撞告警,車輛編隊等,要求時延小于10ms,可靠性99.999%。

二、C-V2X關鍵技術介紹

C-V2X可支持的工作場景包括有蜂窩網絡覆蓋的場景,也包括無覆蓋的場景。因此C-V2X可提供兩種通信接口,分別為Uu(蜂窩網絡通信)接口和PC5(直連通信)接口。當C-V2X終端處于支持蜂窩網絡覆蓋內時,可以使用Uu接口通信(需要蜂窩網絡支持);不管是否有網絡覆蓋,都可以采用PC5接口實現V2X通信。

3GPP LTE-V2X標準定義了專門的物理層結構、同步方式、資源分配方式等,實現支持V2X消息的廣播,并達到車聯網基本應用的性能指標要求。3GPP Rel16 NR-V2X標準,通過支持40M以上帶寬、高階調制、POLAR碼以及LDPC編碼技術、多種子載波間隔、HARQ反饋,從而實現NR-V2X更低時延、更大帶寬、更高可靠性的指標要求。

1、物理層結構增強

為了在5.9G高頻段下支持高達500千米/小時的相對行駛速度,解決多普勒頻移和信道快速時變的問題,C-V2X對物理層結構進行了增強。在波形方面,僅支持CP-OFDM波形以簡化設計。在編碼方面,R15采用Turbo編碼,R16類似于Uu接口的控制信道和數據信道傳輸,PSCCH 將采用Polar編碼,PSSCH將采用低密度校驗碼(LDPC)編碼。在幀結構方面,LTE sidelink采用15kHZ子載波間隔,NR Sidelink將支持多種子載波間隔(SubcarrierSpace,SCS),其中在低頻(FR1)上SCS將支持15kHz/30kHz/60kHz配置,在高頻(FR2)上SCS將支持 60kHz/120kHz 配置。在R16階段,僅60kHz SCS支持擴展CP,支持更大的通信范圍。在信道設計方面,SL將包括控制信道PSCCH、數據信道 PSSCH、物理邊鏈路反饋信道(Physical SL Feedback Channel,PSFCH)、物理邊鏈路廣播信道(Physical SL Broadcast Channel,PSBCH)。其中 ,PSCCH用于承載指示PSSCH傳輸的控制信令SCI,將采用QPSK調制保證傳輸的可靠性;PSSCH用于傳輸有用負載 ;PSFCHR16新增信道,用于發送SFCI,至少用于承載PSSCH檢測的HARQ反饋信息;PSBCH則用于發送廣播信息,將沿用SSB的設計思路,獲取SL設備間的同步。在參考符號方面,主要包括 DMRS、CSI-RS、SRSPT-RS信號。其中CSI-RS、SRS以及PT-RS信號為R16新增信號。在SL中采用DMRS、CSI-RS(定義新的)和PT-RS,其中PT-RS用于高頻。由于PSSCH最多支持2層的傳輸,因此在頻域上,考慮采用R15 PDSCH DMRS類型1的設計。關于CSI-RS,將用于信道質量等級(Channel Quality Index,CQI/秩(Rank Index,RI)測量并包含在PSSCH中傳輸。

2、同步機制

兩臺C-V2X終端要進行通信必須先完成同步過程。C-V2X終端支持多個同步源,并定義了同步過程,其中LTE-V2X Sidelink同步過程和NR-V2X Sidelink同步過程相獨立。LTE-V2X的同步源主要由GNSS,eNBLTE-V參考UE。其中自同步的同步源有間接GPS同步源和完全UE自同步的同步源。類似LTE-V,NR-V2X的同步源包括GNSS, gNB, eNBNR UE,同步方式可以分為GNSS-based同步方式以及gNB/eNB based同步方式,兩種同步方式下每種同步源具有不同的優先級。

在同步過程中,UE使用GNSS-based同步方式還是使用GNB/eNB based同步方式是系統(預)配置的,在每一種同步方式中,UE選擇當前能夠支持的最高優先級同步源作為最終同步源,其中對于eNB作為NR UE的同步源需要當前NR UE支持LTE Uu/PC-5。

3、資源分配方案

LTE-V2X支持2種資源分配方案:分別是mode 3mode 4。

mode 3:由eNB基站調度V2X終端進行數據發送,基站統一對空口資源進行統一分配,保證各UE使用的無線資源不沖突。

mode 4UE自主進行無線資源調度,UE根據過去一段時間對空口無線資源使用情況的探測,來預知未來一段時間無線資源使用情況,從而進行數據發送。包含資源預留、信道偵聽與資源選擇等關鍵技術

NR-V2X支持mode 1mode 2兩種資源分配方案,與LTE-V2X類似:

mode 1:基站調度Sidelink資源給UE進行Sidelink傳輸。終端發送的無線資源由基站統一調度。

mode 2UE確定由基站/網絡配置或預配置的Sidelink資源。終端根據實時監測無線資源使用情況,進行無線資源探測和選取,在合適的時頻資源上進行數據發送。如果是預配置Sidelink資源,需要所有終端遵循同一套預配置參數。

4、HARQ重傳機制

LTE-V2X技術僅支持廣播傳輸方式,NR-V2X技術為了支持傳感器共享等分組業務場景需求,引入了組播和單播傳輸方式。組播和單播傳輸需要接收端進行數據確認,為了盡可能增加數據接收成功率,引入了HARQ重傳機制,通過HARQ反饋和多次重傳實現。對于Sidelink單播和組播傳輸方式,支持HARQ反饋和HARQ組合,其中HARQ-ACK反饋信息由SFCI攜帶經由PSFCH傳輸。其中值得注意的是,在組播方式下,Sidelink HARQ反饋支持使用TX-RX距離來決定是否傳輸HARQ信息。在不同的資源分配方式下PSSCHPSFCHHARQ feedback信息傳輸的時間間隔是系統預先配置的。

三、宸芯科技C-V2X解決方案

宸芯科技從2017年率先推出C-V2X核心芯片以來,一直致力于C-V2X芯片及解決方案的不斷完善和演進迭代,并與合作伙伴們共同進行技術驗證和智能駕駛應用的商用落地探索。

1、面向基本行駛安全的芯片及解決方案

宸芯科技C-V2X芯片解決方案CX710X系列,基于宸芯自研芯片,采用領先的SDR SoC技術,可通過軟件重構實現性能優化及技術持續演進。CX710X系列產品按照車規標準設計,具有超寬工作溫度,滿足車載及其他惡劣環境下使用。性能強勁的AP處理器支持客戶集成安全應用軟件,極大降低了整機產品的復雜度和成本。本土化“自主+開放”的平臺能提供深度定制化服務,天然的渠道優勢和較高的性價比更能契合客戶的需求。

CX710X系列解決方案目前已經與幾十家客戶形成密切合作,在十余個國內智能網聯示范區部署。202010月份舉辦的“新四跨”活動中,超30%終端廠商選擇搭載宸芯的C-V2X芯片,并且獨家支持大規模測試180臺背景車OBU1RSU,成功保障了大規模測試活動的順利進行。

2、面向智能駕駛的芯片及解決方案

宸芯科技將于近期推出新一代5G車聯網芯片,專門面向低時延高可靠性要求的車聯網應用場景。該芯片按全流程車規設計,秉承宸芯科技領先的SDR SoC技術路線,可實現“一芯多用”,產品形態豐富,單芯片支持Uu+C-V2X多模雙通,可滿足車載前后裝、路側單元等各類車聯網產品的需求及未來“換代不換芯”的演進需求。

中國的智能汽車產業目前雖然發展迅速,但由于西方企業發展較早,基礎實力雄厚,因此目前我國在全球智能網聯汽車產業中還處在第二梯隊。不過根據賽迪顧問發布的數據,我國已經從2018年的排名第9位,躍升至2020年的排名第四位,僅次于美國、德國和日本,并且差距正在迅速縮小。由于我國在5G通信基礎設施方面的領先地位,以及政府在政策方面的不斷強化引導,依托我國龐大的新能源汽車市場,車聯網技術的發展具備非常好的發展環境,產業規模也將在未來幾年迎來爆發式增長,趕超美德日只是時間問題。根據我國在2020年發布的《智能網聯汽車技術線路圖2.0》提出的新目標,到2025年,C-V2X終端新車裝配率須達到50%;到2030年,將實現100%裝配。未來,隨著配置C-V2X設備的車輛以及道路達到一定普及程度,道路通行能力、交通的安全性都會有大幅度提升。同時,隨著C-V2X技術發展演進,其所支持的更大數據吞吐量、更低時延、更高安全性等特性,也將進一步促進智能駕駛和智慧交通的加速落地和高質量發展。

來源:2021-06-15 搜狐網

https://www.sohu.com/a/472142747_589051  

文章關鍵詞: 智能駕駛

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