5G互聯汽車的未來

近年來，互聯汽車的使用顯著增長。這些車輛配備了各種傳感器，用來收集性能、位置和其他關鍵參數的數據。這些數據被發送到中央設備進行處理，從而提高車輛的性能和可靠性。傳統的車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，難以收集實時數據。因此，它們的效力受到了限制。此外，使用傳統的蜂窩網絡可能會導致通信不可靠。5G通信技術具有很大優勢，它為實時車輛跟蹤和診斷提供更快、更穩定的連接。

互聯汽車

以下是不同類型的互聯汽車技術：

• 車與基礎設施（V2I）：包括車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。

• 車與車（V2V）：實現車輛之間的通信，通過共享速度、位置和其他相關數據信息來提高安全性。

• 車與云端（V2C）：車輛與云平臺之間的各種服務和應用程序數據交換。

• 車與路人（V2P）：為車輛和行人之間搭建橋梁，提高道路安全意識。

• 車與一切（V2X）：包含整體通信框架，包括V2I、V2V、V2C和V2P，創建一個全面的連接生態系統。

車輛、路邊基礎設施、零部件設備或手持設備均配備了收發器。

在V2X的世界里，我們可以期待什么樣的交通體驗？

圖1展示了未來個人出行的理想示例：

圖1：5G V2X的示例、需求和設計注意事項（來源：華為德國研究中心）

1.用戶可以通過移動應用程序請求搭車。
2.車輛自動駕駛，或由人或人工智能遠程控制。同時，用戶的交通應用程序通過移動網絡與車輛通信，可自行調整設置。
3.車輛具有自動駕駛的能力，并根據用戶的喜好定位最合適的車輛組（車隊）。它可以騰挪并加入選定的車隊，同時允許汽車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，車輛通過使用雙向導航，接收和提供實時交通信息。
5.用戶通過連接導航系統，可以控制車輛退出高速公路，或選擇在風景更好的路線上行駛。
6.車輛在到達目的地后，用戶下車。
7.車輛可以自動駕駛到自動停車場或駛向另一個用戶。

全向天線和信號強度方面的挑戰

全向天線和信號強度方面的挑戰是開發“智能天線”的主要障礙。移動通信技術與天線技術的有效結合是實現這一目標的關鍵。傳統上，信號通過一般位于駕駛員駕駛艙的電纜連接從車頂天線傳輸到車載電子設備。然而，帶寬需求的激增，特別是隨著5G網絡使用更廣泛的頻率范圍（從6Ghz到100Ghz），導致通過電纜傳輸的信號嚴重丟失。為了解決這個問題，電子設備和信號處理必須靠近天線，要么直接在車頂下，要么在天線內部。然而，這種解決方案帶來了新的挑戰，暴露在外的電子設備受不同天氣條件的影響，可能會影響其性能和使用壽命。

此外，擴大的頻率范圍導致無線電場衰減增加，只能在較短的距離內接收到信號。這對全向天線來說是一個最直接的挑戰：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可以解決這個問題，但這需要在設備上安裝大量的天線。 因此，只能利用面向發射機的天線。 此外，路邊必須配備定向天線，才能有效地向過往車輛傳輸信號。

5G和蜂窩物聯網

5G技術滿足三大類主要服務：

• 增強型移動寬帶（eMBB）：這一類別為增強現實、高精度數字地圖和持續固件更新等沉浸式車內體驗奠定了基礎。這些高級特性將推動對更高數據帶寬的需求。

• 超可靠低延遲通信（URLLC）：此類別對于任務關鍵型功能至關重要，例如車輛安全系統、車對車和車對基礎設施通信（V2X）以及自動駕駛。這些功能需要超可靠和極低延遲的通信，以確保車輛的性能和安全性。

• 大規模機器式通信（mMTC）：智能城市、家庭和汽車中的眾多傳感器會產生大量數據，這些數據必須通過網關安全地傳輸到托管在云端的遠程服務和數據服務器中。

5G的天線和無線技術

與以前的蜂窩信號天線相比，5G天線通常尺寸更小，但精度更高、延遲更低。5G技術使用智能功率開關來優化波束形成，這是一種有源天線技術，使用定向無線電鏈路選擇性地同時為移動設備提供高帶寬。

5G天線和無線模塊支持大規模多輸入多輸出（MIMO）系統，實現5G發射機之間的定向無線電聯系。最新的3D和大規模MIMO設備在一個終端單元內運行多個發射器和接收器，從而實現更快的數據傳輸。此外，許多5G天線與4G LTE信號兼容。雖然大多數5G汽車天線在外觀上與4G天線相似，但前者往往更小、更薄。

5G將使先進的C-V2X成為可能

5G技術的應用特別適合蜂窩V2X（C-V2X）通信。這種通信技術可以實現雙向通信，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的關鍵優勢之一是其極低的延遲，響應時間僅為4毫秒甚至更短。相比之下，4G長期演進(LTE)標準的延遲為15毫秒或更短。

5G在互聯汽車中的未來

V2X的競爭標準也在發揮作用。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。該技術將V2X通信擴展到傳感器視線之外，支持碰撞警告、限速警報、電子停車和通行費支付等V2V和V2I應用。IEEE 802.11p的優點是它不依賴蜂窩網絡覆蓋。（這要歸功于車載單元（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發展中的替代品。C-V2X有兩種運行模式，涵蓋了大多數可能發生的情況。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PC5接口進行通信，用于獲取主動安全信息，如即時道路危險警告和其他短距離V2V、V2I和V2P情況。這種模式類似于目前同樣在5.9Ghz頻段運行的IEEE 802.11p技術。

第二種模式是通過常規授權頻段蜂窩網絡上的Uu接口或UMTS空中接口進行通信，可以處理V2N（車對網）應用，如信息娛樂、關于長距離道路危險，或交通狀況的延遲容忍警報提示。IEEE 802.11p只能通過與路邊基站建立臨時連接來匹配這種模式。

圖 2：用于交通延遲容忍警報提示的網絡通信

下方表1顯示了C-V2X相對于IEEE 802.11p的技術優勢

表1：C-V2X相對于IEEE 802.pp的技術優勢

現在，一些開發工具包、軟件和公司模塊可用于執行5G技術的設計、開發和項目。e絡盟與多家供應商合作，提供廣泛的工業5G組件組合，可實現以上5G應用，如無線模塊適配器、天線、連接器、射頻無線開發套件、時鐘時序開發套件、IC模塊、調試器模擬器和JTag工具配件、接口通信開發套件和顯示開發套件。

（來源：e絡盟技術團隊）