迈向更高阶自动驾驶，车路协同技术是关键
品慧电子讯：“世界上最遥远的距离，是同一个杆子上红绿灯和摄像头之间的距离。因为它们虽然挨的很近，但一点关系都没有。”来自中国工程院院士王坚的这段话，点出了智慧城市建设中存在的问题——汽车和路网、各种交通设备之间，都尚未完全实现互联互通。
当前许多智能汽车已经具备Level 2级辅助驾驶能力。但要继续向L3、L4级的自动驾驶迈进，仅仅靠单车智能是不够的，更需要的是车路协同技术发展和场景普及。车辆依靠自身的感测与计算能力，可以感知车辆周围数十米的环境；而透过车联网的协助，则可以将感知范围提高到数百米，从而给予车辆更多的反应时间。
C-V2X：车路协同的连接技术基础
车路协同，顾名思义就是车辆和整个道路系统要协同起来，构建一个车联网，实现各个节点之间的互联互通。车联网亦称V2X，可以按照连接场景划分为四个不同的部分。
1. 车辆之间的互联（V2V），可以减少车辆之间的相互碰撞事故；
2. 车与基础设施之间的互联（V2I），可以优化交通信号灯的定时和优先级；
3. 车与人之间的互联（V2P），可以给行人/骑行者提前发出安全警报；
4. 车与云端的互联（V2N）则可以让车辆实时获得交通、天气等即时信息，并为其提供定制导航和云服务。
而像车队管理和队列行进这些复杂场景，则需要V2V和V2N一起来实现。
在车联网硬件设备层面，车端需要有OBU（On Board Unit），而在路侧需要有RSU（Road Side Unit），此外还需要通信基站和云端控制系统。不同设备之间的通信需要依靠射频无线连接技术，而道路状况复杂多变，连接质量关乎整个道路系统的安全运作，因此对于通信技术的时延和可靠性的要求极高。
图1：C-V2X
（图源：Qorvo官网）
车联网无线通信技术有DSRC（IEEE 802.11p）和C-V2X两种。DSRC在短距通信的延迟更低，而C-V2X的带宽更高、传输距离更长。近年来在3GPP的推动下，C-V2X在近距离场景中的性能不断增强，而DSRC却注定无法解锁远距离通信的场景，因此C-V2X逐渐成为了车联网的事实标准。
图2：C-V2X发展历程
（图源：3GPP）
早在2015年，3GPP就开始在Release 14上加入V2X标准研究；并逐渐在后续的标准迭代中确立了V2X的分类、主要应用场景和技术规范。在去年6月份，Release17宣布冻结。R17特别针对短距通讯场景进行了增强，在设备与设备之间直接通讯（D2D）上扩充新的侧链（Sidelink）功能，通过PC5接口直接实现V2V/V2I的通信。接下来R17虽然还会有些细节的能效改善，但车联网标准制定已完成最主要的部分，未来车联网的加速商业化将是发展重点。
车联网下一阶段：迈向大规模商用
R16确定之后，车路协同在技术路线上标准和规范都已经确立。接下来在产业发展的初期阶段，要大力建设车联网基础设施，同时也要有相应的法规松绑和调整。我国已经将车联网列入了十四五发展重点，目前在各省市也纷纷划定出了试点区。
实现车联网的大规模普及，需要在四个层面上积极推进。硬件层面，提高路侧设备和车载设备的渗透率，尤其是路侧通信单元的基建投入。用户层面，要提高公众的感知度。生态层面，跨部门跨行业的协同合作要继续加强。商业层面，要持续进行商业模式探索，挖掘经济效益，实现正向价值的循环。一个重要的逻辑是，要使V2X真正发挥作用，就需要实现大规模应用，行业内渗透率越高，其发挥的作用和准确性也会越高。
图3：2023 CES的隧洞乘运服务
（图源：The Boring Company官网）
目前R17已经冻结，R18的预研也已经开始。着眼未来出行场景的要求，车联网的技术发展呈现四个趋势。第一，支持频率纬度的扩展使用，支持毫米波及非授权频谱应用。第二，节电方式的直通通信的发展。第三，直通通信的定位和同步技术继续演进。第四，ADAS与C-V2X实现跨域融合。
图4：V2X大规模部署时间线
（图源：5GAA）
V2X芯片选型：一切为了连接质量
在车载通信单元（OBU）和路侧通信单元（RSU）的BOM成本中，C-V2X芯片组的价值占到了一半，这部分主要由通信芯片厂商提供，而剩下的一半芯片价值，则是传统芯片厂商所擅长的领域。C-V2X芯片组虽然价值高，但芯片选择较少，更容易进行器件对比。而其余的芯片种类多、选择多，在选型上的难度则更高。
在此，我们为大家推荐几款有特色的车联网应用半导体器件。
在V2X应用处理器的选择上，可以考虑NXP Semiconductors的i.MX 8X应用处理器。该处理器内部集成了多达4个Arm Cortex-A35内核、用于实时处理的Arm Cortex-M4F内核以及集成式Cadence Tensilica HiFi DSP，适用于车辆远程信息处理、V2X、宽带调制解调器和网关的解决方案。结合NXP的RoadLink SAF5400 DSRC，可以构建距离的V2I和V2P应用。我们推荐的具体产品型号在贸泽电子的料号为MIMX8DX2AVOFZAC。
图5：i.MX8XL V2X方案
（图源：NXP）
V2X系统需要实现高性能可靠的无线传输，则对射频天线、连接器等提出了更高的要求。而Molex是目前唯一一家能够结合无线和有线车辆通信解决方案专业知识的一级供应商，为汽车行业提供从云到传感器再到后端的完整端到端系统。
在V2X车载单元（OBU）的天线选择上，我们推荐Molex的多集线器5合1天线。该天线内置2个蜂窝（LTE、5G）MIMO集线器、2个Wi-Fi（三频段）集线器和GPS功能，因此可以覆盖LTE-V2X、SDRC协议或5G-V2X的应用频段。
自动驾驶和V2X的跨域融合将会是未来的技术趋势，在这种应用场景中，多天线的方案是更符合应用需求的。Molex的多集线器5合1天线结合多个WiFi、5G天线和导航GNSS，能够给自动驾驶汽车获取大量、多类型的数据提供足够的带宽支持。
此外，该天线采用薄型设计，易于安装，同时达到了IP67防护等级，非常适合用于商用车辆的无线应用。该天线属于Molex的新产品，目前在贸泽电子有售，具体料号为216589-1000。
图6：Molex 5合1天线
（图源：Molex）
在路侧通信单元（RSU）的射频连接器选择上，我们推荐同样来自Molex的SMP-MAX和SMP-MAX EVO 50Ω射频连接器。这是一款板对板和板对滤波器的射频连接器，具有直流至10GHz的宽工作频率范围。在2.7GHz时的额定功率高达300W以上，可为射频放大器提供出色的性能。
据悉，SMP-MAX（EVO）的阻抗匹配绝缘体经过了优化，即使在插入存在间隙（2.4mm）的情况下，也可以确保信号完整性。Molex的专利技术提高了额外的未对准裕量，可实现简单可靠的连接，即使在盲插应用中也是如此。漏斗形设计可防止因未对准而导致的额外应力，并提高可靠性。
该射频连接器适合用于各种电信和网络应用，包括基站、无线电头、中继器和系统模块等。我们推荐的具体产品型号在贸泽电子的料号是73420-0393。
图7：Molex SMP-MAX连接器
（图源：Molex）
V2X系统在车内和其他系统的连接，离不开高速稳定的车载以太网，以太网PHY在其中起到了数据发送和接收的作用。在这类芯片的选择上，可以考虑NXP的TJA110x汽车以太网PHY，该芯片是符合100BASE-T1标准的双端口PHY，仅通过两根非屏蔽双绞线即可提供100Mbit/s的发送/接收能力，并支持长达15m的电缆。TJA110x PHY还针对汽车应用进行了多项优化，支持低功耗模式，并且满足汽车AEC-Q100标准。我们推荐的具体产品型号在贸泽电子的料号为TJA1101AHN/0Z。
图8：车内互连网络
（图源：NXP）
要实现可靠的系统，还必须实现可靠的有线连接。而在汽车连接器方面，Molex Mini50连接系统具有明显的空间优势。据悉，Molex Mini50与传统的USCAR 0.64mm连接器相比，可节省50％的空间。该系列采用密封或未密封的Mini50单排和双排插座，其小型端子可适应运输车辆内部环境中的更多小电流电路，例如车载摄像头、传感器、仪表等等连接场景。
我们推荐的产品是Molex的Mini50家族的CTX50系列端子线夹。该系列产品能够在保持强度的同时减小线规尺寸，推荐的具体产品型号在贸泽电子的料号为560023-0450。
图9：Molex CTX50端子线夹
（图源：Molex）
结语
随着Release17的冻结，Release 18的预研也已经展开。着眼未来，C-V2X技术将会向着节电直通通信、频率纬度扩展、定位和同步精度提升等方向继续发展。
作为车联网的关键通信技术，C-V2X将会在智慧出行的产业需求引导下，与自动驾驶、边缘计算和数字孪生等技术进行深度融合，进入一个可迭代、可拓展、可闭环的高速发展路径。
来源：贸泽电子
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