克服C-V2X合规性的挑战 留言

Dylan McGrath, Keysight Technologies

每年有130多万人在汽车事故中死亡。美国国家公路运输安全管理局估计，在这些死亡事故中，94%到96%是人为错误造成的。改善汽车安全，减少甚至消除汽车死亡和事故，是蜂窝式车对万物（C-V2X）通信兴起背后的主要动机之一。C-V2X是一种无线技术，通过使车辆与其他车辆以及交通系统的其他部分（包括路边的基础设施、自行车和行人）不断进行实时通信，促进车辆更高水平的自主运行。

随着汽车制造商越来越多地在新车上使用5G C-V2X技术，以提高安全性、效率、流动性和生活质量，5G C-V2X技术的使用在未来几年将成倍增加。然而，将C-V2X纳入车辆和车辆模块会带来挑战。这些挑战包括与移动的车辆、拥挤的道路和金属物体有关的射频传播的复杂问题。C-V2X还因不同组织制定的大量标准以及各地区在标准、交通安全法律和政策方面的差异而变得复杂。

C-V2X的历史

V2X技术可以追溯到1970年代在美国和日本的研究。然而，直到2016年，第一批配备V2X通信的大规模生产的车辆才出现。早期的V2X车辆没有使用蜂窝技术；相反，美国和日本的这些车辆使用了一种基于WLAN的技术，称为直接短程通信（DSRC）。2017年，V2X首次进入3GPP第14版的蜂窝网络标准。第一批支持基于LTE的C-V2X的商用C-V2X芯片组于2018年推出。2020年，第一批纳入C-V2X的大众市场车辆在中国下线。

第一个5G新无线电（NR）C-V2X规范包含在3GPP Release 15中，这是最初的5G标准，在2019年中期实现了ASN.1冻结。在此之后，3GPP第16版增加了大量支持C-V2X的增强功能，包括侧链。侧链使用户设备（主要是车辆）能够直接通信而不涉及网络，促进了实时传感器数据的共享。侧链是C-V2X的一个主要组成部分，因为车辆对车辆和车辆对基础设施的直接通信使车辆能够了解实时交通和道路状况，使用非视线数据传感可以看到转弯处，并警告对方有危险。第16版中包含的其他重要改进使C-V2X功能得以实现和加强，这些改进包括：

• 可扩展的OFDM接口
• 具有即时反馈的自足时隙结构，使一个非常可靠的通信系统具有低延时性
• 先进的信道编码，以低复杂度提高可靠性
• 支持宽频载波
• 支持大规模MIMO，以获得更高的数据速率、更远的距离和更高的可靠性。

第17版在今年早些时候实现了ASN.1冻结，它建立在第16版的功能基础上，增加了几个侧链增强功能，如网络控制的互动服务（NCIS）、提高能源效率和广泛覆盖的增强型中继（REFEC）和视听服务制作（AVPROD）。

区域差异

使C-V2X模块的设计和测试具有挑战性的主要复杂因素之一是智能交通系统（ITS），这是一个旨在加强许多国家和地区的交通管理的综合系统。大多数国家已经指定5.9GHz频段为官方ITS频段。

ITS堆栈是由位于物理层之上的几个元素组成的（见图1）。该堆栈被倒置以反映更实际的安排。例如，物理层，通常连接到车辆顶棚的天线，显示在图的顶部。ITS堆栈元素包括传输、信息和应用层，每一层都拥有管理能力和安全性。尽管C-V2X的物理层是基于蜂窝技术的，与其他V2X系统如DSRC不同，但ITS堆栈中的每一层都改编自许多组织创建的标准，包括国际汽车工程师学会、欧洲电信标准协会（ETSI）、车对车通信联盟、中国通信标准协会（CCSA）、中国汽车工程学会等。即使ITS堆栈的各层是基于标准和重复使用的，但堆栈的上层包含区域差异。区域性ITS层的差异主要可归因于北美、欧洲和中国。每一层都执行类似的功能，而不考虑区域差异。C-V2X模块的设计必须考虑产品销售的每个地区的不同标准。测试设备和测试过程也必须反映这些差异，这意味着在多个地区销售的每个C-V2X模块或车辆可能需要不同的设计和测试工具及测试方法。

图1 C-V2X ITS堆栈。

图1说明了验证远程车辆（RV）能够发送和接收主车辆（HV）信息的重要性。例如，如果一个消息，如电子紧急制动警告是由一辆车发起的，重要的是要确保这个警告消息在空中通过物理堆栈的各层，并通过应用层接收和解码出来。该图显示了一个逻辑上的理解，即信息是如何在一辆车中启动的，通过各层传到天线，被另一辆车通过其天线接收，然后被处理和解码出来。出于C-V2X认证的目的，对这一功能的正确测试需要准确测量这一传输过程，并考虑到区域差异。

压力测试

C-V2X最重要的属性之一是可靠性。因为乘客的安全和生命处于危险之中，所以该技术在所有道路和交通条件下都能使用是至关重要的。对C-V2X模块的设计和测试来说，最具挑战性的条件之一是严重的拥堵，这种情况每天都会出现在世界各地的高速公路上（见图2）。C-V2X模块必须发送和接收包含关键安全信息的消息，即使在同一区域内有数百或数千辆汽车也在转发和接收C-V2X信息的环境中。由于ITS频段上的资源共享可能是一个挑战，所以需要拥堵控制压力测试。进行拥堵控制压力测试需要将设备置于拥堵的环境中，例如有许多C-V2X模块和其他ITS站的密集交通情况。

图2 典型的高速公路场景。

适当运作的拥堵控制算法需要协调通道的适当使用。已经开发了算法来减轻这些情况的影响，如资源被平均共享，以保持信道尽可能

原文始发于微信公众号（actMWJC）