以下文章来源于车右智能 ,作者车右智能
车右,虚左
厚势按:本文从物理信道上的技术优势切入,分析为什么车联网主导权的争夺上,C-V2X 可能已经完全占据了上风。
长时间以来,车右智能的相关团队一直在跟踪车联网的相关技术发展,不论是源自于 3GPP 技术流派的 C-V2X 技术,还是源自于 IEEE 技术流派的 DSRC 技术,都是我们力图兼顾的跟踪重点。我们期望的是可以把车联网技术赋予自动驾驶的「网联智能」,和原生的 AI 技术为主导的「单车智能」合二为一,在车右智能主推的「幻境」自动驾驶实车在环平台上落地,从而建立真实可靠、灵活多变的「全尺寸」仿真平台……
这是我们的清晰的产品实现目标。
近期,随着目前美国 FCC 对于原直接赋予 DSRC(北美技术)的车联网频段的收回和重新分配,5.9GHz 上的车联网主导权争夺已经初见端倪。虽然目前也还不能完全说基于现有 4G/LTE 和未来 5G/NR 的 C-V2X 技术已经彻底占据上风,但是 DSRC 技术在 802.11p 的技术基础上,确实已经进入摇摇欲坠的局面,这是千真万确的。
回想起去年底,DSRC 阵营的主力军,丰田汽车的研究机构曾经给出过类似的图形比喻:
图中 DSRC 被描述成为正在竭尽全力试图翻越距离大规模商用之前的最后一座高山,且在 26 个州立 DoT(交通部)和若干汽车巨头的支持下几乎接近成功的局面。但是画面中更醒目的反而是正在拆台的 C-V2X 邪恶技术巨人。因为认识不到 C-V2X 的商业部署潜力,所以在丰田人的眼里,C-V2X 唯一的目标就是只有「拆台」,而且恰恰就是要拆 DSRC 的台。
如果可以成功让 DSRC 回退到「依然有可能的」低谷状态,那么将会让美国面临没有 V2X 技术的局面(上图中居中的低谷),即「No V2X Deployment」的局面。而 C-V2X 真正要取得胜利,那是一种几乎不可能的状态(上图中居左的低谷),即 Very unlikely = Non-DSRC Deployment 的局面。
所以我特别能理解 DSRC 技术届面临目前 FCC 取消其专用 75MHz 频段特权的重大打击,备受敌视且轻视的 C-V2X 技术终于慢慢长大并献上致命一击…所以上图应该得到修正,左侧的两个山谷合二为一,可惜当下的 DSRC是否还有可能认识到这一点,能继续在 IEEE802.11bd 的标准上,完成转身。
可笑的是,提供类似隐喻观点的丰田汽车,在第二年(2019 年春天)即宣布停止在美国再发售前装 DSRC 装备的车辆,可见 DSRC 的危机,不是一天两天阵痛了。
接下来,将花些篇幅分期介绍 LTE-V2X 的技术优势(如果可能,就对比着 DSRC 来做讲解),权当在崭新车联网局面下的铺垫,以飨读者,共同进步。
各种遮挡环境下的无线信号有效传播距离;
各种车速状态下的无线信号有效传播距离;
射频仿真环境下的最大并发数量;
在无线信号的传播时延方面,两者基本持平。
以上的四个大类指标,都显示 LTE 的指标要好于 DSRC。溯本求源,LTE 的车联网技术优于 DSRC 的本质,还是两者所依赖的技术不同。如果再往深究,就是两种无线技术所采用的空中接口的物理信道在一些关键点上的处理和选择的不同。
下面我们引用 C-V2X 的第一吹鼓手,高通公司的一篇市场推广资料,佐证和分析一下为啥 C-V2X 的物理基础好于 DSRC。
高通擅长终端侧的芯片实现,不仅是应用的 AP 还是通讯用的基带芯片,都是业内长时间以来的最大的供货商。因此高通的分析有一定的代表性和权威性。在高通的观点中:在相同的场景条件下,C-V2X 的覆盖效果好于DSRC 至少两倍。这个两倍的增益,如果完全体现在覆盖距离上,意味着 C-V2X 的 RSU 建设成本更低也更合理,更能被运营和建设方所接受;如果完全体现在信号的收发强度上,则意味着相同的距离内,车辆 OBU 和路边的 RSU 接收和处理信号可靠度更高,而出现误码率被迫重传的可能性更低。
既然大家都跑在相同的频段并且占用相同的信道带宽,而且共同遵守相同的射频指标限制(各国无线电管理机构都会严格限制各个频段上的发射模板),在这个拉平的外界环境下,能拥有这个 2 倍的增益,就相当可观了,可以构成绝对优势。
要解释清楚这个 2 倍的覆盖距离优势,分三点解释:
第一点:Transmission Time;
两种车辆网技术,基础的物理信道模式都是分别严格遵循 LTE 和 WiFi 的规则和格式的。CV2X 的空中接口机制跟随 LTE 标准,在预定义的报文长度下,一个帧(1ms)上的 3.3MHz(即频域上大概 220 个无线资源单元)即可传送完毕,那么 LTE 的机制保证了不会分配给类似数据报文更宽的频宽。在这个条件下,发射功率将会被集中使用在这个频域上 3.3MHz 时域上 1ms 的无线资源块上。
对比基于 WiFi 规则的 DSRC,802.11p 这个协议不能在频域上做任何切割和复用,因此一旦竞争到空中时隙资源,只能在时域上一次性将所有的报文发送出去,如果 10MHz 的频带完全沾满,则发送报文的时长将会大大缩短,按照 f=1/T 的原则,为 0.33ms。同样在这个条件下,发射功率将会被集中使用。
两个传送信道的频率占用跨度相差三倍,则频率跨度越小,意味着每个 Hz 上调制数据所分摊到的发射功率即越大,C-V2X 将享受每 Hz 上比 DSRC 更多的功率配额,虽然都是 0.1 瓦的总功率。
因此,高通认为,每个数据报文(packet)为单位看,C-V2X 的实效发射功率比 DSRC 技术大三倍,即有 4.8dB 的增益。这相当于凭空多了一个不小的物理天线了。
第二点:Waveform;
参见上图,关于波形这一块解释起来可能比较费劲,但简单讲其实也不难。DSRC 和 C-V2X 都是 OFDM 调制方式,这种调制方式虽然有调制效率高,可以部署在大的载波带宽上的绝对优势;但也有合成波形高峰均比 PAPR 从而导致高耗电的劣势。如果处理不好,意味着发射机无法处于全力工作的状态(容易饱和失真)。
LTE 体系下,这个问题得到了充分的考虑,而WiFi没有做相关的技术改善。因此 SCFDM 可以让 C-V2X 工作于更高的平均发射功率上而不会导致发射波形失真;与此同时,WiFi 的 OFDM 只能回退 2dB,这是天然的功率损失。
第三点:Turbo codes;
参见上图,编码技术历来是通讯系统的核心技术,每种编码技术都有明确的核心专利。比如这次 5G 系统上宣传的沸沸扬扬的华为极化码被选中做控制信道的编码,Polar 码的实际发明人是土耳其教授,荣获华为最高奖,就是这个道理。LTE 作为适用场景更严苛的无线技术,编码的选用是很讲究的,Turbo codes 是一种非常先进的编码技术(但在 5G 被淘汰了);对比之下 WiFi 的编码技术 CC 在解码准确率和开销上,也天然比 TC 要差,反映到功率预算上,就是差 2 个 dB。
这样综合以上三点看,仅仅功率/链路预算上,DSRC 就比 C-V2X 天然吃亏 9 个 dB,即绝对值的 8 分之一(3dB 一倍)。这是技术上的巨大劣势。
本次 DSRC 频率重耕,FCC 的主要判据就是性能相对不稳定,部署的核心——链路预算吃紧,意味着组网成本会很高。
也许这就是压死白马的最后一根稻草吧!
当然我们寄希望基于 802.11bd 的全新的 DSRC 技术可以翻身再来,技术竞争永远是进步的核心动力。所以今后我们还是会保留对于 802.11bd 技术的跟踪和分析,并与各位保持同步。
备注:
1 插图1来自于订阅号佐思汽车研究的相关文章美国的DSRC进展,原作者为TOYOTA INFO Tech;插图2/3/4/5皆来自于高通的市场宣传资料《AcceleratingC-V2X commercialization》;
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