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來源：貿澤電子 作者：Doctor M Vehicle to Everything (V2X)，車聯萬物，簡單來說，就是賦予車輛通信能力，通過多種通信形式將車輛連接到任何可以與車輛交互的對象，包括其他車輛、行人、路邊基礎設施和網絡。V2X連接了行人、車輛、道路、云和其他交通要素，允許車輛收集更多信息，并促進自主駕駛技術的創新和應用。此外，V2X還有助于構建智能交通系統，開發新的車輛和交通服務模式和形式，提高交通效率，節約資源，減少污染，避免交通事故，改善交通管理。在很大程度上，V2X技術正在成為決定未來幾年自動駕駛汽車成功的關鍵因素之一。許多頂級汽車制造商，包括寶馬、梅賽德斯、路虎、雷諾、大眾等均已加入V2X發展陣營。 什么是V2X技術？ V2X是新一代無線電通信技術，它可以實現車輛與其環境要素之間的實時通信，如其他車輛、道路基礎設施、行人、摩托車、騎自行車的人，以及使用道路的任何人或任何其他東西。根據初始設計，這項技術主要依賴于5.9GHz頻段的專用短程通信建立起可靠的無線電鏈路。 V2X的主要目標是拯救生命，這可以通過在緊急情況下控制車輛移動來實現。另一個涉及車輛控制的重要目標是通過改善與周圍車輛的協調來提高交通效率。V2X技術允許車輛在半徑近1,000米的范圍內與其周圍的車輛和基礎設施交換信息。如果將V2X的交換信息與當前ADAS輸入數據相結合，能有效擴大實際可視性并防止事故。 連接的車輛會交換幾種類型的V2X消息，共享的數據包括從位置、速度和方向到任何周圍障礙物等信息。分散環境信息 (DENM) 允許連接的車輛發送/接收有關危險駕駛行為、事故、危險天氣條件和交通的警報。這些警報可用于確定必要的警告和相關措施。 根據V2X數據降低速度，可以防止或顯著降低可能發生事故的嚴重性。相隔幾百米的車輛可以使用V2X進行通信。在駕駛員或其他駕駛輔助傳感器觀察到危險之前，可以很早就檢測到危險情況。在大多數情況下，不需要急剎車或快速操縱，因為此前的預警讓駕駛員有足夠的時間減速并稍微改變車輛的行駛路線以規避潛在的危險。 創建嵌入式系統安全的四個步驟 保證嵌入式系統足夠安全絕非易事，目前行業里尚無針對所有嵌入式設備的通用安全策略。不過，設計人員可以嘗試從以下四個方面入手去開發一個安全可靠的嵌入式系統。 一是評估潛在的威脅和漏洞。具體操作包括：分析產品的生命周期，評估開發商、硬件制造商、軟件供應商、電信運營商、用戶和任何相關方對最終產品安全的影響，確定所有可能的軟件和物理攻擊點及其發生的可能性，制定有安全要求的技術規范。 二是根據需求設計可靠的軟件體系架構。充分利用中間件和虛擬化技術，進行組件劃分，還應允許在共享平臺上運行多個操作系統。 三是選擇工具和組件。為嵌入式系統選擇的軟件開發平臺其安全性至關重要，它必須符合國際或地區安全標準。系統硬件的選擇亦是如此，從制造商和分銷商處購買的所有電路板、傳感器和外圍設備都應符合解決方案所需的安全標準。 四是進行安全測試。嵌入式系統中硬件和軟件組件的安全測試不應被忽視，要作為必選項獨立于系統其他測試功能。 V2X體系結構 V2X技術有多種通信形式，包括V2V (車輛到車輛) 和V2I (車輛到基礎設施) 、V2P (車輛到行人) 、V2C (車輛到云) 等技術。 
圖1：V2X體系結構 (圖源：ADI) · V2V (車輛到車輛)：V2V使得車輛之間能夠無線交換有關其速度、位置和行駛方向的數據，其目標是通過預測潛在的碰撞來緩解道路擁堵，減少交通事故。V2V還可用于提醒周圍車輛緊急制動、危險交通狀況和天氣狀況等。 · V2P (車輛對行人)：世界衛生組織報告稱，全世界每年有近27萬行人死于交通事故。V2P技術有可能大幅減少這一數字。此外，能智能手機和其他智能設備上的V2P技術還能幫助行人與車輛交換有用的數據。除了分享位置信息，行人的設備還可以警告司機，比如他們需要更多的時間過街。這項技術對老人和兒童將起到一定的保護作用，是一個很實用的功能。 · V2I (車輛到基礎設施)：V2I是一種智能通信技術，它允許車輛與道路基礎設施進行通信。這是一項世界性的技術，旨在幫助智慧城市的實現，使全球道路更加安全。V2X的路邊單元 (RSU) 還用于警告車輛有關道路狀況，比如道路施工情況，以便他們可以安全減速和變換車道，避免突然制動帶來的潛在危險。據公開的數據，數千臺配備V2X設備和攝像頭的路邊單元已經在美國、歐洲和亞洲使用，美國25多個州和20多個歐盟成員國已經啟動了基礎設施部署項目。 · V2C (車輛到云)：V2C的目標是使車輛能夠與云進行通信。事實上，車輛使用V2C技術來訪問信息娛樂和其他領域的車內服務，能有效提高駕駛效率和樂趣。 V2X技術是決定未來幾年自動駕駛汽車成功的關鍵因素之一。這項技術正在迅速崛起，并將有可能克服ADAS系統 (高級駕駛員輔助系統) 的局限性，同時確保道路安全，并通過緩解交通擁堵來減少能源/燃油消耗。奧迪美國是首家宣布通過V2X技術擴展交通信號燈信息的制造商，該技術包括綠燈優化速度咨詢 (GLOSA) 系統，為奧迪駕駛員提供速度建議，以幫助他們趕上綠燈。 V2X發展路線圖 V2X的應用進程將分階段推出，稱為“Day1”、“Day2”和“Day3”。其中，Day1 V2X提供救生情景感知；Day2 V2X應用程序可以利用其他車輛共享的傳感器數據；Day3 V2X應用程序主要提供車輛之間協商的方式，以提高道路的使用效率和安全性。為了簡化V2X的引入，早期的Day1實施只會提醒駕駛員，而不會控制車輛。 從一個V2X部署階段轉移到下一個階段，例如從Day1到Day2，將受到多個因素的制約。 一是下一代通信標準的可用性：V2X每一個階段的用例均需要高可靠性和極高級別的通信吞吐量，因此，應首選先進的新通信標準3GPP C-V2X Rel.16或IEEE 802.11bd。這些標準正在制定中，幾年后產品將實現商業化。 二是自動車輛 (AV) 的普及程度：AV將在V2X上更可靠地運行，尤其是在具有豐富數據的可靠目標檢測、交通燈指示、道路使用者之間的協調以及檢測障礙物的能力方面。高度自動化車輛的普及率越高，V2X Day2 / Day3部署的需求就越高。 對V2X的發展，市場預期是這樣的：Day1的服務從2019年開始大規模部署；Day2的服務部署計劃在2024年底開始；Day3預計將在2028年。
圖2：預期的V2X發展路線圖 (圖源：Auototalk) V2X中的兩種無線接入技術 目前，有兩種無線技術通過相互補充用以滿足V2X服務的關鍵需求。這兩種技術分別是C-V2X和DSRC/ITS-G5，它們在許可和非許可兩個不同頻段上運行。 · DSRC/ITS-G5 DSRC是由IEEE制定并且有主要車輛制造商支持的標準，它的標準化流程可以追溯至2004年，IEEE在802.11無線局域網 (WLAN) 標準系列下制定了新的車載通信標準，即IEEE 802.11p，直至2007年左右，IEEE 802.11p標準才趨于穩定。接下來，IEEE又著手制定了1609.x系列標準，用作V2X的安全性框架。與此同時，美國汽車工程師協會 (SAE) 從汽車工業的需求出發，開始制定關于V2V應用的標準，并將其稱為DSRC，采用的通信標準即是IEEE 802.11p和1609.x。區別于其他常見的WiFi、藍牙等通信協議，位于5.9GHz頻帶的一段75MHz帶寬被劃為DSRC的專屬頻譜。 · C-V2X C-V2X (蜂窩V2X) 是基于3GPP全球統一標準的通信技術，基于4G/5G等蜂窩網通信技術演進形成的車用無線通信技術，包含LTE-V2X和5G-V2X。 在過去幾年中，DSRC是唯一可用的V2X技術。經過長時間的多次大規模現場測試，基于DSRC的V2X于2015年在日本投入生產，并于2017年在美國選定車型投入生產。2019年，大眾發布了基于DSRC的高爾夫8，也是該公司市場上第一款使用V2X的汽車。在美國，數以千計的RSU裝備了DSRC V2X。在此過程中，中國則力推C-V2X的部署。目前，有關DSRC和C-V2X這兩項技術的發展以及應用場景的討論仍在繼續。 在V2X的部署上，歐洲走在了行業的前列。基于Wi-Fi的DSRC技術，繼大眾高爾夫8推出之后，大眾汽車ID.electric系列也配備了基于DSRC的V2X技術，這是V2X在全球量產汽車中的極大規模實施。在基礎設施建設方面，奧地利高速公路運營商ASFINAG已開始在全國范圍內的高速公路上安裝DSRC V2X技術。 V2X產品及用例 作為“綠色交通”創新項目的一部分，德國漢堡港務局與恩智浦 (NXP)、西門子 (Siemens) 等企業合作，利用NXP V2X技術改善繁忙港區的交通流量，V2X路側單元 (RSU) 已經安裝到當地的交通燈控制器上。自2021年初起，陸續有150輛卡車配備了以V2X技術為特色的車載單元 (OBU) 。RSU和OBU之間的雙向通信使裝有OBU的卡車司機能夠在交通路口請求優先權，并且RSU向OBU發送速度建議信息和下一個路口綠燈的倒計時。這些V2X部署均是通過NXP的RoadLINK V2X產品系列實現的。采用的芯片組是單芯片V2X調制解調器SAF5400和完全認證的硬件安全元件SXF1800，符合通用標準EAL4+和FIPS 140-2 3級。 NXP RoadLINK SAF5400/V110是第二代V2X解決方案，支持歐洲、北美和韓國定義的全球DSRC標準，提供高性能橢圓曲線數字簽名算法 (ECDSA) 驗證引擎、MRC天線分集和遠程天線控制。帶有軟件定義無線電 (SDR) 處理器的SAF5300/SAF5400收發器為V2V和V2I應用提供了系統解決方案，覆蓋了世界各地的V2X應用，具有高質量的通信性能和AEC-Q100二級資質。收發機上集成了RFCMOS芯片，與基帶處理器相結合，執行數字調制 (PHY) 和媒體訪問控制 (MAC) 處理。 RoadLink方案中采用的SAF5400芯片是一款適用于V2X應用的汽車認證單芯片DSRC調制解調器，每秒接收和驗證多達2,000條消息，基于軟件定義的高 RX/TX質量，為傳輸和接收的消息提供更好的保障。此外，SAF5400采用球柵陣列 (LFBGA249) 封裝，占據很小的PCB空間，非常適用于多層PCB。
圖3：SAF5400 芯片方框圖 (圖源：NXP) DSRC和C-V2X源于不同的技術，源于WiFi的DSRC，在部署上可以借用現有的ETC資源和基礎設施，易于推廣，但也存在著傳輸可靠性和速率低、傳輸范圍小、傳輸時延較大，以及通信傳輸穿透性不強等問題。源于LTE的C-V2X，尤其是5G的大規模商用，獨有的高傳輸可靠性、百兆級傳輸速率，理論可達1,000米的傳輸范圍，低至1-3毫秒的傳輸時延等技術，使其在V2X應用市場大有后來居上的趨勢。然而，對于任何移動網絡運營商來說，提供100%的蜂窩網絡覆蓋率都是一個非常困難的挑戰。對于聯網和自動駕駛而言，無線電覆蓋漏洞將帶來更糟糕的后果。ADI公司的RadioVerse方案為C-V2X提供了無線電增強功能，即便在沒有網絡覆蓋的情況下也可以工作。 ADRV9026是RadioVerse組合在雙波段軟件無線電 (SDR) 方面的產品之一，是一個單芯片、高集成度射頻IC。它有四個發射和四個接收通道，可以獨立編程和控制。通過使用先進的本地振蕩器結構，ADRV9026可以在6GHz以下的多個頻段同時發射和接收。圖4顯示了使用單個射頻IC ADRV9026在不同頻帶或不同無線接入中并發傳輸和接收的示例。
圖4：ADRV9026能夠在多個頻段同時傳輸和接收 (圖源：ADI) V2X前景展望 目前，世界各地的許多V2X試驗都在進行中，美國、中國和諸多歐盟成員國都在積極部署與V2X基礎設施相關的項目。支持V2X的汽車制造商有奧迪、寶馬、戴姆勒、福特、路虎、雷諾、特斯拉和豐田等國際知名企業。除此之外，一大批的半導體企業也在全力布局V2X產業，NXP、ADI、高通、博世、Intel均已開發并推出了因此相應的V2X智能交通產品。也許，V2X這項技術將在未來十年內遍布世界的每個角落。 根據Industry Research預測，2022-2028年期間，在汽車市場，全球V2X規模預計將從2021年的18.65億美元增長到2028年的193億美元，年復合增長率 (CAGR) 達到38%。Markets and Markets Research則預計，到2027年，V2X技術的普及率將達到60%左右。從主要參與者來看，美國有望成為全球領導者，北美將是2017年至2025年期間最大的V2X市場，其次是歐盟國家。到2025年，僅V2X網絡安全這一項就會有3.65億美元的市場。盡管在今天看來V2X可能是一種新興技術，但不久之后，它將成為大多數基礎設施計劃中的固定設備。 |
