車對車(Car-to-Car)通信性能可望大幅精進。由于汽車無線電性能極易受到周遭環(huán)境影響,因此車廠在導(dǎo)入IEEE 802.11p車對車通信功能時,多會借力天線分集設(shè)計與高階數(shù)字信號處理器,以降低天線自屏蔽效應(yīng),改善收發(fā)器信號品質(zhì)。
在推出IEEE 802.11p Car2X應(yīng)用時,原始設(shè)備制造商(OEM)希望獲得更多擴展性(Scalability),以便為低階到高階市場提供服務(wù);而天線的數(shù)目,以及天線拓撲與相應(yīng)的基帶處理是實現(xiàn)擴展性的關(guān)鍵考慮。
智能運輸系統(tǒng)(ITS)的應(yīng)用場合要求接收端具備不同的可靠性,同樣影響天線拓撲的選擇。雙IEEE 802.11p天線可促成分集接收與發(fā)射方案的改善,進而提升服務(wù)品質(zhì)(QoS)。
由于OEM和一級汽車電子供應(yīng)商皆希望打造一個能涵蓋所有參數(shù),且系統(tǒng)成本最低的設(shè)計,因此具備可擴展性、可實現(xiàn)更短RF電纜,且同時支持單信道和雙信道分集的IEEE 802.11p解決方案,已日益受到市場矚目。
ITS為汽車產(chǎn)業(yè)帶來新契機
ITS是新興的應(yīng)用領(lǐng)域,為一系列工具開啟了新市場,提供更安全、更環(huán)保的駕駛體驗。推動該領(lǐng)域發(fā)展的因素之一是車對車(C2C)和車對基礎(chǔ)設(shè)施(C2I)的無線通信。廣播與接收汽車位置和速度資信能讓汽車建立周圍環(huán)境的動態(tài)模型。
車 對車通信聯(lián)盟和防撞系統(tǒng)合作團隊(CAMP)等產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的行動,反映目前全球正致力朝向ITS發(fā)展,如展開各種專案計劃以及制定各種標準(IEEE 1609和ETSI TC-ITS)。另外,荷蘭的SPITS荷蘭、德國的simTD、法國的Score@F與美國的Safety Pilot等ITS相關(guān)實地測試計劃,亦如火如荼進行中。
但一個待解決的重要問題是:如何將ITS導(dǎo)入汽車中?要獲得一個有效的互聯(lián)汽車網(wǎng)絡(luò),至少有10%的汽車需要配備ITS模組。為在最短的時間內(nèi)達到此目標數(shù)字,低階、主流和高階汽車都須具備車對車通信的連結(jié)能力,因此解決方案須要具備擴展性,方能滿足不同的成本考慮。
系 統(tǒng)擴展性是由多方面所決定,天線位置和無線電前端模組位置(調(diào)諧和基帶處理)是關(guān)鍵成本因素。弧形車頂會在一特定方向上造成自屏蔽,而天線分集可大幅減少 該效應(yīng)。同樣地,天線分集亦可改善在玻璃車頂、行李架和雪橇架上的性能。另一方面,在低階和主流汽車中,天線模組可能會安裝在單一位置上。無線電前端模組 含有IEEE 802.11p/1609.x收發(fā)器,在空間許可的情況下可靠近天線安裝并連接,也可集中放置在箱內(nèi),電纜的成本與性能將受到該選擇性影響。
差 異化的另一方面在于同時接收的通道數(shù),用戶可以使用雙通道接收器,以便保持同時接收控制信道和服務(wù)信道的信號;也可使用單通道接收器,并在兩個通道間進行 切換。通道間切換使所需資源減半,同時降低物料成本。雖然強烈建議在安全應(yīng)用中采用雙通道接收器以獲得最佳的接收品質(zhì),但也可在單天線接收和雙天線(分 集)接收之間做出選擇。使用分集接收能夠良好地應(yīng)對車對車通信中快速變化的多通道環(huán)境,使接收更穩(wěn)定。
從ITS面市的第一天起,眾所關(guān)注的 焦點即是整合應(yīng)用實例,如車輛緊急狀況警告、防碰撞支持、緊急制動燈、危險位置警告等。正如部分產(chǎn)業(yè)論壇所得出的結(jié)論,單安全通道(CCH)接收應(yīng)足夠應(yīng) 付初階應(yīng)用系統(tǒng)。未來會提供服務(wù)通道(SCH),推出諸如交通資信、網(wǎng)絡(luò)可用性、收費等各種應(yīng)用實例。
天線/收發(fā)器位置決定通信性能
表 1分別顯示有/無天線分集情況下的接收/發(fā)送安全和服務(wù)通道。在無分集的情況下,通過高階數(shù)字信號處理應(yīng)對惡劣的車對車無線電環(huán)境,可以改善接收品質(zhì)。除 此之外,天線(或空間)分集是一種廣為人知的接收增強技術(shù),可減少信號衰減和都普勒效應(yīng)(Doppler)。OEM必須指定汽車是否只能操作安全通道,或 者可同時操作安全信道和服務(wù)信道。另外,使用分集技術(shù)結(jié)合適當(dāng)?shù)幕鶐Ы邮掌鞲唠A數(shù)字信號處理,可提升品質(zhì)。如果安裝了兩個天線,則可實現(xiàn)發(fā)送分集,并使其 他汽車內(nèi)的接收器更佳地擷取或接收802.11p信號。
OEM 對ITS天線的位置以及所用天線的數(shù)量將會有不同的要求,主要考慮為外觀美感、汽車類型及接收性能(如前文所述的分集應(yīng)用)等因素(表2)。若車頂相對較 為平整,則OEM可決定以鰭狀配置安裝一個或兩個天線,若ITS波長夠短(約5公分),兩個鰭狀天線毋須考慮近場天線物理定律。若車頂呈弧形,則鰭狀配置 ITS天線會降低全向信號強度,使天線的輻射信號呈非對稱狀。解決方案之一是安裝兩個天線,一個靠近后照鏡,另一個安裝在車頂。又如敞篷車或無法進行鰭狀 配置的車輛,也可將天線安裝于側(cè)后照鏡內(nèi)而非安裝于車頂上。通常,如果天線安裝在鏡子中,則須采用數(shù)字基帶處理器進行分集接收。
ITS 收發(fā)器位置,以及相對于天線的ITS基帶處理器位置都會影響成本。在5.9GHz下,RF電纜具有相對較高的電纜損耗。為了滿足RX靈敏度要求以及TX發(fā) 送功率要求,發(fā)送器或基帶須安放在天線附近,或?qū)μ炀€模組進行補償(如LNA和PA等主動式天線)。當(dāng)天線相對較遠時(如超過1公尺),可能需要更長的同軸電纜才能實現(xiàn)分集。另一個方法是在模組間提供數(shù)字接口,可在組件之間實現(xiàn)分布式對稱處理。接下來將分析幾個分集情境。
未 來OEM不僅通過ITS,還會使用雷達、超音波、攝影裝置等增強汽車安全性。汽車中的中央微處理器(MPU)通過將應(yīng)用軟件與不同應(yīng)用的上層軟件相結(jié)合, 可實現(xiàn)某種形式的感測融合。當(dāng)安全硬件和軟件位于中央微處理器層,而非位于基帶處理器上時,便產(chǎn)生了一個系統(tǒng)層面的定義。
上述所有要求將會 產(chǎn)生下列部署選擇:系統(tǒng)最多可同時支持多少通道(CCH和SCH)?可采用多少天線?接收是否具有分集特性,以改善性能?天線和ITS子系統(tǒng)安裝在哪里? (安裝在左后照鏡中,還是采用鰭狀配置?安裝在車頂下方靠近天線的位置,或/和后視鏡中?安裝座位下方的箱子或行李箱中?)另外,ITS做為傳感器是否與 其他傳感器組合(如雷達、行車攝影裝置等)?
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