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新思科技大咖谈:为什么说5G+C-V2X,缺“IP”不可?

人工智能已经成为这个时代最大的风口,作为“衣食住行”中结合点最多的一环,智能联网汽车也随之被推上了历史的最前沿。

如果说此前的车联网只能进行简单的实时导航、连接信息娱乐系统和获取应急服务。5G时代的到来,将打开车联网更大的想象和应用空间。“5G等新型蜂窝网络还将支持其他应用,如自动驾驶,以及车对车 (V2V)、车对路侧基础设施 (V2I)、车与应用服务器 (V2N) 和车与行人 (V2P) 通信。”新思科技(Synopsys)汽车IP部门经理 Ron DiGiuseppe提到。

具体而言,5G具备何种优势能与C-V2X更好地结合,并起到相得益彰的结果?为什么说IP供应商在5G C-V2X发展过程中不可或缺?Ron DiGiuseppe用易懂而凝练的语言讲解了5G C-V2X与IP的关系。

 

5G C-V2X成功的三大关键因素

5G具有更高的吞吐量、可靠性、可用性和更低的延迟,将支持统称为 V2V/V2I(V2X 或车联网)的新型安全灵敏性应用(图 1)。

标准化组织第3代合作伙伴计划 (3GPP) 从第14版开始就将直接通信功能加入到新型蜂窝网络标准中,以保障V2X应用。随着蜂窝车联网(C-V2X)技术的发展,与市政府、蜂窝网络提供商、芯片组供应商和路侧单元(RSU)设备制造商的合作正在开始商业试行,以便 C-V2X应用能够在短期内得到采用。“5G技术、SoC和高性能IP解决方案是实现C-V2X技术的主要助力,因而成为保障5G C-V2X成功的关键因素。”Ron DiGiuseppe如是说。

 

5g city
图 1:新型 5G数据通信实现车对车/车对路侧基础设施应用

 

5G C-V2X提供了一个通用的无线网络,支持城市、郊区和高速公路驾驶条件下多种应用的融合。5G C-V2X将支持多种新型汽车应用,包括防撞和安全系统(V2V)、交通信号定时/优先权(V2I)、实时交通/路线和云服务(V2N),以及行人/骑行者安全提示(V2P)。表格1展示了C-V2X 技术为安全应用带来的优势。

 

C-V2X 技术
表格 1:C-V2X 技术为安全应用带来的优势

 

5G在C-V2X应用中发挥几大“特长”

3GPP已根据5G标准引入新功能,以便将5G用于C-V2X应用。与4G LTE相比,5G规定了1毫秒 (ms)端到端传输延迟的要求。若要最大限度缩短V2X通信响应时间,就必须达到该值。现有的4G LTE系统存在各种限制(例如1ms长度的子帧),使其无法达到1ms端到端传输。1ms长度的子帧会导致4G LTE超出1ms的端到端传输要求。而这只是用于传输数据,还不包括网络和处理时间引起的延迟。除了低延迟,5G还通过限制数据包丢失来提高网络可靠性,这些对于提供攸关安全的V2X服务都是必需的。最后,还需要高达20Gb/s的5G高带宽传输速率来支持实时映射自动驾驶、软件更新和流式多媒体信息娱乐系统。

当下,5G无线电和处理器半导体SoC供应商正在测试5G C-V2X 技术并将其与替代性V2X无线电技术(如基于IEEE 802.11P 的专用短程通信技术 (DSRC))在各种运行环境中进行比较,5G C-V2X应用必须达到明确定义的性能指标。

早前,DSRC 技术已由美国国家公路交通安全管理局 (NHTSA) 确定用于 V2X 应用,但是在行业委员会引入C-V2X 时,美国运输部 (USDOT)却推迟了授权 DSRC的程序。现在业内虽然同时执行DSRC和C-V2X协议,但不同地区可能会采用不同技术,而一级汽车和半导体供应商会将这两种协议都添加到各种产品中。

5G C-V2X与替代方案DSRC对比,优势何在?

业内正在评估5G C-V2X在多个测试环境中的操作能力以验证其性能,并将其与作为替代方案的DSRC进行比较。5G汽车协会 (5GAA)是一个由汽车、科技和电信行业的企业组成的全球跨行业组织,致力于为未来的交通和运输服务开发端到端解决方案。5GAA在2018年10月发表的一篇标题为 “V2X功能和性能测试报告,包括测试程序和结果”的论文中介绍了测试结果。在该测试报告中,5GAA 将视距场景和非视距测试案例中的C-V2X和DSRC 进行了比较。表格2展示了测试结果。

 

有效发射功率为 11 dBm 时 DSRC 和 C-V2X 之间的范围比较
表格 2:有效发射功率为 11 dBm 时 DSRC 和 C-V2X 之间的范围比较
5G C-V2X 的部署时间表

如上所述,市政府、蜂窝网络供应商、芯片组供应商和路侧单元 (RSU) 设备制造商正在合作开始商业试行,以便近期采用C-V2X应用。图2显示了5GAA发布的C-V2X部署时间表。3GPP第14版(R14)是C-V2X部署的关键节点,因为它增加了网络通信改进、提高了数据容量、管理更大规模的连接设备,并提供更短的延迟和更高的可靠性。3GPP 第16版(R16)将改善带宽、延迟、可靠性并强化安全性。

 

C-V2X 技术部署时间表
图 2:C-V2X 技术部署时间表;原始来源:5GAA

 

高通等半导体供应商此前推出了相应的SoC,例如 9150 C-V2X 芯片组和具有集成 GNSS 精确定位功能的参考设计,运行智能交通系统 (ITS) V2X 堆栈的应用处理器,以及提供安全 V2X 通信的硬件安全模块 (HSM)。

2019 年1月7日,高通公司宣布与拉斯维加斯市、南内华达州地区运输委员会和 RSU供应商 Commsignia 合作实施 C-V2X 试行。随着V2X试行的推进,行业利益相关者计划推出V2X基础架构,而汽车一级供应商设计师和汽车制造商则计划采用 C-V2X 模块。能够实现C-V2X功能的SoC是成功试行和全行业推广的关键所在。因此,未来5G C-V2X应用必需用到最优秀的处理器、模拟IP和接口IP解决方案来实现。

结语

汽车供应链中的半导体设计人员和IP供应商在实现新一代5G C-V2X SoC中发挥着关键作用。C-V2X SoC可能包含大量第三方IP,用于执行关键的嵌入式处理器加速、传感器融合、多媒体、安全和高级连接功能。尽管IP供应商的业务已经渗透到消费类电子产品、手机、电脑和通信应用的半导体生态系统中,但并非所有 IP 供应商都能支持严格的汽车级要求。设计人员在启动新一代 C-V2X SoC 时,必须评估IP供应商是否有能力提供获得ISO 26262认证的ISO 26262安全包。“具备相关资源的IP供应商能够帮助确保汽车 SoC 供应商、一级供应商和OEM成功达到5G C-V2X SoC的功能、性能、质量和可靠性水平,从而能够针对28nm、16/14nm、7/8nm FinFET技术部署应用。”Ron DiGiuseppe提到。

据了解,业内知名IP供应商新思科技 早于2018年5月,其设计平台中的所有工具(采用 Fusion 技术)就已通过业界最全面的独立 ISO 26262 汽车功能安全标准认证。

2019年10月,新思科技推出业界首款统一功能安全验证解决方案,能够助力实现最高汽车安全等级(ASIL D)的车载IP核和半导体公司尽快通过ISO 26262认证。