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汽车应用的 5G 采用
Synopsys 汽车 IP 部门经理 Ron DiGiuseppe
如今，数以百万计的车辆都会连接到蜂窝网络，以便进行实时导航、连接信息娱乐系统和获取应急服务；然而 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。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）的新型安全敏感性应用（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以采用。 5G 无线电、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。
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 将支持多种新的汽车应用，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 突出显示了 C-V2X 技术为安全应用带来的优势：
表格 1：C-V2X 技术为安全应用带来的优势
面向 C-V2X 应用的 5G 数据通信
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。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，而这对于提供安全攸关的 V2X 服务是必需的。最后，还需要高达 20 Gb/s 的 5G 高带宽数据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。
在 5G 无线电和处理器半导体 SoC 供应商目前正在测试 5G C-V2X 技术并将其与替代性 V2X 无线电格式（如基于 IEEE 802.11P 的专用短程通信技术 (DSRC)）进行比较的各种环境中运行时，5G C-V2X 应用必须达到明确定义的性能指标。DSRC 技术之前已由美国国家公路交通安全管理局 (NHTSA) 确定用于 V2X 应用，但是在行业委员会完成引入 C-V2X 时，美国运输部 (USDOT) 却推迟了授权 DSRC 的程序。在 2018 年度国际先进无线电技术研讨会的主题演讲中，NHTSA 副行政官 Heidi King 表示：“相对于支持 V2X 技术的通信协议，USDOT 仍然保持技术中立。” 并且 King 女士还表示：“我们以往的研究主要集中在 DSRC，因为这曾是唯一可用的技术…… 但如今，我们也在与业内合作伙伴共同探索新兴的蜂窝 V2V (C-V2X) 功能。” 1 虽然业内执行 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 性能
行业利益相关者正在评估 5G C-V2X 在多个测试环境中的操作能力以验证性能，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；测试程序和结果”2 的论文中介绍了测试结果。在该测试报告中，5GAA 结合了 WIFI 和邻近 DSRC 信号，将视距场景和非视距测试案例中的 C-V2X 和 DSRC 进行了比较。此测试得出了可靠性为 90% 的有效范围。表格 2 展示了测试结果。
表格 2：有效发射功率为 11 dBm 时 DSRC 和 C-V2X 之间的范围比较2
5G C-V2X 部署
如前所述，与市政府、蜂窝网络供应商、芯片组供应商和路侧单元 (RSU) 设备制造商的合作正在开始商业试行，以便近期采用 C-V2X 应用程序。图 2 显示了 5GAA 发布的 C-V2X 部署时间表。3GPP 第 14 版 (R14) 是 C-V2X 部署的关键环节，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。
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已经发布了 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3 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。此次试行是拉斯维加斯首次公开安装 C-V2X。试行将在整个城市的近 100 个交叉路口使用 Commsignia 的车载单元 (OBU) 和 RSU 以及配备 C-V2X 售后市场 OBU 的车辆，用于演示 V2I 用例，包括车辆的交通信息。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。实现 C-V2X 功能的半导体 SoC 是成功试行和全行业推广的关键所在。务必要使用最优秀的处理器、模拟 IP 和接口 IP 解决方案来实现此类功能。
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。承诺满足汽车行业要求并具备相关资源的 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 28-nm、16-/14-nm、7-/8-nm FinFET 技术部署应用。
网站页面：汽车用 DesignWare IP
参考
2 V2X-Functional-and-Performance-Test-Report_Final_051118, 5GAA
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