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2021/3/23 10:34

鸿课堂∣大唐高鸿高明军:C-V2X测试验证与项目实践

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日前,大唐高鸿智能网联产品事业部测试团队负责人高明军在线分享了C-V2X测试、PC5 通信功能与性能测试、V2X 应用场景测试、网络规划与优化、项目测试实践等C-V2X测试验证和项目实践内容。

一、 大唐高鸿C-V2X发展

中国信科集团是国务院国资委直属高科技中央企业,是国内移动通信光通信数据通信微电子芯片等产业的国家队及策源地。

大唐高鸿是中国信科集团旗下高新技术企业(股票代码:000851),也是集团车联网产业的骨干载体。依托中国信科集团在移动通信领域的丰富技术积累,大唐高鸿近年来一直致力于车联网相关产品的研发以及产业化的推进,在标准、技术、产品及落地应用方面均处于领先地位。

大唐高鸿是C-V2X系列标准的核心制定者,五大标准化组织的核心成员,参编标准超过数十项,拥有多项C-V2X核心专利,同时也是车联网领域国家重大科技专项的牵头单位,参与了近十项国家重大科技专项。大唐高鸿在C-V2X标准、算法,软件、协议栈、硬件产品等领域掌握了核心关键技术,均可提供自研产品,包括基于集团自研芯片的系列模组、车载终端(OBU)、路侧设备(RSU)、C-V2X云控平台、CA安全认证解决方案等。在智慧高速、智慧城市道路、智慧园区等领域,大唐高鸿能够提供具有针对性的落地解决方案。从2016年开始,在全国范围内参与了30多个车联网示范区、先导区及车路协同项目的建设,积累了成熟丰富的实践经验。

二、 C-V2X系统、终端及模组

在讲到测试之前,我们先来了解一下C-V2X的系统架构。下图展示了一个最简单的C-V2X系统。路侧设备RSU和车载终端OBU可以通过C-V2X的PC5接口直接通信,实现丰富的V2X应用,还可以通过C-V2X的Uu接口通信,也就是通过公网4G/5G移动网络与后端云平台之间相互通信。当然,数据回传接口,也可以支持落地接入专网,采用光纤、网线等方式实现有线接入。路侧RSU一般需要路侧设备或基础设施,如常见的红绿灯、雷达、摄像头、电子信息屏、甚至气象站等。车端的OBU结合高精度地图和RTK高精定位等传感技术,实现预警和信息提示,最终实现降低交通事故,提升交通效率。

从技术角度分析,C-V2X组网中最重要的两种C-V2X终端设备就是路侧设备RSU和车载终端OBU,这两种设备除了产品形态和外部接口不同,其实都有一个同样的核心部件——PC5通信模组,用来组网实现V2X之间的通信。大唐高鸿的C-V2X车规级模组DMD3A就是专门为此设计生产的。它拥有一颗“中国芯”,采用了“ALL IN ON”一体化设计,遵循车规IATF16949标准,可进行SDK二次开发,用于前装/后装车载终端和路侧设备集成,支持PC5直连通信,满足丰富的V2X应用场景,现在已经在业内被众多厂商广泛采用。除C-V2X模组之外,大唐高鸿还可以提供基于自研C-V2X模组集成的车载终端OBU和路侧设备RSU产品,以及配套的感知设备,提供综合的解决方案。

C-V2X车规级模组DMD3A

·采用集团自研芯片,拥有核心知识产权

·ALL IN ONE设计,遵循车规IATF16949标准

·可用于前装、后装车载终端及路侧设备集成

·支持PC5直连通信,满足丰富的V2X应用场景

·支持UART/I2C/SPI/HSIC/USB/SDIO等通信接口,灵活适配多种开发环境

C-V2X 智能车载终端OBU

·支持PC5直连通信;支持公共蜂窝网络接入模块;

·支持高精度定位和惯导;支持无GNSS场景;

·支持车内便捷安装;支持二次开发;

·小尺寸,低功耗,高可靠,易安装,抗振动;

·采用集团自研芯片,内置4核A7处理器,Linux操作系统;

·支持CAN/UART/Ethernet/USB等通信接口;

C-V2X 智能路侧设备RSU

·支持4G/5G和PC5双模C-V2X通信,支持SDK二次开发;

·采用高增益天线,覆盖范围可达1km;

·无GNSS场景算法,实现RSU、OBU通信/OBU定位功能;

·支持高性能HSM芯片,国密算法与国际商用密码算法;

·支持以太网网口接口(即插即用),支持数据到后台服务器无线回传;

·一体化设计,体积小,便于安装使用;支持近端操作维护与远程集中运维,支持DC、AC220V(外加适配器)与PoE多种供电方式;

大唐高鸿不仅能够提供C-V2X产相关产品,在智慧高速、智慧园区、智慧城市道路、智慧矿山、智慧隧道等均可以提供有针对性的解决方案。以智慧隧道为例,众所周知,在隧道中GPS信号无法完全覆盖,也是事故高发的危险区域。大唐高鸿最新研发提供的车载终端OBU,在无GNSS(高精度定位)的情况下,通过空口同步,可实现车车、车路之间的通信,保障安全行驶。

在安全方面,大唐高鸿可提供CA安全验证相关平台和功能。在云平台方面,大唐高鸿可提供“两朵云”。一是运维云,可实现对整个项目或一定区域内车载终端和路侧设备的联网管理、控制、综合数据分析;另一个是业务云,包括前端的设备、边缘计算等数据均可通过网络回传到云控中心,可以看到车辆的行驶轨迹、路侧设备的预警信息、采集的相关数据信息等。云平台收集的数据,无论是运维管理、还是车联网业务数据的更深入分析,为道路规划,交通管理提供更多科学的依据和决策参考。

众所周知,车联网对产品质量要求严苛,车载终端甚至有着车规级的更高要求,那我们该如何去确保产品高质量呢?产品设计、研发、生产全流程的产品测试就成为高质量的重要保障。

三、 C-V2X测试

下面我们就来谈谈C-V2X测试,主要包括四个方面内容:产品研发测试、PC5通信功能与性能测试、V2X应用场景测试和网络规划与优化。

产品研发测试

产品研发测试包括产品测试、生产测试、行业第三方产品质量检验检测及认证。

(1)产品测试:硬件产品和软件产品开发过程中,需要依据标准化流程规范,全流程参与测试,从需求阶段即开始参与,保证从集成测试到系统测试流程迭代中测试质量,严格质量把关,确保产品功能和性能、稳定性可靠性满足设计要求,满足客户需求。

以DMD3A模组为例,它由全球最大的汽车电子元器件供应商之一日本阿尔卑斯阿尔派集团负责生产,完全满足汽车行业的16949质量标准。为了保证品质,DMD3A进行了近三个月严苛的高温高湿、温度冲击、振动冲击等数十项测试,全部完美达标。在关键的工作温度指标上,DMD3A也达到了-40~+85℃的车规温度要求,而且还具备较强的抗电磁干扰能力,有较高的信号接收机灵敏度,能够适应恶劣严苛的工作环境。

(2)生产测试:通过一套完善的产测工具链,保障出产的每一台产品都是符合要求的,功能和性能都符合质量标准,才可以放心交付给客户。

(3)行业第三方产品质量检验检测及认证:主要包括电磁兼容、环境(高低温、盐雾、防腐等)、电性能、机械(振动、跌落、防水防尘等)、可靠性以及各种认证等。大唐高鸿的全系列产品,包括路侧设备RSU、车载终端OBU、C-V2X车规级模组都已经通过了业内权威机构的各项检测及认证。

PC5通信功能与性能测试

下面再说一下最核心的PC5通信功能与性能测试,这也是模组或终端产品最主要的功能。主要分下面几项测试内容:

(1)射频指标:使用频谱仪和综测仪。

发射机:最大发射功率,杂散,邻道泄漏比(ACLR),误差向量幅度(EVM)

接收机:最大输入电平,接收灵敏度,解调门限,RSRP (Reference Signal Receiving Power,参考信号接收功率)

(2)PC5通信功能:频点,带宽,资源池,RCL分段,预留子帧,包大小,MCS等,验证功能是否满足设计要求。另外还有互联互通测试,协议一致性测试等专项测试。

(3)PC5通信性能:实验室测试重点关注不同配置和payload、接口下的时延,丢包率等重要指标表现。

(4)外场测试:产品实际应用的效果还需要到实际环境中进行测试,如城市道路、城市峡谷、高速道路、隧道、园区等不同场景下,测试V2X通信时延、丢包率、RSRP、通信距离(10%丢包率下)等,同时为部署方案提供参考依据。

大唐高鸿一直严格遵循行业各项相关标准,以为客户提供高质量高体验产品为己任。

V2X应用场景测试

PC5通信功能和性能满足了要求,接下来就该V2X应用大显身手。V2X应用场景测试方面重点关注以下几个方面:

(1)V2X场景不再局限于国标中的17个,高速公路等不同细分领域已经扩展出更多贴合客户实际需求的细分应用。

(2)感知融合接入越来越丰富,路侧设备不仅限于摄像头和雷达,还包括电子信息屏甚至气象站等,能够提供更全面更有交互性的感知。

(3)路侧支持高精度地图,车端支持高精度定位,场景可以区分到车道级、弯道,对场景触发的精度和准确度要求更高,测试难度和复杂度也增加了。

(4)2020年10月的新四跨已经验证了新的通信安全技术标准,为 C-V2X 商业化打下安全基础,后续安全也会成为测试的一项重要内容。

 网络规划与优化

从广义上来说,网络规划与优化也属于测试,或者说测试是网络规划的依据支撑,也是网络优化的验证手段。目前公众比较了解的是公网中的网规网优,其实V2X领域的网规网优作用也很大,对路侧RSU部署有着重要的意义,但在车联网领域的认识还不够充分。

(1)网络规划:根据用户业务、环境条件、供电条件、系统集成等需求,最终目标是通过勘测选址,确定站点基础工参,指导工程安装和设备调测。

(2)网络优化:通过测试评估,调整工参,优化指标,最终目标是优化信号覆盖与性能指标,更好地满足用户PC5通信需求。

在近两年里,基于在移动通信领域的丰富实践经验,结合对C-V2X的深刻理解,大唐高鸿已经针对多个落地项目提供了专业的网规网优服务,取得了非常良好的成效,更得到了客户的广泛认同,网规网优已经成为大唐高鸿对外核心服务产品之一。

四、 C-V2X测试应用

下面以实际的案例应用为例,来简单介绍一下C-V2X测试。

1)C-V2X新四跨互联互通测试

2020年10月份,智能网联汽车C-V2X新四跨暨大规模先导应用示范活动在上海举行。本次活动在“三跨”、“四跨”连续开展跨整车、跨通信终端、跨芯片模组、跨安全平台互联互通应用示范的基础上,增加高精度地图和定位,根据技术和产业发展需求,进一步深化C-V2X相关技术和标准的测试验证。大唐高鸿在此次新四跨活动中,一如既往地用稳定的设备和值得信赖的技术能力,全方位支撑了新四跨活动顺利开展,取得了多项技术突破。

在“大规模”测试中,测试场地内共搭建180台真实工作的C-V2X车载通信单元和路侧通信单元,开展规模应用环境下的性能和应用功能测试,验证车联网C-V2X系统大规模运行能力。在前期的一致性测试中,大唐高鸿独家提供了接入层C-V2X设备,稳定可靠地助力一致性测试顺利完成。在道路场景测试的预测试场——小鱼头测试场,大唐高鸿独家部署了路侧设备RSU,支持所有厂家进行应用对接。在180台背景车的大规模场景测试下,大唐高鸿提供的产品通信性能指标误码率PER和时延,满足安全业务应用要求,车载终端和路侧设备全面符合国内行业标准。同时大唐高鸿提供的C-V2X车规级模组DMD3A对接10余家车企,助力合作伙伴稳定通过一致性和大规模测试。

在“新四跨”演示中,在全长11.4公里的开放道路上开展了多种V2I(车与路)和V2V(车与车)场景演示,包括安全限速预警、道路危险状况提示、绿波车速引导、弱势交通参与者提醒、前方道路拥堵提示等V2I场景以及前向碰撞预警、盲区提醒、左转辅助、紧急车辆避让、车辆协同感知等V2V场景。大唐高鸿和合作伙伴率先通过V2I 和V2V测试, 典型场景100% 触发,满足V2X 实际业务应用要求。此次活动中,大唐高鸿也是业界首家通过测科院联编的地图偏转插件,已实现地图偏转功能的C-V2X企业。

2) 重庆G5021石渝高速涪丰段车路协同高速

2020年,大唐高鸿联合中交资管为重庆G5021石渝高速涪丰段项目部署了智能路侧系统、智慧高速云控平台、智能车载系统,成为国内首个车路协同智慧高速规模部署的项目。该项目也是截止目前国内系统最完整、场景最齐全、C-V2X覆盖里程最长、规模最大、可用性程度最高的首条实际运行的高速公路。

G5021石渝高速是重庆重要的骨干公路网之一,也是全球地质、气象条件最复杂的典型公路。涪陵至丰都段(涪丰路段)是目前车路协同智慧高速场景最复杂,挑战最大的路段。该路段双向128公里以上,所处区域地质、气象条件复杂,包含隧道群、特大桥、急弯、急下坡、多雾、积水、上下行车道分离等多种影响交通安全的不利因素,桥隧比高达47%以上,再加上重庆独特的高温多雨气候,充分代表了高速公路需要应对的多种复杂交通场景。  

由于我国目前高速路网基本固定,如何充分利用既有的基础设施,与新技术、新手段有效融合,是智慧高速部署的工作关键。G5021石渝高速涪丰段车路协同智慧高速,正是“老路”利旧、智慧改造升级的典型。

在C-V2X大型综合集成项目部署中,从产品(终端及平台)到解决方案以及全线网规网优的测试保障尤为重要。没有前期大量的测试验证和保障,就无法保证整个项目的顺利实施。G5021石渝高速涪丰段长隧道共7条,里程超过14公里,给通信、定位带来巨大挑战。受限于山区地质条件,大量出入口紧邻桥梁、隧道,树木遮挡、山体遮挡、高边坡,这些都给项目实施带来巨大挑战。大唐高鸿测试团队通过现场勘查,对站址及工程参数、功率、无线资源等进行充分的网络规划,确定RSU站址,根据供电、传输的需求确定站址利旧还是新建,实现了C-V2X网络的最优化。项目共部署350余台C-V2X RSU,400余套路侧感知、计算、显示设备,实现包含隧道等区域的C-V2X网络全覆盖、定位全覆盖(含隧道)、重点区域感知全覆盖,有效的保障了异常情况的快速发现、快速通知、快速处置,从而实现道路动态风险提示、车路协同主动安全预警、异常驾驶行为纠正、重点车辆全程监控(隧道定位不丢失)等车路协同应用,也为智慧高速在全国范围内大规模推广树立了行业标杆。

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