La coesistenza tra V2X e Wi-Fi nell’automotive

Wi-Fi e 5G sono riconosciute come tecnologie abilitanti per i veicoli autonomi. La sfida sta nel modo in cui queste tecnologie operano insieme e coesistono, nonostante le interferenze a livello spettrale. Le interferenze possono influire negativamente sul funzionamento del veicolo e sulla sicurezza del passeggero. Questo articolo discute le tecnologie che supportano la connettività veicolare e di come le soluzioni di filtraggio ad alta selettività possano essere d'aiuto nella coesistenza di V2X con il Wi-Fi per consentire le comunicazioni veicolari.

Introduzione

Affinché il veicolo veramente autonomo possa guidare senza l'intervento umano, dati di tutti i tipi devono essere condivisi continuamente e in tempo reale con altri veicoli e con l'infrastruttura circostante.

Ciò accadrà utilizzando i sistemi di comunicazione da veicolo-tutto (V2X). V2X comprende le comunicazioni:

  • veicolo-veicolo (V2V) cioè una rete wireless in cui automobili si scambiano messaggi con informazioni su ciò che stanno facendo;
  • veicolo-infrastruttura (V2I) che cattura i dati sul traffico generati dal veicolo, fornendo informazioni in modalità wireless come ad esempio avvisi che informano il conducente della sicurezza, mobilità o condizioni ambientali;
  • veicolo-rete (V2N) ovvero interconnettività per realizzare la comunicazione e il roaming tra reti veicolari ad hoc e altre reti eterogenee;
  • veicolo-pedone (V2P).

V2X si basa su comunicazioni dedicate a corto raggio alla frequenza di 5,9 GHz ed è progettato per oggetti in rapido movimento. Questo rende possibile stabilire un collegamento radio affidabile, anche in assenza di linea di vista. Ciò consente al pilota di essere consapevole dei pericoli a venire, riducendo potenziali collisioni automobilistiche, incidenti mortali e lesioni. V2X viene utilizzato per migliorare le funzionalità di ADAS. ADAS impiega tipicamente telecamere e sensori radar per fornire visibilità attorno a un veicolo fino a una distanza di circa 200 metri. Le applicazioni V2X possono condividere e coordinare le informazioni per estendere la portata effettiva di ADAS fino a diversi chilometri. Tecnologie LiDAR come i sistemi di sicurezza di bordo e sensori, ad esempio laser, scanner, ricevitori del fotorilevatore e GPS, operano a fianco di V2X e saranno abilitatori chiave per i veicoli autonomi.

Inoltre, V2X migliorerà l'efficienza del trasporto globale e ridurrà le emissioni di CO2 avvertendo di imminenti congestioni del traffico e suggerendo percorsi alternativi, con un ulteriore vantaggio di riduzione della manutenzione del veicolo.

V2X può essere di due tipi:

  • C-V2X (cellulare), che utilizza la tecnologia cellulare per creare collegamenti di comunicazione diretta;
  • DSRC (comunicazioni a corto raggio dedicate), che si basa sullo standard IEEE 802.11p. Diversi paesi e produttori automobilistici supportano l'uno o l'altro standard.

Entrambi utilizzano lo stesso spettro di frequenze e possono coesistere.

Standard di comunicazione automotive

La sfida della coesistenza nasce invece dalla presenza di altri standard di comunicazione coinvolti nel settore della connettività automotive. Poiché ognuno ha le sue caratteristiche, l'interazione tra essi deve avvenire senza degradare le prestazioni altrui. Queste tecnologie includono:

  • V2X (DSRC, C-V2X) per la sicurezza automobilistica: comunicare con veicoli, infrastrutture stradali e ambiente circostante per migliorare la sicurezza e creare un percorso di guida autonoma;
  • Connettività cloud 4G/5G per servizi OEM dei veicoli: applicazioni per la connettività 4G/5G come diagnostica e monitoraggio da remoto delle condizioni dell'auto, aggiornamenti software OTA, teleassistenza e gestione di una flotta di veicoli condivisi e autonomi;
  • Connettività cloud 4G/5G per esperienze a bordo: guidatore e passeggeri potrebbero sfruttare questo tipo di connettività per nuove esperienze nell'abitacolo, dalla navigazione basata sulla realtà aumentata, ai servizi di intrattenimento per il sedile posteriore e streaming musicale;
  • Wi-Fi per esperienze premium di bordo e servizi della concessionaria automobilistica: guidatore e passeggeri potrebbero godere di esperienze avanzate basate sul Wi-Fi in auto. Ad esempio, una connettività Wi-Fi efficiente in tutto il veicolo potrebbe supportare lo streaming video ad altissima definizione (ultra-HD) su più display, abilitare il mirroring dello schermo da dispositivi compatibili e telecamere wireless. Wi-Fi potrebbe anche supportare i servizi dei concessionari automobilistici, consentendo il check-in automatico, il trasferimento di dati diagnostici e gli aggiornamenti software;
  • Bluetooth e SDARS (satellite digital audio radio services): il conducente e i passeggeri possono ascoltare musica ad alta fedeltà tramite Bluetooth e con la connettività ai servizi radio satellitari, sono collegati alle loro trasmissioni radio preferite, indipendentemente da dove si trovino.

Coesistenza con 5G e LTE

Le principali sfide dovute alla coesistenza di diversi standard di comunicazione nell'autoveicolo sono rappresentate in particolare dalla compatibilità tra e con 5G, LTE e Wi-Fi.

Il 5G, la quinta generazione della tecnologia cellulare, aumenta la velocità dei dati, riduce la latenza e migliora la flessibilità dei servizi wireless. Lo spettro 5G è classificato come sub-6 GHz e onde millimetriche.

Il Wi-Fi funziona intorno alle frequenze di 2,4 GHz, 5,2 GHz e 5,6 GHz.

  • Il Wi-Fi a 2,4 GHz deve coesistere con LTE;
  • Il Wi-Fi a 5,2 GHz consente velocità di trasferimento dati superiori rispetto a 2,4 GHz perché ci possono essere più canali grazie ad una larghezza di banda maggiore. Ciò significa che i progettisti radio devono utilizzare i corretti prodotti di filtraggio (quelli che hanno abbastanza attenuazione nelle bande adiacenti per offrire una buona sensibilità del ricevitore) ed ottenere il pieno vantaggio di bande più ampie. La sensibilità del ricevitore indica quanto debole possa essere un segnale di ingresso per essere ancora ricevuto con successo dal ricevitore. Più il livello di potenza che il ricevitore può accettare è piccolo, migliore è la sensibilità del ricevitore. La sensibilità in un ricevitore è normalmente definita come l'ingresso minimo segnale richiesto per produrre un rapporto segnale-rumore (SNR) specificato alla porta di uscita del ricevitore;
  • Un'altra sfida è la coesistenza tra il Wi-Fi a 5,6 GHz con V2X (Figura 1), quando un passeggero nell'auto autonoma sta utilizzando un hotspot da 5,6 GHz. L'unico modo per avere un collegamento radio V2X affidabile è quello di garantire un desense relativamente basso al ricevitore. Ciò è possibile solo con soluzioni di filtraggio appropriate che forniscono abbastanza attenuazione fuori banda per il Wi-Fi a 5,6 GHz. Le armoniche e il leakage in TX causano un degrado in sensibilità del sistema, noto come desense. Desense è il degrado della sensibilità dovuto alle fonti di rumore, in genere generato dallo stesso dispositivo in cui si trova la radio. Questo crea degrado nel ricevitore, che impedisce al segnale desiderato di essere correttamente rilevato. Un elevato isolamento e l'attenuazione del filtro possono minimizzare l'interferenza da un percorso del segnale verso l'altro. [...]

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