C-V2X: Vehículo Celular para Todo

C-V2X (Cellular Vehicle-to-Everything) significa vehículo celular para todo, una tecnología de red de vehículos que utiliza la red celular para permitir que los vehículos intercambien datos con otros vehículos, infraestructura de transporte e incluso peatones. Es una extensión del Internet de las Cosas (IoT).

Data Alliance ofrece una amplia variedad de antenas para vehículos, antenas combinadas LTE / GPS y otras antenas combinadas, y cables de antena, para optimizar el rendimiento del CV2X, así como otros accesorios de red para el equipo CV2X que se utiliza tanto a bordo de vehículos como en la carretera.

Con la inminente implementación generalizada de C-V2X, la búsqueda de componentes de alta calidad para las soluciones inalámbricas de vehículos a todo requiere un proveedor y distribuidor experimentado que pueda seguir respondiendo a un panorama tecnológico en evolución.

Este resumen cubre los aspectos esenciales de las redes C-V2X, con un enfoque en las antenas y  los accesorios de antena necesarios para respaldar un rendimiento óptimo.

¿Qué es la tecnología C-V2X?

Cellular Vehicle to Everything (C-V2X) es una tecnología de vehículos autónomos que está emergiendo como una innovación crítica para los vehículos, los sistemas de transporte y la infraestructura vial. C-V2X se distingue de otras formas de tecnologías de redes vehiculares por su uso de la red celular para respaldar el intercambio de datos necesario. Es distinto de las comunicaciones dedicadas de corto alcance (DSRC) que utilizan conectividad WLAN 802.11.

La tecnología V2X se ha desarrollado principalmente para mejorar la seguridad vial, y se espera que las aplicaciones de despliegue inminente reduzcan el número de accidentes de tráfico. También se cree que la mejora del intercambio de datos entre los vehículos y su entorno puede proporcionar soluciones para aliviar la congestión del tráfico y reducir la contaminación como parte de la agenda en desarrollo de las ciudades inteligentes y los sistemas de transporte.

C-V2X ha sido desarrollado y estandarizado por el Proyecto de Asociación de Tercera Generación (3GPP), el mismo organismo responsable de la tecnología de redes celulares 3G, 4G/LTE. Los estándares C-V2X producidos por este organismo se refieren a la conectividad celular entre vehículos y otros objetos adecuadamente conectados en red. La interactividad es de corto alcance y totalmente inalámbrica, y depende de antenas instaladas y sensores a bordo que pueden proporcionar datos al conductor de un vehículo sobre su entorno. Dentro de los sistemas C-V2X, las antenas celulares transmiten datos para módulos clave de comunicación vehicular, que incluyen:

• Vehículo a vehículo: para mejorar la conciencia del conductor y refinar el control automatizado del vehículo conectado.
• Vehículo a red: para la entrega de alertas al conductor. Noticias transmitidas música e infoentretenimiento a través del espectro móvil de las licencias.
• Vehículo a infraestructura: soporte de interactividad (intercambio de datos) entre vehículos e infraestructura en carreteras, incluidas cabinas de peaje, semáforos y señales de tráfico.

¿Por qué es importante C-V2X?

Se espera que C-V2X mejore la seguridad vial para todos los usuarios de la carretera, incluidos peatones y ciclistas.

Según el Departamento de Transporte de EE. UU., más del 90% de los accidentes involucran algún tipo de error humano. C-V2X tiene como objetivo evitar que ocurran las circunstancias que provocan los accidentes de tráfico. Al proporcionar intercambio de datos en tiempo real con otros vehículos e infraestructura de transporte, C-V2X tiene como objetivo eliminar una proporción significativa de las colisiones que ocurren al alertar y ayudar a los conductores a través de aplicaciones como:

• Prevención de colisiones
• Pelotón de vehículos
• Asistencia de mantenimiento de carril
• Detección de obstáculos
• Estacionamiento asistido

¿C-V2X es 5G?

C-V2X utiliza tecnologías de  redes celulares 4G/LTE y 5G para respaldar sus aplicaciones. C-V2X no utiliza una red específica para el intercambio de paquetes de datos.

Se espera que LTE-V2X se actualice gradualmente para utilizar 5G, que tiene una latencia más baja, una mayor velocidad, una conectividad robusta y una seguridad mejorada. Más de ciento treinta empresas forman la 5G Automotive Association (5GAA). Este consorcio de la industria ayuda en el desarrollo de sistemas de comunicación V2X que se basan en 5G New Radio. El 5G mejora la fiabilidad de la conexión, disminuye la latencia y mejora la seguridad en la red.

¿Qué empresa fabrica C-V2X?

Una variedad de partes interesadas están involucradas en el desarrollo y la implementación de C V2X, que se espera que se convierta en una industria de $ 11 mil millones para 2027. Data Alliance proporciona antenas, cables, conectores y otros equipos de redes inalámbricas que se requieren para introducir esta conectividad en vehículos y sistemas de transporte.

Comprensión de las antenas de vehículos C-V2X

Las antenas de vehículo C-V2X son antenas de red celular que están diseñadas específicamente para ser operadas mientras están montadas de forma segura en un vehículo. Son esenciales para el funcionamiento de un Sistema Inteligente de Transporte. Su diseño e ingeniería les permiten soportar las vibraciones y los golpes que conlleva estar montados en un vehículo en movimiento. Estas antenas son un tipo de antena distinto de las antenas de radio de automóvil normales  y son omnidireccionales, lo que les permite enviar y recibir señales en todas las direcciones.

Las antenas C-V2X en el vehículo son un componente crítico del automóvil inteligente. Por lo general, son antenas multibanda que admiten no solo redes celulares, sino también GPS, WiFi y Bluetooth, que también pueden ser necesarias para el despliegue de una solución de vehículo autónomo o la gestión de flotas de vehículos conectados. El GPS, en particular, es esencial para la precisión del carril en la actualidad. También pueden funcionar como antenas telemáticas, proporcionando telemetría de vehículos de transferencia de datos de alta velocidad.

El diseño combinado de estas antenas incluye múltiples elementos que se sintonizan a las frecuencias requeridas para cada tecnología utilizada, al menos frecuencias 3G, 4G/LTE y ahora 5G. Los diseños de aleta de disco o tiburón tienen un radomo resistente y un empaque de espuma de poliuretano permeable a la radio para proteger los elementos sensibles.

Frecuencias clave utilizadas para C-V2X

Para las comunicaciones directas entre los vehículos, los usuarios de la carretera y la infraestructura (aplicaciones de seguridad), el C-V2X utiliza principalmente la Banda de Transporte Inteligente (5,9 GHz), que se ha acordado internacionalmente que se reserve tanto para el C-V2X como para el DSRC. Esta  banda de frecuencias funciona independientemente de las redes celulares y está armonizada internacionalmente.

• La banda de transporte inteligente abarca 5 875 y 5 905 MHz y está reservada para el intercambio prioritario de datos relacionados con la seguridad.
• Las bandas de 3,4 GHz a 3,8 GHz y de 3,4 a 4,2 GHz también se ven favorecidas como bandas de frecuencia alternativas para C-V2X

Ver antenas de 4,9 a 6,1 GHz de Data Alliance

Las comunicaciones celulares compatibles con la red también se utilizan en C-V2X y utilizan las redes celulares del usuario final para comunicarse con los vehículos que utilizan la tecnología GSM, 3G, 4G/LTE o 5G estándar. El tipo de información transmitida suele ser el tráfico local, las actualizaciones de las alertas. Estos servicios son prestados por operadores de redes celulares. Las bandas de frecuencia utilizadas incluyen:

• 850 MHz
• 950 MHz
• 1700 MHz
• 1900 MHz
• 2300 MHz
• 2500 MHz
• 2600 MHz

Ver antenas celulares para GSM, 3G, 4G/LTE y 5G

Antenas para pruebas C-V2X en el mundo real

A medida que aumenten la inversión, el desarrollo, las pruebas y la implementación de aplicaciones para la seguridad y eficacia de los sistemas de transporte, aumentará la demanda de antenas CV2X que puedan utilizarse en el desarrollo de un sistema de certificación estandarizado y ampliamente adoptado. En la actualidad, se están utilizando antenas celulares y de vehículos WiFi adecuadas para crear soluciones de prueba personalizadas y subconjuntos que puedan demostrar la mejora de la seguridad vial CV2Xs, para una adopción más amplia en la industria automotriz.

Los desarrolladores, fabricantes y proveedores están tratando actualmente de obtener un estatus de equipo de prueba calificado (OQTE) adecuado que permita la creación de productos comercialmente viables que puedan usarse en el sistema de transporte. Podemos proporcionar antenas para:

• Configuración del laboratorio de pruebas C-V2X
• Pruebas de vehículos conectados
• Antenas celulares para el desarrollo de la capa física C-V2X
• Diseño y desarrollo de productos C-V2X
• Pruebas dedicadas de comunicaciones de corto alcance (DSRC)
• Pruebas de sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS)
• Desarrollo de productos de unidades a bordo (OBU)
• Desarrollo de productos de unidades de carretera (RSU)

Por razones de seguridad, las antenas utilizadas para aplicaciones V2X deben cumplir con un rango mínimo de comunicación efectivo para garantizar que el conductor pueda reaccionar a los cambios en su entorno o en las condiciones de la carretera con tiempo suficiente. Los requisitos de la industria especifican que el alcance mínimo de una antena de comunicación V2X debe ser de 300 metros (400 metros en Europa), una distancia en la que la tasa de error de paquetes (PER) es inferior al 10%.

Para las redes celulares V2X, el 3GPP requiere el uso no solo de una antena transmisora (Tx) sino de al menos dos antenas receptoras (Rx), de acuerdo con la especificación para la conectividad LTE. Las antenas generalmente se instalan en una disposición delantera-trasera. Esto contrasta con los vehículos que suelen utilizar una sola antena siempre que sea posible, tanto por motivos de diseño como de coste. Las configuraciones alternativas de antenas de vehículos pueden incluir un compensador de cable que se utiliza para mejorar la calidad del enlace y aumentar la cobertura de la señal para garantizar que cumpla con los estándares de red V2X relevantes.

Las antenas contribuyen significativamente a los costos de implementación de un sistema C-V2X, por lo que es deseable contar con soluciones de antena única que reduzcan los costos y aumenten la adopción de la tecnología, ya que el uso generalizado de esta forma de red reduciría aún más los costos del sistema.

El rendimiento de una antena utilizada en un sistema C-V2X dependerá de su diagrama de antena y de su ubicación en el vehículo. La forma del vehículo también influirá en el alcance alcanzable de una antena celular utilizada para este fin. Las pruebas de antenas V2X ayudan a determinar el número y la disposición óptimos de las antenas para cumplir con los estándares y especificaciones de red necesarios.

Ejemplo de pruebas C-V2X completadas con antenas celulares

[A] Prueba de tocadiscos

La prueba de plataforma giratoria consiste en medir la cobertura de 360 grados de una antena montada en un vehículo. Esta prueba consiste en instalar una antena Tx y una antena Rx en dos vehículos separados colocados a 200 m de distancia. El vehículo Tx permanece parado, pero el vehículo de antena Rx se mueve para hacer sonar el vehículo Tx con mediciones de la intensidad de la señal recibida (RSSI) medidas a 0°, 90°, 180° y 270°.

[B] Rango de comunicación de línea de visión (LOS)

Las pruebas de la antena LOS V2X se llevan a cabo en un entorno de tráfico activo en el que se dispone de algo menos de 2 kilómetros de vista sin obstrucciones entre los vehículos Tx y Rx. El vehículo Rx está parado, mientras que el vehículo Tx se acerca a él a una velocidad moderada.

[C] Rango de comunicación sin línea de visión (NLOS)

Esta prueba de antena V2X se lleva a cabo con un vehículo de antena Tx y un vehículo de antena Rx en una vía pública abierta en una intersección donde la vista directa de los dos automóviles está bloqueada. El vehículo Rx permanece estacionario a una corta distancia de la intersección del vehículo mientras que la antena Tx se acerca a una velocidad constante.

Antenas C-V2X para kits de desarrollo

Los kits de desarrollo para aplicaciones C-V2X requieren antenas celulares, conectores y cables de alta calidad para la creación de nuevas soluciones basadas en C-V2X. Los kits de desarrollo de PCB se pueden utilizar para construir sistemas que se pueden configurar de manera práctica para recrear peligros y peligros y crear las alertas necesarias para que un conductor actúe.

Por lo general, los kits se basan en un módem celular OBU que puede manejar el rendimiento requerido para la conectividad celular V2X del mundo real, con kits de desarrollo adecuados capaces de procesar hasta 2000 mensajes por minuto. El módem se puede conectar a una computadora portátil, lo que significa que el firmware se puede desarrollar al mismo tiempo. Los módems celulares típicos con 4G/LTE podrán admitir la conexión de dos antenas externas que se pueden usar para recrear y modelar la comunicación de corto alcance de C-V2X mientras se conecta la PCB a otros componentes y procesadores o se realizan pruebas de radiofrecuencia in situ.

Esquemas de diversidad y antenas C-V2X

C-V2X utiliza esquemas específicos de diversidad de antenas para mejorar la robustez de su conectividad. en un entorno de tráfico activo. Esto requiere una instalación de múltiples antenas del vehículo.

• La diversidad de retardo cíclico (CDD) es un tipo de diversidad de antenas que se utiliza ampliamente e implica que varias antenas de transmisión de datos transmitan datos simultáneamente a la misma frecuencia con un retardo de fase aplicado a cada antena para evitar interferencias.
• La diversidad de conmutación es otro esquema de diversidad utilizado en V2X e implica la transmisión alterna entre las antenas Tx. Los compensadores de cable también se pueden utilizar con antenas de vehículos de diversidad de conmutación para compensar las pérdidas de cable de la antena secundaria.

Antenas C-V2X para módems celulares

Cellular Vehicle-to-Everything depende de potentes módulos celulares que pueden soportar el intercambio de datos de alta velocidad a largas distancias, lo que se requiere en un entorno automovilístico. Son un componente crítico en las unidades de a bordo (OBU) que hacen el trabajo pesado de la comunicación del vehículo. Los módems celulares independientes del hardware ya se utilizan en una gama de vehículos conectados en red, incluidos los vehículos de servicios de emergencia y las flotas de transporte. A diferencia de las tarjetas inalámbricas PCI utilizadas en la informática, estos módulos son resistentes y fiables en circunstancias de misión crítica y en miles de kilómetros de pruebas en el mundo real.

Los módulos y módems pueden incorporar radios GNSS y WiFi y, por lo general, facilitan la conexión de una  antena externa de alta ganancia adecuada  , a través de un conector flexible a un  conector montado en superficie en el módem, o un conector SMA externalizado que se describe a continuación.

Cables y accesorios de red para C-V2X

Además de las antenas, se necesitan cables coaxiales de alta calidad, conectores de radiofrecuencia y adaptadores para garantizar que una configuración CV2X instalada no se vea comprometida por la pérdida de señal o las interferencias. La elección de los cables y conectores utilizados para configurar un módulo C-V2X en un vehículo debe ser flexible y de un diámetro que permita un fácil enrutamiento sin daños. Pueden utilizarse en la fabricación del vehículo o en el reequipamiento de un automóvil con tecnología C-V2X. El uso de redes GPS, en particular, requiere el uso de un cable coaxial de baja pérdida y se puede utilizar una variedad de adaptadores en línea y flexibles para lograr la conectividad requerida hasta el nivel de PCB. Además de las antenas, estos son algunos de los componentes clave de C-V2X que llevamos:

Cable coaxial para aplicaciones C-V2X

• LMR 100 es un cable coaxial de alta calidad que es conocido por sus bajos niveles de atenuación. El rendimiento de baja pérdida se debe a dos capas de blindaje que rodean el aislador del cable; uno hecho de papel de aluminio y el otro una trenza de aluminio estañado. El LMR 100 es muy flexible con un diámetro de 2,79 milímetros que facilita el fresado en espacios compactos. Tiene una impedancia de 50 Ohm  y una frecuencia máxima de 5,8 GHz.
• El LMR 200 tiene un doble blindaje similar, aunque, con un diámetro mayor (4,95 milímetros), sigue siendo flexible al tener un dieléctrico de espuma. Los cables de baja pérdida como estos son esenciales para el GPS y otros componentes sensibles. La impedancia del LMR 200 también es de 50 ohmios y la frecuencia máxima que admite es de 5,8 GHz.

Conectores de radiofrecuencia C-V2X clave

Conectores SMA para C-V2X

Los conectores SMA son conectores de radiofrecuencia roscados subminiatura que se utilizan ampliamente en redes celulares, GPS y ahora como conector de elección para aplicaciones C-V2X. Estos conectores de 50 ohmios pueden admitir frecuencias de banda ancha de hasta 18 GHz con un buen manejo de energía y un acoplamiento seguro y robusto que está clasificado para hasta 500 ciclos de acoplamiento. El acoplamiento roscado del conector SMA está seguro contra vibraciones o sacudidas; El pasador central macho se inserta en el receptáculo hembra cuando se acopla correctamente.

• Los adaptadores flexibles de SMA se pueden utilizar para conectar una antena externa directamente a un módem celular.
• Los adaptadores de conector SMA se utilizan para realizar otras conexiones seguras a otras clases de conectores dentro de un circuito de radiofrecuencia C-V2X.

Ver cables y conectores SMA

Conectores MMCX para C-V2X

El conector MMCX es uno de los conectores de radiofrecuencia más pequeños con una altura acoplada de solo 5,2 mm. Es similar en diseño al conector SMB y se acopla con un mecanismo de bloqueo a presión que se puede repetir más de 500 veces a pesar de su pequeño tamaño. Es un conector que se elige para un acoplamiento seguro donde el espacio es limitado o la densidad de componentes es alta. Como la mayoría de los conectores de radiofrecuencia disponibles en el mercado, su impedancia es de 50 ohmios. La frecuencia máxima que puede soportar el conector MMCX es de 6 GHz; más que adecuado para soportar aplicaciones C-V2X.

Ver cables y conectores MMCX

Conectores U.FL y MH4

Estos conectores en miniatura se seleccionan de forma rutinaria para el montaje en PCB debido a su pequeño tamaño de solo unos pocos milímetros. A menudo se utilizan para conectar antenas externas a un módem celular, dentro de un módulo.

El acoplamiento se logra presionando el conector sobre un conector montado en superficie hasta que se sienta un clic táctil o mediante el uso de una herramienta de inserción. Debido a que los conectores son tan pequeños, solo están clasificados para 30 ciclos de acoplamiento. Los conectores U.FL y MH4 tienen una impedancia de 50 ohmios y un rango de frecuencia de CC a 6 GHz.

Ver cables y conectores U.Fl

Conectores FAKRA para C-V2X

Los conectores Facheris Automobil o FAKRA son un conector de radiofrecuencia especializado que ha sido desarrollado exclusivamente para la industria del automóvil. Su diseño se basa en el conector SMB, pero lleva una carcasa de plástico de color adicional que hace un sonido de clic cuando se acopla el conector.

La carcasa protege y orienta el conector y evita que el cable coaxial conectado se tuerza o se tense con el tiempo. La conexión es resistente a las vibraciones y a los golpes y es segura durante un máximo de 100 ciclos de acoplamiento.

Los conectores FAKRA vienen en 14 tamaños. El conector macho lleva un pin y los conectores hembra llevan un receptáculo. Son conectores de 50 Ohm, capaces de soportar frecuencias de hasta 6 GHz.

Ver cables y conectores FAKRA

Conjuntos de cables C-V2X y optimizaciones para conexiones

Garantizar una transmisión y recepción óptimas de la señal en los sistemas C-V2X depende no solo de la selección de los conectores adecuados, sino también de la elección de los conjuntos de cables adecuados. Así es como las extensiones de cable y los cables adaptadores pueden optimizar las conexiones C-V2X:

Extensiones de cable:

Cables de extensión SMA: Estos cables amplían el alcance de una antena SMA, lo que proporciona más flexibilidad en la colocación de la antena. Esto puede ser crucial para colocar la antena en el techo del vehículo o en la tapa del maletero para mejorar la intensidad de la señal.

Cables de extensión RP-SMA: Funcionalmente similares a los cables de extensión SMA, utilizan conectores SMA de polaridad inversa para evitar desajustes accidentales durante la instalación.

Cables adaptadores para transiciones de conectores:

Cables SMA a U.FL: Estos cables cierran la brecha entre las antenas con conectores SMA y los módems celulares que tienen conectores U.FL o RP-SMA. Garantizan la compatibilidad entre los diferentes tipos de conectores que se encuentran comúnmente en los sistemas C-V2X.

Cables RP-SMA a U.FL: Diseñados para escenarios en los que la antena utiliza conectores RP-SMA y el módem utiliza conectores U.FL, estos cables facilitan una conexión perfecta.

Cables U.FL a SMA / Cables U.FL a RP-SMA: Por el contrario, estos cables se adaptan a situaciones en las que la antena tiene conectores U.FL y el módem requiere conexiones SMA o RP-SMA.

Otros componentes relevantes

Los puertos y cables Ethernet también se pueden utilizar para admitir aplicaciones complementarias como cámaras de salpicadero, impresoras o equipos de emisión de billetes utilizados por el personal de los servicios de emergencia o los conductores de reparto.

Ver cables y conectores Ethernet