Réseau C-V2X: du véhicule cellulaire à tout: antennes et accessoires

C-V2X est l'abréviation de cellular vehicle to everything, une technologie de réseau de véhicules qui utilise le réseau cellulaire pour permettre aux véhicules d'échanger des données avec d'autres véhicules, des infrastructures de transport et même des piétons. Il s'agit d'une extension de l'Internet des objets (IoT).

Data Alliance fournit une grande variété d'antennes de véhicule,  d'antennes combinées LTE / GPS et d'autres antennes combo, ainsi  que des câbles d'antenne, pour optimiser les performances CV2X, ainsi que d'autres accessoires réseau pour l'équipement CV2X utilisé à bord des véhicules et sur le bord de la route.

Avec le déploiement généralisé du C-V2X attendu de manière imminente, la recherche de composants de haute qualité pour les solutions sans fil de véhicule à tout nécessite un fournisseur et un distributeur expérimenté qui peuvent rester réactifs à un paysage technologique en constante évolution.

Ce condensé couvre les éléments essentiels de la mise en réseau C-V2X, en mettant l'accent sur les antennes et  les accessoires d'antenne nécessaires pour prendre en charge des performances optimales.

Qu'est-ce que la technologie C-V2X?

Cellular Vehicle to Everything (C-V2X) est une technologie de véhicule autonome qui est en train de devenir une innovation essentielle pour les véhicules, les systèmes de transport et les infrastructures routières. C-V2X se distingue des autres formes de technologies de réseau véhiculaire par son utilisation du réseau cellulaire pour prendre en charge l'échange de données nécessaire. Elle est distincte des communications dédiées à courte portée (DSRC) qui utilisent la connectivité WLAN 802.11.

La technologie V2X a été développée principalement pour améliorer la sécurité routière, avec des applications déployées de manière imminente qui devraient réduire le nombre d'accidents de la route. L'amélioration de l'échange de données entre les véhicules et leur environnement est également considérée comme en mesure de fournir des solutions pour réduire les embouteillages et la pollution dans le cadre du programme de développement des villes et des systèmes de transport intelligents.

C-V2X a été développé et normalisé par le 3rd Generation Partnership Project (3GPP), le même organisme responsable de la  technologie de réseau cellulaire 3G, 4G/LTE. Les normes C-V2X produites par cet organisme concernent la connectivité cellulaire entre les véhicules et d'autres objets correctement mis en réseau. L'interactivité est à courte portée et entièrement sans fil, reposant sur des antennes installées et des capteurs embarqués qui peuvent fournir des données au conducteur d'un véhicule sur son environnement. Dans les systèmes C-V2X, les antennes cellulaires relaient des données pour les principaux modules de communication véhiculaires, notamment:

• Vehicle to vehicle: pour une meilleure vigilance du conducteur et un contrôle automatisé affiné du véhicule connecté.
• Véhicule à réseau: pour la transmission d'alertes conducteur. Les actualités diffusaient de la musique et des infodivertissements via le spectre mobile des licences.
• Vehicle to infrastructure: soutien de l'interactivité (échange de données) entre les véhicules et les infrastructures sur les routes, y compris les postes de péage, les feux de circulation et les panneaux de signalisation.

Pourquoi le C-V2X est-il important?

La C-V2X devrait améliorer la sécurité routière pour tous les usagers de la route, y compris les piétons et les cyclistes.

Selon le ministère américain des Transports, plus de 90 % des accidents impliquent une forme d'erreur humaine. C-V2X vise à prévenir les circonstances qui causent les accidents de la route. En fournissant un échange de données en temps réel avec d'autres véhicules et infrastructures de transport, C-V2X vise à éliminer une proportion importante des collisions qui se produisent en alertant et en aidant les conducteurs grâce à des applications telles que:

• Évitement des collisions
• Circulation en peloton de véhicules
• Assistance au maintien dans la voie
• Détection d'obstacles
• Stationnement assisté

Le C-V2X est-il 5G?

C-V2X utilise à la fois les technologies de réseau cellulaire 4G/LTE et 5G pour prendre en charge ses applications. C-V2X n'utilise pas de réseau spécifique pour l'échange de paquets de données.

Le LTE-V2X devrait être progressivement mis à niveau pour utiliser la 5G, qui présente une latence plus faible, une vitesse accrue, une connectivité robuste et une sécurité renforcée. Plus de cent trente entreprises forment la 5G Automotive Association (5GAA). Ce consortium industriel aide au développement de systèmes de communication V2X basés sur la 5G New Radio. La 5G améliore la fiabilité des connexions, réduit la latence et renforce la sécurité du réseau.

Quelle entreprise fabrique le C-V2X?

Divers intervenants sont impliqués dans le développement et le déploiement du C V2X, qui devrait devenir une industrie de 11 milliards de dollars d'ici 2027. Data Alliance fournit des antennes, des câbles, des connecteurs et d'autres équipements de réseau sans fil nécessaires à l'introduction de cette connectivité dans les véhicules et les systèmes de transport.

Comprendre les antennes de véhicule C-V2X

Les antennes de véhicule C-V2X sont des antennes de réseau cellulaire spécialement conçues pour être utilisées lorsqu'elles sont montées en toute sécurité sur un véhicule. Ils sont essentiels au fonctionnement d'un système de transport intelligent. Leur conception et leur ingénierie leur permettent de résister aux vibrations et aux chocs qui accompagnent le montage sur un véhicule en mouvement. Ces antennes sont un type d'antenne distinct des antennes d'autoradio ordinaires  et sont omnidirectionnelles, ce qui leur permet d'envoyer et de recevoir des signaux dans toutes les directions.

Les antennes C-V2X embarquées sont un composant essentiel de la voiture intelligente. Il s'agit généralement d'antennes multibandes qui prennent en charge non seulement les réseaux cellulaires, mais aussi le GPS, le WiFi et le Bluetooth, qui peuvent également être nécessaires pour le déploiement d'une solution de véhicule autonome ou la gestion de flottes de véhicules connectés. Le GPS, en particulier, est essentiel pour la précision de la voie à l'heure actuelle. Ils peuvent également fonctionner comme des antennes télématiques, fournissant une télémétrie de véhicule de transfert de données à haut débit.

La conception combinée de ces antennes comprend plusieurs éléments qui sont réglés sur les fréquences requises pour chaque technologie utilisée, au moins les fréquences 3G, 4G/LTE et maintenant 5G. Les modèles en rondelle ou en aileron de requin sont dotés d'un radôme radio-perméable solide et d'une garniture en mousse de polyuréthane pour protéger les éléments sensibles.

Fréquences clés utilisées pour C-V2X

Pour les communications directes entre les véhicules, les usagers de la route et les infrastructures (applications de sécurité), le C-V2X utilise principalement la bande de transport intelligente (5,9 GHz) qui a été internationalement convenue comme étant réservée à la fois au C-V2X et au DSRC. Cette bande de fréquences fonctionne indépendamment des réseaux cellulaires et est harmonisée à l'échelle internationale.

• La bande de transport intelligent s'étend sur les bandes 5 875 et 5 905 MHz et est réservée aux échanges prioritaires de données liés à la sécurité.
• Les bandes de 3,4 GHz à 3,8 GHz et de 3,4 à 4,2 GHz sont également privilégiées comme bandes de fréquences alternatives pour C-V2X

Voir les antennes de 4,9 à 6,1 GHz de Data Alliance

Les communications cellulaires prises en charge par le réseau sont également utilisées dans C-V2X et utilisent les réseaux cellulaires de l'utilisateur final pour communiquer avec les véhicules à l'aide de la technologie standard GSM, 3G, 4G/LTE ou 5G. Le type d'information relayé est généralement le trafic local, les mises à jour des alertes. Ces services sont fournis par les opérateurs de réseaux cellulaires. Les bandes de fréquences utilisées comprennent:

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

Voir les antennes cellulaires pour GSM, 3G, 4G/LTE et 5G

Antennes pour les tests C-V2X en conditions réelles

À mesure que les investissements, le développement, les tests et le déploiement d'applications pour la sécurité et l'efficacité du système de transport augmentent, la demande d'antennes CV2X pouvant être utilisées dans le développement d'un système de certification standardisé et largement adopté augmentera. À l'heure actuelle, des antennes cellulaires et WiFi appropriées pour véhicules sont utilisées pour créer des solutions de test et des sous-ensembles personnalisés qui peuvent démontrer l'amélioration de la sécurité routière par CV2X, en vue d'une adoption plus large dans l'industrie automobile.

Les développeurs, les fabricants et les fournisseurs cherchent actuellement à obtenir le statut d'équipement d'essai qualifié (OQTE) approprié qui permettra la création de produits commercialement viables pouvant être utilisés dans le système de transport. Nous pouvons fournir des antennes pour:

• Configuration du laboratoire d'essais C-V2X
• Essais de véhicules connectés
• Antennes cellulaires pour le développement de la couche physique C-V2X
• Conception et développement de produits C-V2X
• Tests de communications dédiées à courte portée (DSRC)
• Tests des systèmes avancés d'aide à la conduite (ADAS)
• Développement de produits d'unité embarquée (OBU)
• Développement de produits d'unité routière (RSU)

Pour des raisons de sécurité, les antennes utilisées pour les applications V2X doivent répondre à une portée de communication effective minimale pour garantir que le conducteur puisse réagir aux changements de son environnement ou des conditions routières suffisamment à temps. Les exigences de l'industrie spécifient que la portée minimale d'une antenne de communication V2X doit être de 300 mètres (400 mètres en Europe), une distance où le taux d'erreur de paquet (PER) est inférieur à 10%.

Pour les réseaux cellulaires V2X, le 3GPP nécessite l'utilisation non seulement d'une antenne émettrice (Tx), mais aussi d'au moins deux antennes de réception (Rx), conformément aux spécifications de connectivité LTE. Les antennes sont généralement installées dans un arrangement avant-arrière. Cela contraste avec les véhicules qui utilisent généralement une seule antenne dans la mesure du possible, tant pour des raisons de conception que de coût. D'autres configurations d'antennes de véhicule peuvent inclure un compensateur de câble qui est utilisé pour améliorer la qualité de la liaison et augmenter la couverture du signal afin de s'assurer qu'il est conforme aux normes de réseau V2X pertinentes.

Les antennes contribuent de manière significative aux coûts de mise en œuvre d'un système C-V2X, de sorte que des solutions d'antenne unique qui réduiraient les coûts et augmenteraient l'adoption de la technologie sont souhaitables, car l'utilisation généralisée de cette forme de réseau réduirait encore plus les coûts du système.

Les performances d'une antenne utilisée dans un système C-V2X dépendront de son diagramme d'antenne et de son emplacement sur le véhicule. La forme du véhicule aura également un impact sur la portée réalisable d'une antenne cellulaire utilisée à cet effet. Les tests d'antennes V2X permettent de déterminer le nombre et la disposition optimaux des antennes pour répondre aux normes et spécifications de mise en réseau nécessaires.

Exemple d'essai C-V2X réalisé avec des antennes cellulaires

[A] Test de la platine vinyle

Les tests de plateau tournant consistent à mesurer la couverture à 360 degrés d'une antenne montée sur un véhicule. Ce test consiste à installer une antenne Tx et une antenne Rx sur deux véhicules distincts placés à 200 m l'un de l'autre. Le véhicule émetteur reste immobile, mais le véhicule d'antenne récepteur est déplacé pour sonder le véhicule émetteur avec des mesures de l'intensité du signal reçu (RSSI) mesurées à 0°, 90°, 180° et 270°.

[B] Portée de communication en visibilité directe (LOS)

Les tests d'antenne LOS V2X ont lieu dans un environnement de circulation active où un peu moins de 2 kilomètres de vue dégagée sont disponibles entre les véhicules Tx et Rx. Le véhicule de réception est à l'arrêt tandis que le véhicule de réception s'en approche à vitesse modérée.

[C] Portée de communication sans visibilité directe (NLOS)

Cet essai d'antenne V2X est effectué avec un véhicule à antenne Tx et un véhicule à antenne Rx sur une route publique ouverte à une intersection où la vue directe des deux voitures est bloquée. Le véhicule de réception reste immobile à une courte distance de l'intersection du véhicule tandis que l'antenne de réception s'approche à une vitesse constante.

Antennes C-V2X pour kits de développement

Les kits de développement pour les applications C-V2X nécessitent des antennes, des connecteurs et des câbles cellulaires de haute qualité pour la création de nouvelles solutions basées sur C-V2X. Les kits de développement de circuits imprimés peuvent être utilisés pour construire des systèmes qui peuvent être configurés de manière pratique pour recréer des dangers et créer les alertes nécessaires pour inciter un pilote à agir.

Les kits sont généralement basés sur un modem cellulaire OBU capable de gérer le débit requis pour la connectivité cellulaire V2X du monde réel, avec des kits de développement appropriés capables de traiter jusqu'à 2000 messages par minute. Le modem peut être connecté à un ordinateur portable, ce qui signifie que le micrologiciel peut être développé en même temps. Les modems cellulaires typiques avec 4G/LTE seront en mesure de prendre en charge la connexion de deux antennes externes qui peuvent être utilisées pour recréer et modéliser la communication à courte portée de C-V2X tout en connectant le PCB à d'autres composants et processeurs ou en effectuant des tests de radiofréquence in situ.

Schémas de diversité et antennes C-V2X

C-V2X utilise des schémas de diversité d'antenne spécifiques pour améliorer la robustesse de leur connectivité. dans un environnement de circulation actif. Cela nécessite une installation multi-antennes du véhicule.

• La diversité de retard cyclique (CDD) est un type de diversité d'antenne largement utilisé et impliquant plusieurs antennes d'émission transmettant des données, simultanément à la même fréquence avec un retard de phase appliqué à chaque antenne pour éviter les interférences.
• La diversité de commutation est un autre schéma de diversité utilisé dans le V2X et implique une transmission alternative entre les antennes Tx. Des compensateurs de câble peuvent également être utilisés avec des antennes de véhicule à diversité de commutation pour compenser les pertes de câble de l'antenne secondaire.

Antennes C-V2X pour modems cellulaires

Cellular Vehicle-to-Everything s'appuie sur de puissants modules cellulaires capables de prendre en charge l'échange de données à haut débit sur de longues distances, ce qui est nécessaire dans un environnement automobile. Ils sont un composant essentiel des unités embarquées (OBU) qui effectuent le travail fastidieux de communication des véhicules. Les modems cellulaires indépendants du matériel sont déjà utilisés dans une gamme de véhicules en réseau, y compris les véhicules de service d'urgence et les flottes de transport. Contrairement aux cartes sans fil PCI utilisées en informatique, ces modules sont robustes et fiables dans des circonstances critiques et sur des milliers de kilomètres de tests en conditions réelles.

Les modules et les modems peuvent intégrer des radios GNSS et WiFi et facilitent généralement la connexion d'une antenne externe à gain élevé appropriée  , via un connecteur en queue de cochon à une prise montée en surface sur le modem, ou à un connecteur SMA externalisé décrit ci-dessous.

Câbles et accessoires réseau pour C-V2X

En plus des antennes, des câbles coaxiaux, des connecteurs de fréquence radio et des adaptateurs de haute qualité sont nécessaires pour garantir qu'une configuration CV2X installée n'est pas compromise par une perte de signal ou des interférences. Le choix des câbles et connecteurs utilisés pour l'installation d'un module C-V2X dans un véhicule doit être flexible et d'un diamètre permettant un acheminement facile sans dommage. Ils peuvent être utilisés dans la fabrication du véhicule ou dans la modernisation d'une voiture avec la technologie C-V2X. L'utilisation d'un réseau GPS, en particulier, nécessite l'utilisation d'un câble coaxial à faible perte et d'une variété d'adaptateurs en ligne et en queue de cochon peuvent être utilisés pour obtenir la connectivité requise jusqu'au niveau du circuit imprimé. Outre les antennes, voici quelques composants clés C-V2X que nous proposons:

Câble coaxial pour les applications C-V2X

• Le LMR 100 est un câble coaxial de haute qualité qui est réputé pour ses faibles niveaux d'atténuation. Les performances à faible perte sont dues à deux couches de blindage entourant l'isolant du câble; l'un en feuille d'aluminium et l'autre une tresse en aluminium étamé. Le LMR 100 est très flexible avec un diamètre de 2,79 millimètres, ce qui le rend facile à défoncer dans des espaces compacts. Il a une impédance de 50 Ohms  et une fréquence maximale de 5,8 GHz.
• Le LMR 200 est également à double blindage, bien que, avec un diamètre plus grand (4,95 millimètres), il reste flexible grâce à un diélectrique à mousse. Des câbles à faible perte comme ceux-ci sont essentiels pour le GPS et d'autres composants sensibles. L'impédance du LMR 200 est également de 50 Ohm et la fréquence maximale qu'il prend en charge est de 5,8 GHz.

Connecteurs de radiofréquence clés C-V2X

Connecteurs SMA pour C-V2X

Les connecteurs SMA sont des connecteurs radiofréquence filetés subminiatures qui sont largement utilisés dans les réseaux cellulaires, le GPS et maintenant comme connecteur de choix pour les applications C-V2X. Ces connecteurs 50 ohms peuvent prendre en charge des fréquences large bande jusqu'à 18 GHz avec une bonne gestion de la puissance et un accouplement sûr et robuste, conçu pour jusqu'à 500 cycles d'accouplement. L'accouplement à vis du connecteur SMA est sécurisé contre les vibrations ou les secousses; La broche centrale mâle est insérée dans le réceptacle femelle lorsqu'elle est correctement accouplée.

• Les adaptateurs en queue de cochon SMA peuvent être utilisés pour connecter une antenne externe directement à un modem cellulaire.
• Les adaptateurs de connecteur SMA sont utilisés pour établir d'autres connexions sécurisées à d'autres classes de connecteurs au sein d'un circuit de radiofréquence C-V2X.

Voir les câbles et connecteurs SMA

Connecteurs MMCX pour C-V2X

Le connecteur MMCX est l'un des plus petits connecteurs de radiofréquence avec une hauteur accouplée de seulement 5,2 mm. Sa conception est similaire à celle du connecteur SMB et s'accouple avec un mécanisme de verrouillage à enclenchement qui peut être répété plus de 500 fois malgré sa petite taille. Il s'agit d'un connecteur qui est choisi pour un accouplement sécurisé partout où l'espace est limité ou où la densité des composants est élevée. Comme la plupart des connecteurs de radiofréquence disponibles dans le commerce, son impédance est de 50 Ohm. La fréquence maximale que le connecteur MMCX peut prendre en charge est de 6 GHz; plus que suffisant pour prendre en charge les applications C-V2X.

Voir les câbles et connecteurs MMCX

Connecteurs U.FL et MH4

Ces connecteurs miniatures sont régulièrement sélectionnés pour le montage sur circuit imprimé en raison de leur petite taille de seulement quelques millimètres. Ils sont souvent utilisés pour connecter des antennes externes à un modem cellulaire, au sein d'un module.

L'accouplement est réalisé en appuyant sur le connecteur sur une prise montée en surface jusqu'à ce qu'un clic tactile se fasse sentir ou à l'aide d'un outil d'insertion. Parce que les connecteurs sont si petits, ils ne sont conçus que pour 30 cycles d'accouplement. Les connecteurs U.FL et MH4 ont une impédance de 50 Ohms et une gamme de fréquences allant de DC à 6 GHz.

Voir les câbles et connecteurs U.Fl

Connecteurs FAKRA pour C-V2X

Les connecteurs Facheris Automobil ou FAKRA sont des connecteurs radiofréquence spécialisés qui ont été développés exclusivement pour l'industrie automobile. Sa conception est basée sur le connecteur SMB, mais il porte un boîtier en plastique coloré supplémentaire qui émet un cliquetis lorsque le connecteur est accouplé.

Le boîtier protège et oriente le connecteur et empêche le câble coaxial attaché de se tordre ou de se tendre avec le temps. La connexion est résistante aux vibrations et aux chocs et est sûre jusqu'à 100 cycles d'accouplement.

Les connecteurs FAKRA sont disponibles en 14 tailles. Le connecteur mâle porte une broche et les connecteurs femelles portent une prise. Il s'agit de connecteurs de 50 Ohms, capables de prendre en charge des fréquences allant jusqu'à 6 GHz.

Voir les câbles et connecteurs FAKRA

Assemblages de câbles C-V2X et optimisations pour les connexions

Pour assurer une transmission et une réception optimales du signal dans les systèmes C-V2X, il faut non seulement sélectionner les bons connecteurs, mais aussi choisir les assemblages de câbles appropriés. Voici comment les rallonges de câble et les câbles adaptateurs peuvent optimiser les connexions C-V2X:

Rallonges de câble:

Câbles d'extension SMA: Ces câbles étendent la portée d'une antenne SMA, offrant une plus grande flexibilité dans le placement de l'antenne. Cela peut être crucial pour positionner l'antenne sur le toit ou le couvercle du coffre du véhicule afin d'améliorer la puissance du signal.

Câbles d'extension RP-SMA: Fonctionnellement similaires aux câbles d'extension SMA, ils utilisent des connecteurs SMA à polarité inversée pour éviter les incohérences accidentelles lors de l'installation.

Câbles adaptateurs pour les transitions de connecteurs:

Câbles SMA vers U.FL: Ces câbles comblent l'espace entre les antennes avec des connecteurs SMA et les modems cellulaires dotés de prises U.FL ou RP-SMA. Ils assurent la compatibilité entre les différents types de connecteurs que l'on trouve couramment dans les systèmes C-V2X.

Câbles RP-SMA vers U.FL: conçus pour les scénarios où l'antenne utilise des connecteurs RP-SMA et le modem utilise des prises U.FL, ces câbles facilitent une connexion transparente.

Câbles U.FL vers SMA / Câbles U.FL vers RP-SMA: À l'inverse, ces câbles répondent aux situations où l'antenne dispose de connecteurs U.FL et où le modem nécessite des connexions SMA ou RP-SMA.

Autres composants pertinents

Les ports et les câbles Ethernet peuvent également être utilisés pour prendre en charge des applications complémentaires telles que les caméras de tableau de bord, les imprimantes ou les équipements de billetterie utilisés par le personnel des services d'urgence ou les chauffeurs-livreurs.

Voir les câbles et connecteurs Ethernet