Conduire l'avenir : les systèmes V2X et le rôle que jouent les antennes

V2X - Vehicle-to-Everything est une technologie de communication qui permet aux voitures d'échanger des informations avec leur environnement. Cela comprend la communication avec :

  • autres véhicules (V2V),
  • infrastructures de circulation (V2I),
  • piétons (V2P.),
  • réseaux (V2N).

L'objectif principal du V2X est d'améliorer la sécurité routière et l'efficacité du trafic. Le V2X peut être déployé via 2 technologies, DSRC et Cellular-V2X, bien qu'une solution hybride soit également possible.

DSRC (communication dédiée à courte portée) :

DSRC est la solution standard la mieux établie pour V2X. Elle utilise le IEEE 802.11p dérivé de Wi-Fi opérant dans le dédié Bande 5.9 GHz sur un seul canal. Il est destiné aux communications à courte portée, généralement inférieures à 1 km, garantissant une latence plus faible avec des temps de réponse plus rapides, en particulier pour les applications de sécurité. Pour gérer le trafic de données au sein du canal unique, un accès multiple/évitement de collision avec détection de porteuse (CSMA / CA) est utilisée, garantissant qu'une seule voiture transmet et occupe le canal à la fois. L'inconvénient de cette technologie est qu'elle ne prend en charge que les communications à courte portée et qu'elle nécessite une infrastructure dédiée pour être déployée.

C-V2X (véhicule cellulaire vers tout) :

C-V2X est la dernière technologie de mise en œuvre qui gagne du terrain dans les déploiements V2X. Elle exploite les réseaux cellulaires existants (LTE et 5G) pour le trafic de données, en utilisant 3GPP normes de communication cellulaire étendues aux applications V2X. C-V2X fonctionne principalement sur le Bande 5.9 GHz, bien que des fréquences plus basses (autour de 3.4 GHz) soient également explorées pour une meilleure portée. Le C-V2X prend en charge les communications à courte et longue portée, en utilisant des canaux de contrôle spécifiques au sein du réseau LTE dédiés à la communication V2X, afin de garantir une latence plus faible pour les applications critiques pour la sécurité. Ceci est réalisé grâce à l'interface PC5 (Proximity-based Communication) qui facilite la communication directe entre les véhicules et les RSU sans nécessairement s'appuyer sur le réseau central cellulaire. En raison de l'utilisation multicanal, la communication simultanée est autorisée (les voitures n'ont pas besoin de transmettre une à la fois), mais cela peut entraîner des problèmes de collision de paquets, nécessitant une bande passante plus importante pour réduire la perte de paquets. Alors que le LTE C-V2X utilise une infrastructure déjà existante, pour la 5G, une infrastructure dédiée doit être développée, nécessitant l'adaptation des normes cellulaires existantes pour la communication V2X. Une latence plus élevée peut être observée par rapport au DSRC en raison de la dépendance au trafic du réseau cellulaire.

En résumé:

  • DSRC propose une solution dédiée et standardisée pour la communication V2X à courte portée avec une faible latence mais nécessite une infrastructure supplémentaire.
  • C-V2X exploite les réseaux cellulaires existants pour les communications à courte et longue portée, mais peut avoir une latence légèrement plus élevée.

DÉPLOIEMENT DU DSRC

Les composants clés nécessaires au déploiement d'un réseau DSRC sont les suivants :

Unités embarquées sur véhicule (OBU) :

  • Il s'agit essentiellement d'émetteurs-récepteurs installés dans des véhicules. Ils contiennent :
    • Radios DSRC : Fonctionne dans la bande de communication à courte portée dédiée (DSRC) de 5.9 GHz pour l'envoi et la réception de messages V2X.
    • Récepteurs GPS : Fournir des informations de localisation pour le véhicule.
    • Unités de traitement : Gérer les protocoles de communication et le cryptage/décryptage des messages.

Unités routières (RSU) :

  • Ces dispositifs sont déployés le long des routes ou aux intersections pour faciliter la communication entre les véhicules et les infrastructures. Ils comprennent :
    • Radios DSRC : Comme les OBU, ils fonctionnent dans la bande DSRC pour la communication.
    • Antennes à gain élevé : Offrir une couverture plus large pour la transmission et la réception de messages V2X.
    • Responsables du traitement et sous-traitants : Gérez la communication avec les véhicules, connectez-vous potentiellement à un serveur central et gérez le traitement des messages.

Considérations supplémentaires:

  • Réseau de liaison terrestre : Un réseau de communication fiable (cellulaire, fibre optique) est nécessaire pour connecter les RSU à un serveur central pour l'agrégation et la gestion des données.
  • Serveur central : Ce serveur traite et stocke les données V2X des RSU, permettant potentiellement des applications et des services supplémentaires.
  • Infrastructure de sécurité : Les protocoles de communication sécurisés et le cryptage sont essentiels pour protéger les données V2X contre tout accès ou manipulation non autorisés.

Spécifications de la radio DSRC

Les radios DSRC fonctionnent dans la bande de communication à courte portée dédiée (DSRC) de 5.9 GHz. Voici quelques spécifications clés à prendre en compte :

  • Fréquence : Bande dédiée autour de 5.85 GHz (généralement de 5.855 GHz à 5.925 GHz). Cette allocation dédiée garantit une interférence minimale avec d'autres appareils sans fil.
  • Plage : Les radios DSRC devraient garantir une portée de 300 à 1000 XNUMX mètres (en fonction de facteurs tels que la configuration de l'antenne et les conditions environnementales).
  • Puissance: Les radios DSRC sont conçues pour fonctionner à faible puissance afin de minimiser la consommation des batteries des véhicules. Elles fonctionnent généralement dans la gamme des milliwatts (mW).
  • Taux de transfert: DSRC prend en charge des débits de données modérés, généralement compris entre 3 et 10 Mbps. Cela suffit pour transmettre des messages V2X essentiels tels que des avertissements de sécurité et des mises à jour sur le trafic.
  • Protocole de communication: DSRC utilise la norme IEEE 802.11p, un dérivé du protocole Wi-Fi (IEEE 802.11) optimisé pour la communication de véhicule à véhicule.

DÉPLOIEMENT DU C-V2X

Pour déployer la technologie Cellular V2X (C-V2X), les besoins en équipement diffèrent légèrement de ceux du DSRC.

Unités embarquées sur véhicule (OBU) :

  • Ces éléments restent également indispensables dans le C-V2X. Cependant, au lieu de radios DSRC, ils seront équipés de modules de communication cellulaire V2X.
  • Ces modules utilisent les fréquences de réseau cellulaire existantes (LTE ou 5G) pour la communication V2X, éliminant ainsi le besoin d'une bande DSRC dédiée.
  • Les récepteurs GPS et les unités de traitement sont toujours nécessaires pour les données de localisation et la gestion des messages.

Unités routières (RSU) :

  • Similaires aux DSRC, les RSU sont déployés le long des routes pour communiquer avec les véhicules. Cependant, leurs fonctionnalités changent :
    • Modems cellulaires : Remplacez les radios DSRC pour la communication sur les réseaux cellulaires.
    • Antennes à gain élevé : Restent importants pour la transmission et la réception de messages C-V2X sur les fréquences cellulaires.
    • Responsables du traitement et sous-traitants : Gérez la communication avec les véhicules, connectez-vous potentiellement à un cœur de réseau cellulaire et gérez le traitement des messages.

Considérations supplémentaires:

  • Réseau de liaison terrestre : Cela reste crucial pour connecter les RSU à un serveur central. Cependant, le réseau de liaison terrestre peut exploiter l'infrastructure cellulaire existante au lieu de nécessiter un réseau distinct pour le DSRC.
  • Serveur central : Similaire au DSRC, un serveur central traite et stocke les données V2X des RSU, permettant ainsi des applications et des services supplémentaires.
  • Infrastructure de sécurité : Les protocoles de communication sécurisés et le cryptage sont essentiels pour protéger les données V2X contre tout accès ou manipulation non autorisés.

ANTENNES

Antennes cellulaires V2X (C-V2X) RSU – Antennes cellulaires :

  • Antennes directionnelles Les antennes de réception radio sont couramment utilisées pour la communication C-V2X car elles offrent un gain élevé et concentrent le signal dans des secteurs spécifiques. Cela permet aux RSU de communiquer efficacement avec les véhicules dans leur zone de couverture désignée. Ils fonctionnent généralement dans les bandes de fréquences cellulaires utilisées pour LTE-V2X (environ 600 MHz à 3.5 GHz) et potentiellement dans les fréquences 5G NR-V2X (dans la gamme mmWave) à l'avenir.
  • Antennes omnidirectionnelles Les antennes directionnelles sont utilisées dans certains cas, notamment pour les zones de couverture plus petites ou lorsqu'une communication à 360 degrés est souhaitée. Cependant, par rapport aux antennes directionnelles, elles offrent un gain plus faible et peuvent nécessiter une puissance d'émission plus élevée pour atteindre la même portée de couverture.
Type Antenna MIMO

 Gamme de fréquences

Gain max
Directionnel XPOL-2-5G MONITORING 617-4200 MHz 11 dBi
Directionnel LPDA-92 SSO 698-3800 MHz 11 dBi
Directionnel LPDA-500 MONITORING 617-7200 MHz 11 dBi
Omnidirectionnelle XPOL-1-5G 2x2 / 4x4 617-4200 MHz 3.5 dBi
Omnidirectionnelle OMNI-214 MONITORING 617-3800 MHz 3.5 dBi
Omnidirectionnelle OMNI-600 MONITORING 410-3800 MHz 6.2 dBi
Omnidirectionnelle OMNI-293 SSO 617-3800 MHz 9 dBi
Omnidirectionnelle MIMO-4-17 MONITORING 617-6000 MHz 6 dBi

Antennes DSRC RSU – Antennes Wi-Fi :

  • Antennes patch directionnelles:Ces antennes plates et directionnelles sont couramment utilisées pour la communication DSRC en raison de leur efficacité dans la 5.9 GHz bande de fréquences allouée au DSRC. Ils offrent un gain modéré et peuvent être orientés pour concentrer la communication vers des zones spécifiques comme les voies de circulation.
  • Antennes dipôles omnidirectionnelles:Pour les communications DSRC omnidirectionnelles à courte portée, des antennes dipôles peuvent être utilisées. Ces antennes simples offrent un gain plus faible mais émettent des signaux dans toutes les directions, ce qui peut être adapté aux petites intersections. Elles conviennent par exemple aux petites intersections.
Type Antenna MIMO Gain à 5.9 GHz
Directionnel sans fil 60 SSO 18 dBi
Directionnel sans fil 61 MONITORING 11 dBi
Omnidirectionnelle RONDELLE-3 SSO 4 dBi
Omnidirectionnelle RONDELLE-5 MONITORING 3 dBi
Omnidirectionnelle RONDELLE-7 MONITORING 3 dBi
Omnidirectionnelle RONDELLE-8 SSO 4 dBi
Omnidirectionnelle RONDELLE-12 MONITORING 3 dBi
Omnidirectionnelle MIMO-3-15 MONITORING 6.6 dBi
Omnidirectionnelle MIMO-3-17 MONITORING 6.6 dBi
Omnidirectionnelle MIMO-4-15 MONITORING 6 dBi
Omnidirectionnelle MIMO-4-17 MONITORING 6 dBi
Omnidirectionnelle MIMO-4-19 MONITORING 6 dBi
Omnidirectionnelle OMNI-707 SSO 5.5 dBi
Omnidirectionnelle OMNI-296 SSO 9 dBi
Omnidirectionnelle OMNI-704 SSO 3 dBi
Omnidirectionnelle OMNI-706 SSO 4 dBi

Connecteurs d'antenne courants pour les applications V2X

Cellulaire V2X (C-V2X) :

  • Connecteurs de type N:Connecteurs filetés pour applications extérieures, résistants aux intempéries, supportant des niveaux de puissance plus élevés (adaptés à différentes bandes LTE).
  • connecteurs SMA:Connecteurs à vis plus petits à des fins de test ou RSU de faible puissance.
  • 4.3-10 connecteurs:Conçu pour les applications 5G NR, pourrait devenir plus répandu pour C-V2X.

DSRC:

  • Connecteurs RP-SMA: Couramment utilisé pour les applications DSRC, résistant aux intempéries, adapté à la bande 5.9 GHz.
  • Connecteurs MMCX:Connecteurs coaxiaux miniatures pour antennes DSRC avec des empreintes plus petites, mais peuvent ne pas être idéaux pour les applications extérieures en raison d'une gestion de puissance inférieure.

La fiabilité des communications est essentielle au succès des technologies DSRC et V2X cellulaire, car elle facilite l’échange de données cruciales entre les véhicules, les infrastructures et les piétons. En utilisant l’antenne appropriée et en la déployant correctement, vous pouvez améliorer considérablement les performances des systèmes V2X, ce qui, à terme, fera avancer l’avenir des transports connectés et plus sûrs. À mesure que la technologie V2X continue d’évoluer, le rôle des antennes avancées restera essentiel pour atteindre son plein potentiel.

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