Softwaredefinierter Ansatz zur schnellen Integration von V2X-Anwendungsfällen

Da die Grenze zwischen Automobil- und Unterhaltungselektronik verschwimmt, werden Automobilhersteller Systeme mit einer Vielzahl von Kommunikationstechnologien anbieten, einschließlich der 5G-Konnektivität. Die Bereitstellung von 5G hängt jedoch stark von der Standarddefinition und -verfeinerung ab, vor allem von 3GPP. Zum jetzigen Zeitpunkt definiert die neueste Version von 3GPP (Release 16) 5G-Phase-2-Spezifikationen, die Anwendungsfälle wie Platooning, erweiterte Sensoren sowie automatisiertes und ferngesteuertes Fahren abdecken ^[2].

Der aggressive Release Schedule definiert jedoch weitere Anwendungsfälle, was die Automobilhersteller unter Druck setzt, ihre C-V2X-Module schnell anhand aller zukünftigen Anforderungen und Definitionen anzupassen und zu Prototypen zu erstellen. Dies führt in der Regel zu einer hohen Investition; Testgeräte sind oft nicht aktualisierbar und Unternehmen sind gezwungen, praktisch bei jeder großen Version neue Geräte zu erwerben. Bei NI betrachten wir dies als eine Herausforderung für die Testtechnologie und nicht als harte Realität auf dem Markt für Automobilkonnektivität.

^{Abbildung 1: Die Technologie verändert sich rasch.}

Wie bei bisherigen Standards, wie z. B. dem Global System for Mobile Communications (GSM), gibt es einen echten Wettlauf um Konvergenz. Eine globale Standardisierung bietet ein enormes Potenzial, die Gesellschaft zu transformieren. Abbildung 2 zeigt, wie GSM begann: Die Teilnehmer haben Ideen untersucht und diskutiert, bis sie den Standard definiert haben. Sobald er eingerichtet war, wurde er universell und schließlich in Milliarden von Geräten entwickelt.

Heute befindet sich C-V2X an einem entscheidenden Punkt. Da Ideen innerhalb kurzer Zeit zusammenkommen und zu einem Standard werden, haben Sie mehr denn je die Chance, diesen Standard zu beeinflussen. Verpassen Sie nicht die Gelegenheit, die Differenzierung zu verbessern und auf dem Markt wettbewerbsfähig zu sein. Dafür benötigen Sie jedoch einen konkreten Vorsprung: Wie können Sie Ihre Idee und die Realisierbarkeit von Anwendungsfällen ausloten und beweisen?

^{Abbildung 2: Annäherung an den entscheidenden Moment [3]}

Die Antwort ist klar: Mit Prototyping. Mit zunehmender Systemkomplexität kann die Ausführungsfähigkeit nicht per Simulation nachgewiesen werden – Sie müssen einen Prüfstand oder einen Prototypen verwenden. Prüfstände werden im Wireless-Bereich häufig eingesetzt. Ein Workshop der National Science Foundation (NSF) kam zu folgendem Schluss: „Die Erfahrung zeigt, dass die echte Welt oftmals Annahmen aus der theoretischen Forschung widerlegt. Deshalb sind Prüfstände ein wichtiges Tool, um Systeme unter realistischen Betriebsbedingungen zu testen. Die Entwicklung eines Prüfstands, der radikale Vorhaben in einem umfassenden und funktionierenden System testen kann, ist essenziell.“ ^[4]

Im Laufe der Geschichte der drahtlosen Prototyperstellung von NI war die Auswahl softwaredefinierter Prüfstandlösungen erfolgreich. Die gleichen Bausteine können auch in der Automobilindustrie verwendet werden:

• Der softwaregestützte Ansatz von NI – Dieser ist eine sehr effektive Möglichkeit, C-V2X-Technologien zu erkunden und sie mithilfe einheitlicher Entwurfssoftware (von der Simulation bis hin zur Implementierung) und handelsüblicher Hardware schnell zu Prototypen zu erstellen. Mit Software als Kernkomponente können Sie genau die Systeme erstellen, die Sie für Ihre Anwendung benötigen. Wenn sich diese ändern müssen, können Sie Ihre Ideen in der Software entwickeln und Ihre Investitionen durch Wiederverwendung Ihrer vorhandenen Hardware schützen. 
  
  
• Das Ökosystem von NI – Die Nutzung eines Ökosystems ist für eine schnellere Entwicklung eines Prüfstands entscheidend. Im Gegensatz zu schlüsselfertigen Lösungen bietet das NI-Ökosystem ein sofort einsatzbereites C-V2X, mit dem Sie Ihren Prüfstand an wechselnde Anforderungen anpassen und verbessern können. Beispielsweise haben Forscher an derUniversität Warwick WMG eine Simulationsumgebung für vernetzte Fahrzeuge entwickelt, die die Technologie und das Ökosystem von NI nutzen.

Laut diesem 3GPP NR V2X-Arbeitsobjekt ^[5] und wie bereits erwähnt, gibt es vier primäre Anwendungsfälle für C-V2X: Fahrzeugsteuerung, erweiterte Sensoren, fortgeschrittenes Fahren und ferngesteuertes Fahren. Dies erfordert eine neue NR-Sidelink-Kommunikationsstrategie, die eine niedrige Latenz und hohe Zuverlässigkeit unterstützt, um strenge Anforderungen zu erfüllen. Diese Strategie würde mehrere Funkzugriffstechnologien wie LTE-V2X, NR V2X und DSRC unterstützen und Frequenzen über 6 GHz berücksichtigen. Experimente zur Fahrzeugkommunikation können bestimmen, ob es möglich ist, die neuesten Wireless-Standards zu integrieren. Die folgenden V2X-Tools und -Lösungen bieten ein erweitertes Ökosystem:

• S.E.A. bietet mithilfe der NI-Plattform V2X-Produkte und -Lösungen für die Entwicklung, Prüfung, Validierung und Verifizierung an. Implementierungen nach IEEE 802.11p und LTE-V-Stack basieren auf softwaredefinierten Funksystemen (SDR) von NI, sie übernehmen alle Manipulationen und die S.E.A. Der V2X-Stack unterstützt sowohl den drahtlosen Zugriff in der Fahrzeugumgebung (WAVE) als auch ITS-G5. Die Testmanagementsoftware S.E.A. kann Nachrichten für die Fahrzeugkommunikation wie grundlegende Sicherheitsmeldungen, SAE J2735 und andere verarbeiten.

^{Abbildung 3: Dieser S.E.A. Dieser S.E.A.-V2X-Prüfstand basiert auf einer NI-SDR-Plattform (Abb. mit freundlicher Genehmigung von S.E.A.).}

• Mit softwaredefinierten Funksystemen von NI können Sie schnell Prototypen drahtloser Kommunikationssysteme erstellen, um schnellere Ergebnisse zu erzielen. Die flexible und dennoch erschwingliche SDR-Plattform verwandelt einen Standard-PC in ein hochmodernes Werkzeug zur Erstellung drahtloser Prototypen. In Verbindung mit LabVIEW sorgt die SDR-Lösung von NI für eine bislang unerreichte Hard- und Softwareintegration, sodass Sie Innovationen schneller umsetzen können. Zudem bietet die Plattform sofort einsatzbereite, auf Standards basierende Anwendungs-Frameworks, damit Sie zügiger und konzentriert an bauelementspezifischen Innovationen arbeiten können.

• Für voll funktionsfähige V2X-Lösungen hat NI mit S.E.A zusammengearbeitet, um Ihnen den Umstand und die Kosten zu sparen, die Testhardware bei wechselnden Anforderungen zu ändern. Dies ermöglicht Ihnen:
  
  
  • Schnelles Testen von Szenarien am ersten Tag oder Anpassen Ihrer eigenen Szenarien
  • Durchführung offener oder geschlossener Hardware-in-the-Loop-V2X-Subsystemtests
  • Schnellere und gründlichere Tests durch Zugriff auf All-Layer-Tests
  • Für alle aktuellen und zukünftigen 3GPP-Standards ohne kostspielige Hardwareänderungen bereit

Es ist unerlässlich, über technologische Anforderungen informiert und flexibel genug zu bleiben, um sich an wechselnde Trends anzupassen. NI erleichtert Ihnen den Aufwand mit der Möglichkeit, Ihre Technologie-Roadmaps zu verfeinern und technische Relevanz und Produktintegration zu bestimmen. Mit dem Ansatz von NI, dem wechselnden Ökosystem und den bewährten Methoden erfolgreicher Wireless-Forscher können Automobilingenieure bei der Erstellung eines V2X-Prüfstands und schneller Validierung unterstützt werden, um die Differenzierung zu verbessern und auf dem Markt wettbewerbsfähig zu sein.

Weitere Informationen zum Prototyping und zur Simulation von V2X:

• Lesen Sie die Fallstudie „Accurate Emulation of Satellite Signals for a Full-Scale Vehicle Simulator Enables Driving Anywhere Around the Globe“.
• Erfahren Sie mehr über die Lösungen für Infotainment- und V2X-Test-Ökosysteme von NI.

Referenzen
 

^[1] FCC votes to allow Wi-Fi, C-V2X in 5.9GHz. Zugriff am 29. Januar 2021. https://www.lightreading.com/4g3gwifi/fcc-votes-to-allow-wi-fi-c-v2x-in-59ghz/d/d-id/765536.

^[2] 3GPP Release 16. Zugriff am 29. Januar 2021. https://www.3gpp.org/release-16.

^[3] History of GSM. „Who Created GSM?“ Zugriff am 18. Februar 2019. http://www.gsmhistory.com/who_created-gsm/.

^[4] NSF-Workshop zu zukünftigen drahtlosen Kommunikationsnetzen. „Report: NSF Workshop on Future Wireless Communication Research“, Seite 29-31. Zugriff am 18. Februar 2019. https://cpb-us-e1.wpmucdn.com/blogs.rice.edu/dist/2/3274/files/2014/08/nsf-wireless-workshop.pdf.

^[5] 3GPP TSG RAN Meeting #80. „Study on NR V2X.“ Zugriff am 18. Februar 2019. http://www.3gpp.org/ftp/tsg_ran/TSG_RAN/TSGR_80/Docs/RP-181480.zip.