Acest articol analizează un caz de utilizare specific: industria auto. Industria automobilelor inovează rapid prin electrificare și automatizare, ceea ce coincide cu evoluția 5G și cu cercetările 6G din industria comunicațiilor. Obiectivele sistemelor și produselor din ambele sectoare sunt aliniate dincolo de parametrii de performanță și latență, conștientizarea situațională, siguranța și securitatea fiind exemple solide.
În ultimii ani, evoluția autovehiculului electric (EV) – electrificarea – a ocupat primele pagini ale ziarelor. Cu toate acestea, inovarea în tehnologia auto se extinde mult dincolo de mijloacele de propulsie, acoperind o gamă largă de capacități ale vehiculelor. Dezvoltatorii și producătorii își concentrează, de asemenea, activitățile asupra asistenței șoferului și a conectivității autovehiculelor.
Îmbunătățirile, cum ar fi radarul pentru capacitățile sistemelor avansate de asistență a șoferului (ADAS), funcțiile de observare și control al motorului și al șoferului/pasagerului și gestionarea bateriei pentru grupurile motopropulsoare pentru vehicule electrice, merg mână în mână cu progresele în materie de conectivitate. Acestea includ conectivitatea în cloud, funcțiile de infotainment și funcțiile îmbunătățite de conectivitate de la vehicul la orice (V2X).
Oferind o conectivitate omniprezentă, 5G permite ca vehiculul însuși să devină o entitate conectată. Pe măsură ce automobilele devin din ce în ce mai conectate și orientate către software, conectivitatea vehicul-la-cloud (V2C) permite o gamă mai largă de funcții operaționale și de securitate.
Producătorii de echipamente originale de automobile pot colecta și stoca date, cum ar fi citirea kilometrajului, starea de încărcare și informații mecanice, pentru a informa proprietarul cu privire la starea vehiculului și pentru a oferi alerte automate atunci când trebuie efectuată întreținerea. Actualizările de software pot fi aplicate pe calea aerului (OTA) ori de câte ori o nouă funcție sau un patch de securitate este gata, eliminând astfel necesitatea unei vizite la garaj.
Oportunitățile de îmbunătățire a performanțelor vehiculului în timp devin nesfârșite. Automobilul devine obiectul unor actualizări și îmbunătățiri continue ale produselor bazate pe software, care oferă o experiență de consum îmbunătățită în timp. Se prelungește durata de viață a vehiculului, iar acest lucru singur aduce beneficii importante pentru mediu.
Oricine și-a dus familia într-o călătorie lungă cu mașina înțelege valoarea sistemelor de infotainment din mașină. Tehnologia accesibilă consumatorilor și conectivitatea îmbunătățită transformă experiența în mașină atât pentru șofer, cât și pentru pasageri.
Ecranele tactile și sistemele cu comandă vocală înlocuiesc playerele CD greoaie, oferind acces la multimedia, streaming video, hărți 3D și jocuri. Iar opririle pentru încărcare se transformă în ore de lucru productive prin furnizarea de conectivitate Wi-Fi în mașină.
Conceptul de conectivitate V2X constă în a permite vehiculelor să comunice cu tot ceea ce le înconjoară: alte vehicule, infrastructură, semafoare, locuri de parcare și chiar cu alți utilizatori ai drumului, cum ar fi bicicliștii și pietonii. Cu V2X, informațiile provenite de la senzorii vehiculelor pot fi partajate cu alte entități prin intermediul legăturilor de comunicare (fără fir).
Scopul este de a îmbunătăți gradul de conștientizare a șoferilor în ceea ce privește obstacolele și pericolele potențiale, reducând astfel stresul și rata accidentelor. V2X grăbește, de asemenea, fluidizarea traficului, oferind o avertizare avansată (și opțiuni de atenuare) a congestiei din trafic, asistență inteligentă pentru viteză și facilitarea accesului la locurile de parcare.
Aceste obiective sunt clare, dar este important să înțelegem implicațiile de siguranță și securitate asociate cu aceste caracteristici – implicațiile unei erori sunt uriașe, după cum au arătat foarte public exemplele în care sistemele de conducere autonomă au eșuat. Principiul încrederii (Fig. 1) impune ca proiectarea oricărei arhitecturi ADAS să includă măsuri adecvate de siguranță și securitate.
Să considerăm cazul unei intersecții complexe (figura 2). Senzorii de la bordul unei mașini, cum ar fi camera și radarul, funcționează numai în situații de vizibilitate directă. Prin urmare, un utilizator vulnerabil al drumului ascuns de un alt vehicul, cum ar fi un biciclist, nu va fi vizibil.
Respectarea cerințelor de siguranță ale modelului de fiabilitate necesită tehnologii de sprijin. De exemplu, o unitate de infrastructură rutieră activată prin V2X („semafor inteligent”) la intersecție și smartphone-ul biciclistului pot furniza informații suplimentare care ar putea fi partajate cu mașina pentru a îmbunătăți cunoașterea situației acesteia.
Așadar, care sunt ingredientele tehnice necesare pentru a permite acest caz de utilizare? În mod evident, avem nevoie de o conectivitate de înaltă fiabilitate și omniprezentă, așa cum este vizat atât pentru comunicațiile 5G, cât și pentru cele 6G. Toate părțile implicate trebuie să fie conectate sau, cel puțin, să se afle în raza de detecție/sensibilizare. Dincolo de aceasta, avem nevoie de un ecosistem care să permită partajarea și procesarea diverselor fluxuri de date în timp util.
Acesta este punctul în care considerăm că 6G oferă valoare: Poate oferi capacități comune atât de comunicare, cât și de detectare. În practică, acest lucru înseamnă că rețeaua de comunicații își folosește capacitățile radio pentru a implementa o funcție de detecție.
Aceasta ar putea fi fie foarte asemănătoare unui radar (un sistem de telecomunicații fără fir și un radar care încorporează componente și arhitecturi foarte asemănătoare), fie prin intermediul inteligenței artificiale (rețeaua wifi știe că traversați strada pentru a merge la o cafenea în fiecare zi lucrătoare). Pe măsură ce rețeaua de acces radio wireless (RAN) devine conștientă de situație, se pot aplica principii comune de comunicare și detecție. Următorul pas este plasarea acestor informații situaționale în punctul cel mai benefic din rețea pentru a spori siguranța.
Exemplele de mai sus evidențiază în mod clar modul în care aplicarea principiului încrederii necesită ca datele sensibile la confidențialitate, inclusiv locația și identitatea, așa cum sunt generate de diferitele părți din scenariu, să fie procesate de o platformă de calcul de încredere.
Creșterea nivelurilor de autonomie necesită o integritate completă a conștientizării situației vehiculului, în toate condițiile meteorologice și de vizibilitate, precum și capacitatea de a reacționa la mediul înconjurător într-un interval de timp adecvat.
Scenariul descris mai sus și cerințele de date asociate evidențiază cerințele tot mai mari impuse rețelelor 5G de către vehiculele conectate. De asemenea, oferă o perspectivă asupra viziunii 6G.
Pe măsură ce explorăm „unghiul auto” al rețelelor (wireless) pentru a realiza întregul potențial al mașinii conectate, haideți să aprofundăm modul în care viziunea 6G prinde contur ca tehnologie care stă la baza promisiunii sale de îmbunătățire a capacității, fiabilității și inteligenței rețelei.
Continuând tendința comunicațiilor wireless de a utiliza benzi de frecvență din ce în ce mai înalte pentru a debloca lățimi de bandă de canal și viteze de date mai mari, se preconizează că 6G va extinde benzile actuale de joasă frecvență 5G până la 24 GHz. Cel mai mare interes se manifestă în banda de mijloc sau în gama de frecvențe centimetrice de la 6 la 20 GHz. Dincolo de aceasta, benzile de unde milimetrice (mmWave) până la frecvențele terahertziene (100 GHz și mai mult) prezintă un interes semnificativ, deoarece se pot utiliza, potențial, bucăți mai mari de lățime de bandă (Fig. 3).
Lungimile de undă mai scurte ale spectrului mmWave și ale spectrului terahertz aduc beneficii suplimentare, inclusiv dimensiuni fizice reduse ale antenelor, care permit noi factori de formă și diversitate spațială. Utilizată deja în rețelele 5G, diversitatea spațială valorifică arhitecturile MIMO (multiple-input/multiple-output) și beamforming pentru a transmite mai multe fascicule înguste. Toate fasciculele transportă date diferite către mai mulți utilizatori simultan, ceea ce permite o utilizare mai eficientă a spectrului.
Creșterea capacității rețelei este asigurată de densificarea rețelei prin implementarea mai multor stații de bază în punctele fierbinți de comunicare. Aici, semnalele sunt păstrate la nivel local, prevenind interferențele cu alte celule.
Una dintre cele mai inovatoare capacități care rezultă din specificațiile 6G este detectarea integrată. Frecvențele sub-THz propuse pentru 6G necesită formarea de fascicule/MIMO pentru a obține o acoperire acceptabilă. Prin urmare, implementarea unei interfețe radio 6G include mecanismele de detecție de tip radar, iar frecvențele implicate permit obținerea unor rezoluții foarte ridicate, pe baza disponibilității unei lățimi de bandă mai mari. O lățime de bandă RF de 5 GHz, de exemplu, aduce deja o rezoluție spațială de 3 cm.
Există un interes puternic din partea industriei pentru această tehnologie JCAS (Joint Communication and Sensing) și mai multe stimulente pentru utilizarea acesteia în dezvoltarea 6G. Pentru operatorul de rețea, capacitatea de a detecta obiectele care ar putea bloca un fascicul și de a găsi automat căi de propagare mai optime îmbunătățește eficiența rețelei.
Ca o afirmație generală, funcția de detectare poate fi poziționată ca o completare rentabilă a tehnologiei de comunicații 6G. În plus, în mediile industriale, în special în cazul roboticii, sunt posibile beneficii considerabile în materie de costuri prin combinarea detecției și a comunicațiilor în unități hardware unice.
Putem acum să analizăm modul în care 6G va spori siguranța cazurilor de utilizare a automobilelor, așa cum este ilustrat de exemplul intersecției. Figura 4 oferă o imagine de ansamblu a unui sistem de detecție auto, arătând unde 6G poate contribui la îmbunătățirea siguranței sistemului.
Discuția anterioară a evidențiat modul în care orice sistem de încredere ar avea nevoie de cantități mari de date care să fie transmise și procesate într-un mod sensibil la timp. Autonomia vehiculelor, la scară mai largă, va consuma, prin urmare, cantități uriașe de lățime de bandă și va necesita progrese semnificative în ceea ce privește procesarea la marginea cloud-ului pentru a aduce puterea de calcul mai aproape de marginea drumului. În cele din urmă, va exista o limită a capacității 5G de a susține această cerință, ceea ce va determina nevoia de spectru 6G.
Dincolo de furnizarea unei lățimi de bandă mai mari și a unei latențe reduse, capacitățile de detectare pasivă ale 6G vor îmbunătăți considerabil capacitatea unui vehicul de a detecta entități neconectate, cum ar fi biciclistul din scenariul intersecției.
Capacitățile superioare de detecție ale 6G, permise de frecvențele sub-THz, îmbunătățesc capacitatea sistemului de a recunoaște și clasifica obiectele și de a estima cu precizie poziționarea și mișcarea. Această capacitate sporită de detectare se îmbunătățește odată cu creșterea densității rețelei și, prin urmare, va fi benefică în zonele urbane, unde densitatea rețelelor este mai mare, iar sistemele de trafic sunt mai complexe.
O localizare extrem de precisă este esențială pentru niveluri mai ridicate de autonomie la volan, care reprezintă un domeniu de oportunitate important pentru 6G. Sistemele actuale de localizare, bazate pe rețelele GNSS/GPS sau 5G, utilizează tehnologii trigonometrice bazate pe timpul de zbor (ToF), care necesită semnale de la mai multe surse aflate în poziții diferite pentru a calcula poziția unui obiect. Un sistem 5G ar avea nevoie de acces la cel puțin trei stații de bază separate pentru a asigura acuratețea.
Cele mai recente tehnologii, însă, pot funcționa cu mai puține stații de bază, analizând diferitele căi de propagare între emițător și receptor care rezultă din reflexiile din celula locală. Caracteristicile de transmisie ale formelor de undă sub-THz înseamnă că, în cazul rețelelor 6G, se poate obține o poziționare precisă chiar și cu o singură stație de bază. Aceasta ar profita de multiplele căi de reflexie ale semnalului purtător.
Acest lucru aduce beneficii semnificative, în special în orașe, unde „canioanele urbane” pot avea un impact negativ asupra preciziei sistemelor de poziționare GNSS. Odată cu densificarea rețelei, 6G poate fi utilizat pentru a corecta aceste inexactități, făcând schimb de informații pentru a îmbunătăți fiabilitatea sistemului de poziționare.
Există deja modele de operare sofisticate pentru a sprijini evoluția vehiculului conectat. Elementele de bază, inclusiv detectarea, localizarea îmbunătățită a rețelei și conectivitatea V2X, sunt bine definite pentru a crește nivelul de siguranță. Fiabilitatea acestor modele poate fi îmbunătățită prin disponibilitatea unor capacități de rețea care să le depășească pe cele ale 5G.
Densificarea rețelei 6G cu celule mai mici, combinată cu noi benzi de frecvență cu o lățime de bandă mai mare, poate permite convergența conectivității cu conștientizarea mediului prin detectare și localizare. Lățimea de bandă mare prevăzută pentru tehnologia 6G oferă conectivitate cu viteză mare de transfer de date care sprijină aplicațiile bazate pe date și ML. Aceste noi caracteristici 6G vor deschide noi oportunități de creștere a siguranței auto, precum și noi servicii auto.
articol preluat din https://www.electronicdesign.com/
Abonează-te la newsletter-ul nostru și rămâi la curent cu cele mai recente articole scrise de echipa masinicorecte.ro.
Nu suntem cameramani profesionisti, dar am facut cel mai tare canal auto romanesc de pe youtube. Nu suntem jurnalisti auto, dar am creat cea mai mare platforma online de review-uri auto din Romania. Onestitatea fata de cei care ne privesc. Acesta este secretul. Va multumim!
