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1、星閃技術在智能網聯汽車領域應用白皮書 星閃技術在智能網聯汽車領域應用白皮書 前前 言言 汽車智能化、網聯化呈現加速發展的趨勢,新的車載應用場景和業務需求不斷涌現。通信技術作為構筑智能信息交換與共享的基礎技術,在智能網聯汽車產業發展中承擔著重要任務。一方面,通信技術的發展為車載應用場景的實際落地提供了有力支撐;另一方面,新的車載應用場景和需求的誕生,也推動著通信技術不斷向前演進和發展。 對于車內通信來說,在成本控制、汽車輕量化以及靈活部署等方面的訴求驅動下,部分基于車內有線通信的車載應用展現出無線化趨勢。而車載應用的無線化也對傳統無線短距通信技術在低時延、高可靠、精同步、高并發、高信息安全和低功
2、耗等方面提出更加嚴苛的需求。因此,亟需能夠滿足業務需求和發展趨勢的無線短距通信技術?;谏鲜霎a業發展需要,星閃技術作為全棧原創的新一代無線短距通信技術應運而生, 并且憑借其所能提供的卓越傳輸性能獲得了產業廣泛關注。星閃技術的標準化及產業化正在快速推進。 本白皮書由星閃聯盟和中國智能網聯汽車產業創新聯盟聯合發起, 充分發揮兩個聯盟在智能網聯汽車與無線通信領域的行業影響力,組織來自汽車、通信、終端、芯片、信息安全、科研等領域的多家單位共同參與編寫,旨在對星閃技術在智能網聯汽車領域的應用給出深入分析, 指導并推動星閃技術在汽車領域的規模商用。 本白皮書從星閃技術誕生的背景、星閃技術標準體系和關鍵技術
3、、星閃技術的典型車載應用場景、產業發展現狀及趨勢等方面進行分析,為星閃技術在智能網聯汽車領域的應用提供重要參考。 星閃技術在智能網聯汽車領域應用白皮書 目錄目錄 1. 引言. 1 2. 車內通信現狀. 2 2.1. 傳統車內通信技術介紹 . 2 2.2. 產業無線化趨勢及痛點 . 3 3. 星閃技術介紹. 4 3.1. 概述 . 4 3.2. 標準體系及關鍵技術 . 5 4. 星閃在智能網聯汽車領域的典型應用場景. 8 4.1. 車載主動降噪 . 8 4.2. 無鑰匙進入 . 9 4.3. 車載免提通話 . 11 4.4. 車機互聯 . 13 4.5. 無線電池管理系統 . 15 4.6. 營
4、運車輛全景環視 . 17 4.7. 無線氛圍燈 . 18 5. 產業發展. 20 5.1. 星閃技術發展現狀與趨勢 . 20 5.2. 應用場景商用時間表 . 21 6. 總結與展望. 22 星閃技術在智能網聯汽車領域應用白皮書 1 星閃技術在智能星閃技術在智能網聯網聯汽車領域應用白皮書汽車領域應用白皮書 1.1. 引言引言 智能網聯汽車是指搭載先進的車載傳感器、控制器、執行器等裝置,融合現代通信與網絡、人工智能等技術,實現車與 X(車、路、人、云等)智能信息交換、共享,具備復雜環境感知、智能決策、協同控制等功能,可實現“安全、高效、舒適、節能”行駛,并最終可實現代替人來操作的新一代汽車。 在
5、以人工智能、無線通信技術等領域為代表的科技革命與產業變革的推動下,汽車作為新技術應用的最佳載體之一,正在加速智能化、網聯化進程。從全球來看,智能網聯汽車已成為汽車產業發展的戰略必爭之地,世界主要汽車生產國高度重視智能網聯汽車發展,不斷強化技術戰略布局,積極提供良好的發展環境。 我國智能網聯汽車產業政策日趨完善、 技術快速演進, 產業化布局不斷加速。 隨著智能網聯汽車的不斷發展,車載領域的新應用場景和業務需求不斷出現。通信技術作為構筑智能信息交換、共享的基礎技術,在產業發展中承擔著重要任務。 而新應用場景以及新需求的產生, 也對通信技術提出了新的要求和挑戰,特別是針對車內通信技術。隨著產業發展的
6、深入,對于車輛生產的成本控制、靈活部署、降低重量等訴求推動著車內通信從有線通信向無線通信的演進。同時,為了追求極致的性能體驗,新興應用場景在傳輸速率、可靠性、時延、安全等方面的嚴苛需求也對無線通信技術提出了更高的要求。 作為全棧原創的新一代無線短距通信技術, 星閃無線通信技術 (以下簡稱 “星閃技術”)的誕生順應了車內通信無線化的發展趨勢。星閃技術主要由星閃聯盟制定, 針對包括汽車領域在內的關鍵應用場景及其需求,定義了從星閃接入層到基礎應用層的端到端標準體系。作為核心的空口接入層技術,星閃技術提供了SLB(SparkLink Basic,星閃基礎接入技術)和 SLE(Sparklink Low
7、 Energy,星閃低功耗接入技術)兩種無線通信接口。兩種接口技術面向不同的應用場景,其中 SLB 采用超短幀、多點同步、雙向認證加密、跨層調度優化等多項技術,具備低時延、高可靠、高同步精度、支持多并發和高信息安全的技術特點;SLE 采用 Polar 信道編碼提升傳輸可靠性,減少重傳節省功耗,同時支持最大 4MHz 傳輸帶寬、最大 8PSK 調制,支持 1 對多可靠組播,支持 4KHz 短時延交互等特性。星閃技術憑借突出的傳輸性能滿足了新興車載應用的通信需求。 星閃技術在智能網聯汽車領域應用白皮書 2 2.2. 車內通信現狀車內通信現狀 2.1.2.1. 傳統傳統車內車內通信通信技術技術介紹介
8、紹 傳統車內通信技術可以分為有線和無線兩大類,其中有線通信技術主要包括CAN、LIN、FlexRay、車載以太、MOST 等,無線通信技術主要包括藍牙、WiFi和 UWB 等,各類技術的概述及特點如下: CAN,為控制器局域網(Controller Area Network),在 80 年代初為解決汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數據交換而開發的一種串行數據通信協議,CAN 總線不僅能簡化車輛各電子控制單元的設計和安裝,還減輕布線的重量并降低對空間的要求。 LIN,為局部連接網絡(Local Interconnect Nework),最初由 LIN 聯盟提出,是一種低成本、串行通信網絡,通信接
9、口為 UART。LIN 分主節點和從節點,通過單線連接。作為 CAN 通信的補充,LIN 主要應用于通信帶寬要求比較低的車身控制方面,如車窗、座椅等。 FlexRay,最初由 FlexRay 聯盟提出,具有確定性、容錯性、高速特點,主要應用在對誤差容限和時間確定性要求極高的線控領域,如線控驅動、轉向、制動等,但其成本和設施復雜度較高。 車載以太網,是一種用以太網連接車內電子單元的新型局域網技術,與傳統以太網使用 4 對非屏蔽雙絞線電纜不同, 車載以太網在單對非屏蔽雙絞線上可實現 100Mbit/s 以上的傳輸速率。 MOST,為多媒體定向系統傳輸(Media Oriented Systems
10、Transport),作為車輛一種多媒體應用通信技術,主要應用于車載多媒體和影音娛樂系統。 藍牙(Bluetooth),作為無線短距技術可用于車內通信,由藍牙 SIG 制定并發布。車載藍牙系統以藍牙技術為基礎,主要功能是在車輛行駛過程中通過無線短距通信與用戶手機相連,實現免提通話及部分車機交互功能。 WiFi 是基于 IEEE802.11 標準的無線短距通信技術,由 WiFi 聯盟所持有。車載 WiFi 目前的主要功能是面向座艙內的駕乘人員提供無線接入服務,用于信息娛樂、移動辦公等。 UWB,為超寬帶無線通信技術(Ultra Wide Band),具有安全精密定位的特點,可應用于車輛無鑰匙進入
11、等場景的定位輔助。 星閃技術在智能網聯汽車領域應用白皮書 3 2.2.2.2. 產業無線化趨勢及痛點產業無線化趨勢及痛點 近年來,人們對汽車有了更多智能化、網聯化的需求,車載功能朝著類似于PC/Phone 等信息化智能設備的方向發展,其功能日益復雜多樣化,也推動著車內通信技術的不斷演變。 在當前汽車的電子電氣架構不斷演進下, 自動駕駛功能、座艙交互功能等不斷豐富,高性能要求的控制器在增加,分布式 ECU 逐漸向集中式域控制器演進,傳統車內有線通信技術存在諸多痛點: 1.控制器數量的增加致使線束使用加長,引起線束成本的大幅增加,單車線束長度約 3-5km,重量超過 30kg,從而提高了整備質量,
12、導致汽車能耗和碳排放的增長; 2.線束的組裝一直是智能汽車產業自動化升級過程中的瓶頸。目前線束安裝強依賴于人工,線束安裝的成本占人工成本約 50%,并且基于線束的車載設備部署難以實現零部件的靈活升級,加大了后期的維護和升級成本; 3.線束連接導致車內連接點數量顯著增加。據估計中等豪華車平均連接點超過 4000 個,并且由于人工安裝接插件,也不可避免地引入了可靠性風險。同時,當前線束基本工作在低頻段,易受車載設備電磁干擾等影響,一定場景下有接插件失效風險。 因此,為了有效滿足車輛在制造生產過程中的成本控制、靈活部署、降低重量等方面的訴求, 以無線通信替代部分有線通信完成數據傳輸和控制功能成為產業
13、界發展重點。當前,電池管理系統、車載信息娛樂、全景環視、胎壓監測等車載應用率先出現了末端連接的無線化需求,在提高生產和裝配效率的同時,可大大降低線束接插件失效的風險,同時帶來了整車總布置的便利。 與此同時,為了追求極致的駕乘體驗,在智能網聯汽車發展浪潮中催生的大量新興應用,其對無線通信也提出了新的挑戰。例如車載主動降噪業務為了實現車內靜謐效果, 采用主動構造反向噪聲來對消車輛行駛中的發動機噪聲、路噪和風噪,該技術要求噪音源麥克風到處理器再到頭枕揚聲器的端到端時延小于 100微秒,并且要求多傳感器實現精準同步。此外,車內電子設備數量多,電磁環境復雜,對于無線短距通信系統的抗干擾能力也提出了更高的
14、要求。因此,產業無線化的趨勢下,如何滿足業務在低時延、高可靠、精同步、高并發、高信息安全和低功耗等方面的需求成為亟待解決的問題。 星閃技術在智能網聯汽車領域應用白皮書 4 綜上,在成本控制、汽車輕量化以及靈活部署等方面的訴求驅動下部分有線功能展現出無線化趨勢, 且車載應用功能無線化對現有無線短距通信技術在低時延、高可靠、精同步、高并發、高信息安全和低功耗等方面提出嚴苛需求。然而,現有主流無線短距通信技術,如藍牙的速率和時延等劣勢、WiFi 的異步和系統效率等問題、UWB 的成本和組網等短板導致其無法提供在智能網聯汽車場景下低時延、高可靠、高安全和確定性服務質量的要求。行業和社會亟需更加匹配業務
15、需求和發展趨勢的無線短距通信技術,星閃技術在此需求背景下應運而生。 3.3. 星閃技術介紹星閃技術介紹 3.1.3.1. 概述概述 星閃技術作為新一代無線短距通信技術,標準化工作主要在星閃聯盟進行。星閃標準體系主要由星閃接入層規范、基礎服務層規范、 基礎應用層規范及其配套的支撐性規范構成。為了滿足產業發展需求,星閃聯盟識別包含智能網聯汽車領域在內的應用場景及需求,并啟動 Release 1.0 系列標準的制定,計劃于 2021年底前完成系列標準發布。 表 1 星閃端到端標準體系 序號序號 標準名稱標準名稱 分類分類 1 星閃無線通信系統 架構 架構 2 YD/T 無線短距通信 車載空口技術要求
16、和測試方法 星閃接入層 3 星閃無線通信系統 接入層 低功耗技術要求 4 星閃無線通信系統 基礎服務層 多域協調與管理 基礎服務層 5 星閃無線通信系統 基礎服務層 傳輸與控制 6 星閃無線通信系統 基礎服務層 設備與服務發現 7 星閃無線通信系統 基礎服務層 QoS 架構與管理 8 星閃無線通信系統 基礎服務層 5G 蜂窩網絡融合技術 9 星閃無線通信系統 網絡安全 通用要求 安全 星閃技術在智能網聯汽車領域應用白皮書 5 10 星閃無線通信系統 測試規范 接入層設備要求和一致性測試 測試 11 星閃無線通信系統 測試規范 接入層設備安全要求和一致性測試 12 星閃設備媒體接入層標識分配機制
17、 地址分配 13 QC/T 車載專用無線短距傳輸系統技術要求和試驗方法 車載應用及系統要求 14 JT/T 營運車輛全景環視系統技術要求和試驗方法 3.2.3.2. 標準體系及關鍵技術標準體系及關鍵技術 3.2.13.2.1 星閃星閃技術技術系統架構系統架構概述概述 星閃 Release 1.0 的系統架構如下圖所示: 圖圖 1 1 星閃技術星閃技術 Release1.0Release1.0 系統架構示意系統架構示意圖圖 星閃技術標準框架由星閃接入層、基礎服務層和基礎應用層構成。 3.2.23.2.2 星閃接入層星閃接入層 星閃接入層為上層數據提供無線通信傳輸。 為了滿足不同場景的需求, 目前
18、,星閃接入層可以提供兩種無線短距通信接口(SLB 和 SLE)。 星閃技術在智能網聯汽車領域應用白皮書 6 SLB(SparkLink Basic,星閃基礎接入技術)的技術內容由中國通信標準化協會(CCSA)制定的行標無線短距通信 車載空口技術要求和測試方法規定。SLB 使用正交多載波(OFDM)波形,支持極低時延無線幀,空口單向數據傳輸時延小于 20.833us(業界最低時延),單載波支持 20MHz 帶寬,最大支持 16 載波共320MHz 帶寬,最高速率支持編碼速率 0.92 的信道編碼、1024QAM 調制和 8 流多路并行傳輸,最深覆蓋支持編碼速率 1/8 的信道編碼和 QPSK 調
19、制。SLB 支持數據鏈路層數據透傳模式,極大減小系統開銷,提升系統多節點接入容量。SLB 支持優化的接入資源配置,支持多用戶低時延接入系統。SLB 的相關標準化工作已經完成,性能指標評估結果參見表 2。SLB 主要用于承載以車載主動降噪、全景環視、車載娛樂為代表的業務場景,其顯著特征是低時延、高可靠、精同步和高并發等。 表 2:SLB 性能評估結果 項目項目 性能指標性能指標 峰值速率峰值速率 G 鏈路峰值大于 900Mbps(單載波 20MHz 帶寬) T 鏈路峰值大于 450Mbps(單載波 20MHz 帶寬) 時延時延 20us 可靠性可靠性 正確率大于 99.999% 同步精度同步精度
20、 1us(定時精度30ns) 多用戶能力多用戶能力 支持 4096 用戶接入 支持 1 毫秒內 80 用戶數據并發 抗干擾能力抗干擾能力 Polar 數據信道編碼 最小工作信噪比-5dB(相比傳統短距實現覆蓋增益+3dB) 鄰頻干擾抑制比大于 70dB 安全性安全性 高(雙向認證,算法協調保障) SLE(Sparklink Low Energy,星閃低功耗接入技術)的技術內容在星閃聯盟進行標準化,可提供低成本、低功耗的空口接入。SLE 使用單載波傳輸,帶寬支持 1MHz、2MHz 和 4MHz,調制方式支持 GFSK、BPSK、QPSK 和 8PSK。相比現有低功耗無線短距技術,SLE 在相同
21、深覆蓋條件下可穩定支持 128kbps 音頻傳輸,支持更高速率(峰值 12Mbps),支持無損音頻傳輸,支持可靠組播傳輸,支持數百量級節點接入。SLE 的標準化工作將于 2021 年底完成,性能指標分析見表 3。星閃技術在智能網聯汽車領域應用白皮書 7 SLE 主要用于承載包括胎壓監測、無鑰匙進入、無線電池管理系統在內的具備低功耗要求的業務場景。 表 3 SLE 性能指標 項目項目 性能指標性能指標 峰值速率峰值速率 支持 4.6Mbps 高保真無損音頻 支持 12Mbps 數據傳輸 時延時延 支持 250 微秒完成一次交互 多用戶能力多用戶能力 支持 256 用戶接入 網絡覆蓋及拓撲網絡覆蓋
22、及拓撲 最小 SINR:-3dB; 支持一對一單播及一對多組播; 安全性安全性 高(雙向認證,算法協調保障) SLB 和 SLE 兩種技術面向不同的無線短距通信應用場景,互相補充并且將根據業務需求進行持續演進。 3.2.33.2.3 基礎服務層基礎服務層 基礎服務層通過定義不同的功能單元可為上層車載應用功能提供模塊化服務。從控制面角度,可以提供通用類短距服務和擴展服務。其中在 Release 1.0中可以支持的通用短距服務包括設備與服務發現、連接管理、QoS 管理、測量管理、安全管理等核心功能;擴展服務目前包括多域協調和 5G 融合等。用戶面目前支持實時流、數據透傳、數據廣播、可靠傳輸等。整體
23、架構基于底層接入技術特性及上層業務需求進行適配設計以及跨層優化, 構建相比傳統無線短距技術的獨特競爭力。 3.2.43.2.4 基礎應用層基礎應用層 基礎應用層用于實現各類應用功能,服務于包括智能網聯汽車領域在內等不同場景。 星閃技術在智能網聯汽車領域應用白皮書 8 4.4. 星閃在智能星閃在智能網聯網聯汽車汽車領域的領域的典型典型應用應用場景場景 4.1.4.1. 車載車載主動降噪主動降噪 4.1.14.1.1 場景描述場景描述 隨著智能網聯汽車的發展以及技術的迭代進步,消費者對于駕乘體驗的要求也在不斷提升。 通過車載主動降噪功能可以為駕駛員和乘客提供更加安全、舒適的座艙體驗。從原理上看,車
24、載主動降噪是通過車內揚聲器發射反相聲學信號來中和發動機噪聲、路噪、風噪等噪聲,實現車內全局或區域靜場,達到消除或降低車內噪聲的目的。 具體的,部署于車內的多個車載麥克風負責采集車內噪聲并傳輸至 ANC(Active Noise Cancellation,主動噪聲抑制)控制器單元生成反相噪聲,然后反相噪聲被發送至多個車載揚聲器并分別播放出來, 在頭枕處形成噪聲抵消聲場,從而在座艙內實現主動降噪的效果。同時,頭枕處的誤差麥克風檢測降噪效果并向 ANC 控制器反饋,以使降噪系統進行自適應的算法調整。 圖 2 主動降噪原理示意圖 4.1.24.1.2 需求需求分析分析 為了實現車內良好的靜謐效果,車載
25、主動降噪系統存在以下業務需求: 應支持至少 48kHz 音頻采樣,量化比特應不低于 16 比特,宜為 24 比特; 端到端(麥克風到揚聲器)時延應小于 100us; 星閃技術在智能網聯汽車領域應用白皮書 9 單向(麥克風到控制器,控制器到揚聲器)時延應小于 48KHz 采樣周期(20.833us); 傳輸可靠性應大于 99.999%; 每路車載麥克風/揚聲器的傳輸速率應大于等于 768kbps; 應支持至少 12 路麥克風和 13 路揚聲器上電時快速接入工作。 4.1.34.1.3 通信方式通信方式 ANC 控制器作為中心節點,需要支持: ANC 控制器與多個參考麥克風以及誤差麥克風的通信;
26、ANC 控制器與多個揚聲器的通信。 4.1.44.1.4 產業分析產業分析 隨著汽車動力由燃油向新能源的演進,打造安靜的座艙環境變的越來越重要。電動化、網聯化、智能化、共享化的“新四化”發展趨勢也使得汽車座艙不再是一個獨立的駕乘空間,越來越多的需求和元素進入座艙,推動著座艙智能化的發展。 極致的智能座艙體驗也對路噪、風噪等背景噪聲的隔離提出了更高的要求。 主動降噪技術在汽車座艙的應用也被視為繼耳機后,面向消費者的又一重要場景。 現有采用有線連接的車載主動降噪系統,容易受線束走向以及布置的約束,其在重量和成本上都存在劣勢??紤]到系統涉及多麥克風、多揚聲器、ANC 控制器以及其他車內感知設備的連接
27、,從降本減重以及靈活部署等維度看, 無線傳輸方案存在明顯優勢。結合表 2 評估結果,星閃技術可以提供 20us 的時延傳輸保障, 并且傳輸速率、可靠性以及多并發接入等方面可全面滿足車載主動降噪業務需求。 4.2.4.2. 無鑰匙進無鑰匙進入入 4.2.14.2.1 場景描述場景描述 星閃技術在智能網聯汽車領域應用白皮書 10 現在汽車上大部分都配有 PEPS 系統,即無鑰匙進入,一鍵啟動系統,通過確定鑰匙的位置來實現車輛的智能解、閉鎖或動力系統啟動。 圖 3 無鑰匙進入應用示意圖 4.2.24.2.2 需求分析需求分析 對于無鑰匙進入應用,具有如下業務需求: 距離測量:車輛測量鑰匙或手機的距離
28、(左前、右前、中、左后、右后距離),精度到厘米級別; 位置感知:有效識別車內、車外區域位置; 車輛鑰匙功能:迎賓、自動解鎖、自動閉鎖(離開),車內防盜上電(自動,可根據應用需要設定功能); 防中繼攻擊:無線通訊信息不可截取和偽造攻擊; 軌跡繪制:實現移動軌跡繪制,根據特定的軌跡,自動實現車輛的一些便捷操作。 4.2.34.2.3 通信方式通信方式 無鑰匙進入系統涉及多個模塊交互,主要的通信交互包括: 無鑰匙進入系統控制模塊與鑰匙或手機等設備進行通信; 無鑰匙進入系統控制模塊與外部門把手模塊、后備箱模塊通信; 外部門把手模塊與鑰匙或手機等設備進行通信; 星閃技術在智能網聯汽車領域應用白皮書 11
29、 無鑰匙進入系統控制模塊與發動機艙輔助控制盒進行通信。 4.2.44.2.4 產業分析產業分析 無鑰匙進入目前主要有兩種實現方式: 1)低頻 LF/射頻 RF 實現方案:目前市面上的成熟方案,使用 LF(125kHz或 134kHz)/RF(315MHz 或 433MHz)技術實現一定范圍內的車輛解閉鎖或啟動; 2) 低功耗藍牙 BLE 方案: 使用 BLE 技術, 用支持 BLE 的智能終端 (如手機) ,去解閉鎖或啟動既定范圍內的車輛。 此外,基于 UWB 的方案也在業界研究和實踐。 LF 方案無法與手機等智能終端互聯, 無法滿足智能網聯汽車的產業融合發展趨勢,而藍牙方案目前無法全面應對車
30、載復雜工況以及定位精度需求,例如在智能設備放入口袋后常會導致功能無法正常工作。此外,這些技術也不時有“中繼攻擊”案例發生,安全性方面有待加強。 星閃技術的誕生可以很好的解決上述問題,提升無鑰匙進入系統的業務體驗。為了構建更好的生態,還需要考慮: 1) 與智能手機的融合是產業發展的趨勢,因此多方共同搭建一個系統的生態鏈至關重要; 2) 為了實現精準的定位,車載安裝的用于聯合定位的無線短距通信節點數也會增加,產業落地需要在節點數量與定位精度之間做好權衡; 3) 不論車載應用,還是便攜式智能終端,切實滿足低功耗需求也是產業落地的關鍵。 4.3.4.3. 車載免提通話車載免提通話 4.3.14.3.1
31、 場景描述場景描述 車載免提通話系統不同于其他家用免提通話設備,其往往處于復雜的噪聲環境之中。車輛行駛時噪聲的來源多種多樣,其特性也因實際環境的不同而變化,特別是隨著汽車行駛速度的增加,動力系統噪聲、胎噪和風噪逐步加強并造成艙內的噪聲抬升(如圖 4 所示),讓車內人員的語音交流和溝通變得非常困難。先進的車載免提通話系統則通過車內部署的麥克風來采集駕乘人員的語音信號,星閃技術在智能網聯汽車領域應用白皮書 12 然后轉化為電信號再經過處理通過車載揚聲器播放出來, 讓車內的駕乘人員不需費力就可以實現輕松的語音溝通。 圖 4 噪聲來源 4.3.24.3.2 需求分析需求分析 圖 5 車載免提通話數據流
32、向 為了實現良好的通話效果,車載免提通話系統存在以下業務需求: 端到端(麥克風到手機 2 或手機 2 到揚聲器)時延應小于 150ms; 單向(麥克風/揚聲器到車機,車機到手機 1)時延小于 25ms; 車載設備間傳輸可靠性(塊成功率)應不低于 99.999%; 單路通話傳輸速率應不小于 5.9kbps,單路通話傳輸速率最大可為128kbps; 應至少支持 4 路麥克風、4 路揚聲器同時工作,應至少支持連接 1 個智能終端設備。 麥克風安裝位置應便于接收車內各個座位乘客發出的語音;揚聲器安裝位置應便于向車內各個座位乘客播放語音。 4.3.34.3.3 通信方式通信方式 車載通話分為發送方向(即
33、駕乘人員向遠端發送語音信號)和接收方向(即駕乘人員從遠端接收語音信號)。 星閃技術在智能網聯汽車領域應用白皮書 13 發送方向: 車載終端通過麥克風接收駕駛員發出語音; 車載終端通過無線短距通信將語音信號發送至手機; 手機通過蜂窩網絡將語音信號發送至基站。 接收方向: 基站通過蜂窩網絡將語音信號發送至手機; 手機通過短距離無線通信將語音信號發送至車載終端; 車載終端通過揚聲器向駕駛員播放語音。 4.3.44.3.4 產業分析產業分析 車載系統向著智能化、 網聯化發展, 無線通信技術在汽車中的應用越來越多,免提通話系統逐漸成為汽車的基本配置。 星閃技術的應用有助于車載免提通話系統的通話質量的全面
34、提升。 4.4.4.4. 車機互聯車機互聯 4.4.14.4.1 場景描述場景描述 隨著汽車新四化的進展以及 5G、物聯網等技術的出現,車上內容、服務和體驗數字化、網絡化、開放化成為趨勢,車用操作系統的封閉性的現狀正在逐步被打破。 在此背景下, 蘋果 CarPlay、 谷歌 Android Auto、 百度 Carlife、 華為 HiCar等車機互聯產品應運而生,使得智能終端(手機)和汽車(車機)的連接越來越緊密。 車機互聯通過有線或無線的方式將手機的內容投射到車機屏幕上,讓車機更具靈活性和延展性,主要是導航類、音頻類、投屏交互類等應用場景。 星閃技術在智能網聯汽車領域應用白皮書 14 圖
35、6 車機互聯應用示意圖 例如,導航類業務是將手機的實時導航畫面包括語音實時的傳輸到車內控制模塊, 再由車內控制模塊分別傳輸給車載屏幕和揚聲器,圖像通過車載屏幕顯示出來, 語音通過車載揚聲器進行播放。音頻類業務是將存儲在手機內的音源文件傳輸給車機,再由車機傳輸給車載音頻播放器進行音頻播放,同時可以對車載音頻播放反向控制,如暫停、快進等。在車機和手機都存有音源文件的情況下,手機和車機之間也可以傳輸收藏記錄、播放歷史和播放進度信息。 4.4.24.4.2 需求分析需求分析 為了實現無線連接以及音視頻的實時傳輸等要求,車機互聯存在以下業務需求: 音頻播放類端到端時延應小于 40ms,單向時延應小于 1
36、5ms; 應至少支持 4 路揚聲器同時工作; 傳輸音頻業務速率應不小于 320kbps,宜為 1.4Mbps,可為 18Mbps; 投屏類業務傳輸的端到端時延應小于 20ms,單向時延小于 2ms; 應至少支持 2 路投屏,宜支持 4 路投屏; 應至少支持 2 個設備分別投屏; 傳輸 1080p 視頻,傳輸速率不小于 10Mbps;傳輸 720p 視頻,傳輸速率不小于 5Mbps; 車載設備間單路傳輸可靠性(塊成功率)應不低于 99.999%。 星閃技術在智能網聯汽車領域應用白皮書 15 4.4.34.4.3 通信方式通信方式 車機互聯作為車聯網的一個應用場景,需要支持: 移動終端與車載底層系
37、統的通信; 移動終端與車內控制模塊的通信; 移動終端與車內大屏及分屏的通信。 4.4.44.4.4 產業分析產業分析 隨著信息技術的不斷發展,未來汽車將不再作為一個單獨的個體,通過車載信息娛樂系統與萬物實現互聯是大勢所趨。智能手機作為信息科技的使用終端,與汽車實現互聯也是發展的必然。從長遠角度看,智能網聯汽車與移動終端信息交互的解決方案,給駕乘人員更多的選擇空間,不僅會變革日常車內的活動,還推動嵌入式車載設備的發展,對智能網聯汽車產業的進步具有積極意義?;谛情W技術的通信能力,車機交互在速率、連接數、可靠性以及時延等方面都將獲得高性能的無線短距傳輸通道,使能業務的極致體驗。 4.5.4.5.
38、無線電池管理系統無線電池管理系統 4.5.14.5.1 場景描述場景描述 動力電池是新能源汽車的核心零部件,直接影響新能源汽車的續航里程、整車壽命、 安全性等關鍵性能。 動力電池在新能源汽車整車成本中占比達到 4050%左右,是新能源汽車成本占比最大的部分。電池管理系統(Battery Management System,BMS)是管理和監控動力電池的重要部件,主要功能包括物理參數實時監測、電池狀態 SOC、SOH、SOP 等核心參數估計,完成電池充放電管理、在線診斷與預警、均衡管理、熱管理,實現電池系統的高可靠、長壽命的使用。 4.5.24.5.2 需求分析需求分析 車用 BMS 存在以下業
39、務需求: 應支持對于電芯級別的信息監測,包括至少支持 96 節電池單體,宜支持200 節以上電池單體的快速接入工作和多維傳感器信息采集上報; 星閃技術在智能網聯汽車領域應用白皮書 16 電壓、電流采樣頻率 20Hz,溫度采樣頻率 1Hz; 電壓監測精度1%FS,總電流監測精度2%FS,溫度監測精度23; 通信速率應至少大于 3.8Mbps,考慮節點密度以及上報周期等因素,宜支持 10Mbps 以上通信速率; 傳輸可靠性應大于 99.999%。 4.5.34.5.3 通信方式通信方式 電池管理系統 BMS 需要支持: BMS 主控與多個從控的通信; BMS 主控與整車的通信; BMS 主控與車載
40、充電機的通信。 4.5.44.5.4 產業分析產業分析 目前業內常用的 BMS 通信主要有兩種方式: 1)CAN 通信方案:CAN 通信的技術、產業和標準法規體系都很成熟,穩定性強,可靠性高,缺點是整體占用的空間較大,線束較長,接線器多,功耗大,成本高; 2)菊花鏈通信方案:菊花鏈分布式 BMS,線束較少,但 EMC 難度較大,可擴展性較差。 現有有線連接容易受線束走向以及布置的約束,其在 PACK 裝配效率、占用空間、重量、信號連接數量等方面都存在劣勢??紤]到 BMS 除了采集電芯電壓、模組溫度和系統電流這些信號外, 未來會涉及電芯內部傳感信號和更多電芯外部傳感信號,如氣體、氣壓、壓力、煙感
41、等,從可靠性及靈活性等維度看,無線傳輸方案存在明顯優勢。 星閃技術在智能網聯汽車領域應用白皮書 17 圖 7 無線電池管理系統 與傳統的有線 BMS 信號傳輸方式相比,基于星閃技術的無線 BMS 可以減少系統內采樣和通信線束,簡化系統結構,提升電池包能量密度;大幅度提高電芯管理的可靠性、精度,提升電池安全性能;解決線束和接插件長時間使用的可靠性問題,減少售后維護;且主從板之間無高壓風險,可擴展性強,功耗低,是未來電池管理系統的發展方向。 4.6.4.6. 營運車輛全景環視營運車輛全景環視 4.6.14.6.1 場景描述場景描述 對于大型客車或者貨車等營運車輛,車身周圍存在較大范圍的盲區,常在車
42、輛起步或者泊車時發生碾壓盲區內的行人或非機動車輛的事故。 在城區人口密集地段, 這類事故風險尤為嚴重。當前傳統的廣角后視鏡無法實現對車身周圍盲區的全覆蓋。使用全景環視系統成為解決此類安全問題的有效途徑。全景環視系統可將車身周圍攝像頭拍攝的圖像實時傳遞到中控平臺并對多個攝像頭的數據進行拼接,形成車身周圍 360 度環視圖像,從而實現對盲區的全覆蓋。 4.6.24.6.2 需求分析需求分析 營運車輛的車輛長度長、結構復雜,轉彎、并線時存在車身結構變化大的特征。為了實現良好的視頻拼接效果,攝像頭需要部署于車輛上沿(見圖 8),這些特殊位置需要靈活的部署方案支撐,且能夠適應車輛長度及車身結構的變化,此
43、外部署方案要充分考慮降低成本。 星閃技術在智能網聯汽車領域應用白皮書 18 圖 8 營運車輛全景環視的典型部署位置 4.6.34.6.3 通信方式通信方式 需要支持中控平臺與車身周圍的各攝像頭進行通信。 4.6.44.6.4 產業分析產業分析 營運車輛對于全景環視系統存在強烈的無線化訴求,具體表現在: 傳統客車使用空調管道部署有線進行連接,容易漏水;貨車結構復雜,布線空間有限,采用有線部署的話存在著隨運行時間增加可靠性降低的風險; 甩掛車缺乏統一的視頻接口標準用于牽引車和掛車,不同廠商之間無法適配。 基于星閃技術可以很好的解決有線部署可靠性低,安裝部署復雜,有線視頻接口不統一的問題,并起到降低
44、線束成本的作用,切實提升營運車輛的全景環視性功能,保障營運安全。 4.7.4.7. 無線氛圍燈無線氛圍燈 4.7.14.7.1 場景描述場景描述 車載氛圍燈安裝在車輛內部,用于烘托座艙內部環境氛圍的內飾燈,通常會出現在門板、車頂、杯架、中控、迎賓踏板、后備箱等處。隨著智能座艙和自動駕駛的發展,座艙內環境空間的氛圍營造更為重要,通過極致氛圍燈的使用,可以給人帶來溫馨、舒適、科技、奢華等等不同體驗。隨著技術的發展,氛圍燈的展現形式也更為個性化和多樣化。其將不再僅僅局限在單色、多色、呼吸律動、音樂律動等形式,而是向更加人性化、智能化演進。例如,可以通過 APP、語音、星閃技術在智能網聯汽車領域應用白
45、皮書 19 手勢等控制氛圍燈,或者根據乘客不同的情緒來自動調整氛圍燈。此外,也可通過氛圍燈來顯示車輛的狀態,如車輛故障信息。 圖 9 氛圍燈的氣氛營造 4.7.24.7.2 需求分析需求分析 為了營造極致的氛圍,車載氛圍燈存在如下訴求: 并發設備數:2070; 速率大于 2Mbps,可支持音樂律動及用戶快速升級; 傳輸時延小于 50ms; 可實現靈活部署,分布就近取電,數據傳輸與電源傳輸分離; 4.7.34.7.3 通信方式通信方式 通信主要涉及氛圍燈控制器及導光條,其中氛圍燈控制器和導光條應能支持單播、組播和廣播通信。 4.7.44.7.4 產業分析產業分析 隨著氛圍燈對于個性化和智能化的演
46、進,為了營造更好的氛圍,對于氛圍燈的節點數要求以及傳輸速率的要求都將增加。 基于星閃技術的無線氛圍燈相比傳統基于 LIN 線的有線氛圍燈具備如下優勢: 節約線束成本且能夠實現分布式的就近取電; 星閃技術在智能網聯汽車領域應用白皮書 20 易于部署,可實現數據傳輸與供電解耦,簡化布線設計; 提供更強傳輸能力,能夠支持 256 路數據,速率大于 5Mbps,時延小于0.5ms; 能夠實現燈控算法的集中化控制,無需多個子網級聯; 更強的通信能力便于提供 OTA 個性化升級,打造新的商業模式。 5.5. 產業產業發展發展 5.1.5.1. 星閃技術星閃技術發展發展現狀現狀與與趨勢趨勢 作為新一代無線短
47、距通信技術,星閃技術順應了智能網聯汽車車內通信無線化的趨勢,并且憑借所能提供的低時延、高可靠、高精度同步、多并發、高信息安全、 低功耗等特性滿足了新興車載應用場景對于無線通信的嚴苛要求。在此技術優勢基礎上,星閃技術的產業化進程在快速推進中。 5.1.15.1.1 樣機及樣機及芯片芯片 2021 年 4 月,星閃聯盟在業界首次展示出基于星閃技術的原型樣機系統,展現了包括星閃超短時延測試系統、星閃主動降噪原型系統、星閃 5.1 無損環繞聲場原型系統和星閃低時延高清投屏原型系統, 憑借突出的通信性能獲得了產業的廣泛關注。其中由中國汽車技術研究中心有限公司、北汽和華為公司聯合開發和演示的星閃主動降噪原
48、型系統在業界首次驗證了無線主動降噪的技術可行性。 結果顯示,星閃技術空口傳輸時延可達到 20us,業務端到端時延遲小于 100us,相比其他技術的 40ms 的時延降低兩個數量級?,F場實時聲場測量儀表顯示,星閃主動降噪系統能夠將低頻噪聲平均降低 5dB,達到和同條件下有線主動降噪系統相當的降噪效果。 此外,針對營運車全景環視系統,利用星閃系統微秒量級的高精度同步和超低的傳輸延遲(低于對比技術 100ms),鷹駕、華為等聯合開展了基于星閃無線通信系統的樣機驗證, 全面解決了有線部署方案所面臨的布線困難、 可靠性降低、接口不統一等一系列問題。 星閃技術在智能網聯汽車領域應用白皮書 21 根據星閃聯
49、盟的整體規劃,2022 年將完成星閃芯片發布。目前,中科晶上表示 2022 年將發布基于 DX502c DSP 平臺的星閃芯片。極芯通訊技術有限公司也將于同年發布南迦巴瓦(UC6010)星閃 SoC 芯片。此外,還有其他幾家芯片公司正在積極規劃星閃芯片。 5.1.25.1.2 測試認證體系測試認證體系 為了切實推動星閃技術產業落地,保證使用星閃技術設計的產品的一致性和互通性,星閃聯盟目前正致力于測試認證體系的構建。具體包括產品測試認證、技術和商標授權,測試認證實驗室授權,測試認證儀表/系統開發、驗證和授權,測試計劃制定,測試方案試驗驗證,以及認證產品監督等。 根據當前規劃,整體星閃測試認證體系
50、將于 2021 年下半年完成制定并發布,2022 年可頒發首個星閃認證證書。 5.1.35.1.3 測試測試儀表儀表 測試儀表是推動星閃技術的重要環節,對于測試認證體系的落地起著關鍵作用。 2021 年 5 月,星河亮點推出“積薪“平臺 SP9500-SLT,是一款面向星閃短距測試的無線綜測儀,可支持星閃短距芯片、模塊和終端的射頻、協議及性能測試。根據計劃,“積薪”平臺將在 2022 年上半年全面具備星閃協議一致性測試能力和射頻一致性測試能力。 此外,大唐聯儀計劃在 2021 年第四季度提供支持星閃新短距的綜測儀CTP3515 平臺,滿足非信令測試的物理層功率類、調制類指標測量。計劃 2022