C-V2X : Véhicule cellulaire pour tout

C-V2X (Cellular Vehicle to Everything) est une technologie avancée de réseautage automobile qui utilise la connectivité cellulaire pour permettre un échange de données en temps réel entre véhicules, infrastructures, réseaux et usagers vulnérables de la route tels que les piétons et les cyclistes. Il s'agit d'une extension essentielle de l'Internet des objets (IoT), conçue spécifiquement pour les écosystèmes de transport.

Data Alliance propose une grande variété d'antennes pour véhicules, d'antennes combinées LTE/GPS, d'antennes 5G multibandes, de câbles coaxiaux, de connecteurs et d'accessoires RF pour optimiser les performances C-V2X. Nos solutions prennent en charge à la fois les systèmes embarqués (OBU) et les unités routières (RSU), garantissant une communication fiable à travers les réseaux de transport en évolution.

Avec le déploiement généralisé du C-V2X qui s'accélère à l'échelle mondiale, la sélection de composants RF haute performance nécessite un fournisseur expérimenté capable de soutenir les phases de conception, de test et de déploiement. Data Alliance offre à la fois la disponibilité des produits et un support technique pour aider les clients à s'adapter à ce paysage sans fil en pleine évolution.

Ce guide couvre les éléments essentiels du réseau C-V2X, en mettant l'accent sur les antennes, câbles, connecteurs et l'optimisation des systèmes RF pour un déploiement réel.

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

Cellular Vehicle to Everything (C-V2X) est une technologie de véhicule autonome qui émerge comme une innovation essentielle pour les véhicules, les systèmes de transport et les infrastructures routières. C-V2X se distingue des autres technologies de réseau routier par son utilisation du réseau cellulaire pour soutenir l'échange de données nécessaire. Elle se distingue 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 imminentement déployées qui devraient réduire le nombre d'accidents de la route. Un échange de données amélioré entre véhicules et leur environnement est également considéré comme capable d'apporter des solutions pour alléger la congestion routière et réduire la pollution, dans le cadre de l'agenda de développement des villes intelligentes et des systèmes de transport.

C-V2X a été développé et standardisé 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 véhicules et autres objets connectés en réseau approprié. L'interactivité est à courte portée et entièrement sans fil, reposant sur des antennes installées et des capteurs embarqués qui peuvent transmettre des données au conducteur d'un véhicule sur son environnement. Dans les systèmes C-V2X, les antennes cellulaires relaissent les données pour les principaux modules de communication véhiculaire, notamment :

• Véhicule à véhicule : pour une meilleure conscience du conducteur et un contrôle automatisé affiné du véhicule connecté.
• Véhicule vers réseau : pour la livraison des alertes conducteurs. Les informations diffusaient de la musique et de l'infodivertissement via le spectre mobile de la licence.
• Véhicule vers infrastructure : soutien à l'interactivité (échange de données) entre véhicules et infrastructures sur les routes, y compris les postes de péage, les feux de circulation et les panneaux de signalisation.

Pourquoi C-V2X est-il important ?

C-V2X est conçu pour améliorer significativement la sécurité routière, l'efficacité du trafic et les résultats environnementaux.

Selon les données de transport, plus de 90 % des accidents impliquent des erreurs humaines. C-V2X réduit ce risque en permettant une conscience situationnelle en temps réel, en soutenant des applications telles que :

• Systèmes d'évitement des collisions
• Maintien de voie et assistance à la conduite
• Peloton de véhicules (efficacité énergétique)
• Détection d'obstacles et de dangers
• Stationnement et navigation intelligents

De plus, C-V2X soutient les initiatives de villes intelligentes, contribuant à réduire la congestion et les émissions grâce à une gestion intelligente du trafic.

C-V2X est-il 5G ?

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

LTE-V2X devrait être progressivement mis à niveau pour utiliser la 5G, qui offre 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 de la connexion, diminue la latence et renforce la sécurité du réseau.

Quelle entreprise fabrique le C-V2X ?

C-V2X est développé par un écosystème mondial comprenant des fabricants automobiles, des opérateurs télécoms et des fabricants de semi-conducteurs.

Data Alliance soutient cet écosystème en fournissant la couche matérielle RF, notamment :

• Antennes cellulaires multibandes (LTE / 5G / GNSS)
• Antennes robustes montées sur véhicule
• Ensembles de câbles coaxiaux (LMR, série RG)
• Connecteurs et adaptateurs FR (SMA, FAKRA, MMCX, U.FL)
• Solutions personnalisées de câbles et d'antennes

Comprendre les antennes de véhicules C-V2X

Les antennes de véhicules C-V2X sont des antennes de réseau cellulaire spécialement conçues pour fonctionner tout en étant fixées de façon sécurisée sur un véhicule. Ils sont essentiels pour faire fonctionner un système de transport intelligent. Leur conception et leur ingénierie leur permettent de résister aux vibrations et aux chocs liés au montage sur un véhicule en mouvement. Ces antennes sont un type d'antenne distinct des antennes radio de voiture classiques et sont omnidirectionnelles, leur permettant d'envoyer et de recevoir des signaux dans toutes les directions.

Les antennes C-V2X embarquées sont un élément essentiel pour les voitures intelligentes. Ce sont généralement des antennes multibandes qui supportent non seulement le réseau cellulaire, mais aussi le GPS, le WiFi et le Bluetooth, ce qui peut également être nécessaire pour le déploiement d'une solution de véhicule autonome ou la gestion de flottes de véhicules connectés. Le GPS est particulièrement essentiel pour la précision de la voie actuellement. Elles peuvent également fonctionner comme des antennes télématiques, fournissant une télémétrie de transfert de données à grande vitesse pour les véhicules.

La conception combinée de ces antennes comprend plusieurs éléments accordés aux fréquences requises pour chaque technologie utilisée, au moins les fréquences 3G, 4G/LTE, et désormais 5G. Les modèles Puck ou Sharks-fin possèdent un radôme radio-perméable solide et un emballage en mousse de polyuréthane pour protéger les éléments sensibles.

Fréquences clés utilisées pour le C-V2X

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

• La bande de transport intelligent couvre 5 875 et 5 905 MHz et est réservée à l'échange prioritaire de données liées à la sécurité.
• Les bandes de fréquences 3,4 GHz à 3,8 GHz et 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 par Data Alliance

Les communications cellulaires prises en charge par le réseau sont également utilisées dans C-V2X, et utilisent les réseaux cellulaires des utilisateurs finaux pour communiquer avec les véhicules utilisant les technologies GSM, 3G, 4G/LTE ou 5G standard. Le type d'information transmis est généralement des mises à jour locales du trafic ou des alertes. Ces services sont fournis par des opérateurs de réseau cellulaire. Les bandes de fréquences utilisées incluent :

• 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 réels du C-V2X

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

Les développeurs, fabricants et vendeurs cherchent actuellement à obtenir un statut d'Équipement de Test 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 :

• Installation 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
• Essais dédiés aux communications à courte portée (DSRC)
• Tests des systèmes avancés d'assistance à la conduite (ADAS)
• Développement produit d'unités embarquées (OBU)
• Développement de produits en unités routières (RSU)

Pour des raisons de sécurité, les antennes utilisées pour les applications V2X doivent respecter une portée de communication efficace minimale afin que le conducteur puisse réagir suffisamment à temps aux changements de son environnement ou de la route. Les exigences de l'industrie précisent 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 le réseau cellulaire-V2X, le 3GPP nécessite l'utilisation non seulement d'une antenne émettrice (Tx) mais d'au moins deux antennes réceptrices (Rx), conformément aux spécifications de connectivité LTE. Les antennes sont généralement installées en configuration avant-arrière. Cela contraste avec les véhicules qui utilisent généralement une seule antenne lorsque cela est possible, tant pour des raisons de conception que de coût. D'autres configurations d'antennes pour véhicules peuvent inclure un compensateur câble utilisé pour améliorer la qualité de la liaison et la couverture du signal boost afin de garantir sa conformité aux normes réseau V2X pertinentes.

Les antennes contribuent significativement aux coûts de mise en œuvre d'un système C-V2X, donc des solutions à antenne unique qui feraient baisser les coûts et augmenteraient l'adoption de la technologie sont souhaitables, car l'utilisation généralisée de ce type de réseau réduirait encore davantage les coûts du système.

La performance d'une antenne utilisée dans un système C-V2X dépendra de son diagramme d'antenne et de sa position sur le véhicule. La forme du véhicule influencera également la portée réalisable d'une antenne cellulaire utilisée à cet effet. Les tests d'antennes V2X permettent de déterminer le nombre optimal et la disposition optimale d'antennes pour répondre aux normes et spécifications réseau nécessaires.

Exemple de test C-V2X réalisé avec des antennes cellulaires

Test de platine

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

Portée de communication en ligne de vue (LOS)

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

Portée de communication hors ligne de vue (NLOS)

Ces tests d'antenne V2X sont réalisés 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 sur ordonnance reste stationnaire à une courte distance de l'intersection tandis que l'antenne Tx approche à vitesse régulière.

Antennes C-V2X pour les kits de développement

Les kits de développement pour applications C-V2X nécessitent des antennes cellulaires, des connecteurs et des câbles de haute qualité pour la création de solutions innovantes basées sur C-V2X. Les kits de développement PCB peuvent être utilisés pour construire des systèmes configurables pratiquement pour recréer des dangers et des dangers et générer les alertes nécessaires pour que le pilote agisse réellement.

Les kits sont généralement basés sur un modem cellulaire OBU capable de gérer le débit nécessaire à la connectivité cellulaire V2X réelle, avec des kits de développement adaptés pouvant traiter jusqu'à 2000 messages par minute. Le modem peut être connecté à un ordinateur portable, ce qui permet de développer un firmware en même temps. Les modems cellulaires typiques avec 4G/LTE pourront supporter la connexion de deux antennes externes qui peuvent être utilisées pour recréer et modéliser la communication à courte portée du C-V2X tout en connectant le PCB à d'autres composants et processeurs ou en effectuant des tests radiofréquences in situ.

Schémas de diversité et antennes C-V2X

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

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

Antennes C-V2X pour modems cellulaires

Cellular Vehicle–to–Everything dépend de modules cellulaires puissants capables de soutenir l'échange de données à grande vitesse sur de longues distances, ce qui est nécessaire dans un environnement automobile. Ils constituent un élément essentiel des unités embarquées (OBU) qui effectuent le travail de base de la communication avec le véhicule. Des modems cellulaires indépendants du matériel sont déjà utilisés dans divers véhicules connectés en réseau, y compris les véhicules de service d'urgence et les flottes de traction. Contrairement aux cartes sans fil PCI utilisées en informatique, ces modules sont robustes et fiables dans des conditions critiques et sur des milliers de kilomètres de tests réels.

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

Câbles et accessoires réseau pour C-V2X

Des composants RF de haute qualité sont essentiels pour minimiser la perte de signal.

Types de câbles recommandés :

• LMR-100 : Routage ultra-flexible, à faible perte, compact
• LMR-200 : Atténuation plus faible pour des trajets plus longs

Types de connecteurs :

• SMA : Norme pour le cellulaire/GNSS (jusqu'à 18 GHz)
• FAKRA : Qualité automobile, résistante aux vibrations
• MMCX : Compact, à cliquer
• U.FL / MHF4 : Connexions au niveau PCB

Solutions adaptateurs et câbles :

• Des couettes SMA vers U.FL
• Rallonges pour un emplacement optimal de l'antenne
• Assemblages personnalisés pour l'intégration des véhicules

Data Alliance fournit  des ensembles de câbles préconfigurés et personnalisés pour simplifier l'intégration et réduire le temps d'installation.

Câble coaxial pour applications C-V2X

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

Connecteurs radio à clé C-V2X

Connecteurs SMA pour C-V2X

Les connecteurs SMA sont des connecteurs à fréquence radio filetés subminiatures largement utilisés dans les réseaux cellulaires, le GPS, et désormais comme connecteurs de choix pour les applications C-V2X. Ces connecteurs de 50 ohms peuvent supporter des fréquences haut débit allant jusqu'à 18 GHz avec une bonne gestion de la puissance et un accouplement sécurisé et robuste, évalué jusqu'à 500 cycles d'accouplement. L'accouplement à vis du connecteur SMA est sécurisé contre les vibrations ou les secousses ; La goupille centrale mâle est insérée dans la prise femelle lorsqu'elle est correctement accouplée.

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

Voir les câbles et connecteurs SMA

Connecteurs MMCX pour C-V2X

Le connecteur MMCX est l'un des plus petits connecteurs radiofréquence, avec une hauteur accouplée de seulement 5,2 mm. Il est similaire dans sa conception au connecteur SMB et s'associe à un mécanisme à verrouillage à clic qui peut être répété plus de 500 fois malgré sa petite taille. C'est un connecteur choisi pour un accouplement sécurisé là où l'espace est limité ou la densité des composants est élevée. Comme la plupart des connecteurs radiofréquences disponibles dans le commerce, son impédance est de 50 Ohm. La fréquence maximale que le connecteur MMCX peut supporter est de 6 GHz ; plus que suffisant pour supporter 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 s'obtient en appuyant sur le connecteur sur une prise montée en surface jusqu'à ce qu'un clic tactile soit ressenti ou en utilisant un outil d'insertion. Comme les connecteurs sont très 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 plage 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 radiofréquences spécialisés qui ont été développés exclusivement pour l'industrie automobile. Sa conception est basée sur le connecteur SMB mais elle comporte un boîtier en plastique coloré supplémentaire qui émet un bruit de clic 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 fixée jusqu'à 100 cycles d'accouplement.

Les connecteurs FAKRA existent en 14 tailles. Le connecteur mâle porte une broche et les connecteurs femelles portent une prise. Ce sont des connecteurs de 50 Ohm, capables de supporter des fréquences allant jusqu'à 6 GHz.

 Voir les câbles et connecteurs FAKRA

Assemblages de câbles C-V2X et optimisations pour les connexions

Assurer une transmission et une réception optimales du signal dans les systèmes C-V2X dépend non seulement du choix des bons connecteurs, mais aussi du choix des ensembles 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 plus de flexibilité dans le positionnement de l'antenne. Cela peut être crucial pour positionner l'antenne sur le toit ou le 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 inverse pour éviter les inadéquations 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 équipés de prises U.FL ou RP-SMA. Ils garantissent la compatibilité entre différents types de connecteurs couramment trouvés dans les systèmes C-V2X.

Câbles RP-SMA vers U.FL : Conçus pour des situations où l'antenne utilise des connecteurs RP-SMA et le modem des prises U.FL, ces câbles facilitent une connexion fluide.

Câbles U.FL vers SMA / Câbles U.FL vers RP-SMA : Inversement, ces câbles sont adaptés aux situations où l'antenne possède des connecteurs U.FL et où le modem nécessite des connexions SMA ou RP-SMA.

Autres composantes pertinentes

Les ports et câbles Ethernet peuvent également être utilisés pour supporter des applications complémentaires telles que les dashcams, les imprimantes ou les équipements de billetterie utilisés par le personnel des services d'urgence ou les livreurs.

Conclusion

C-V2X passe rapidement des tests à un déploiement à grande échelle, permettant des routes plus sûres et une mobilité plus intelligente grâce à la communication sans fil en temps réel.

L'atteinte de performances fiables dépend d'antennes de haute qualité, de câbles à faible perte et de connecteurs RF robustes, tous correctement sélectionnés et installés pour répondre à des exigences strictes de portée et de latence.

Data Alliance prend en charge chaque étape du déploiement C-V2X avec :

• Antennes multibandes de véhicules
• Ensembles de câbles personnalisés
• Connecteurs RF et adaptateurs
• Support technique pour l'intégration et les tests

En combinant expertise en ingénierie avec un large portefeuille de produits, Data Alliance aide les clients à concevoir, déployer et étendre des solutions C-V2X prêtes pour l'avenir pour LTE aujourd'hui et demain.

Voir les câbles Ethernet et les connecteurs

Antennes de véhicule :