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  • 2022-7-4 09:32
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    移相器被应用于无数种应用中,其中最流行的是相控阵天线,这些天线不需要支架来保持它们的波束稳定。如果没有这项技术,天线和/或卫星将不得不在三维空间中进行物理调整,这可能是一项艰巨的任务,尤其是在某些需要保持在几分之一度以内精度的应用中。 相控阵天线主要用于军用雷达,然而,这项技术最近也已被应用于一些商业卫星应用中,包括飞机和车辆上的卫星电视,以及需要快速下载和上传功能的一般移动数据密集型应用。这种类型的商业卫星技术还可以实现智能公路系统,如智能巡航控制、防撞雷达等。而移相器是相控阵天线技术中必不可少的一环。 移相器 移相器是一种射频元器件,使用控制器输出可变插入相位(S21),这是信号通过传输线传播时的相位变化,通常以度或弧度为单位进行测量。移相器可以在不改变路径长度的情况下提供可变的插入相位,并且可以通过电、磁或机械方式进行控制。 这些设备可以进行被动或主动操作,其中被动组件从输入到输出具有衰减,而主动组件具有与其相关的增益。模拟移相器提供连续可变的延迟,而数字移相器以离散增量工作。 移相器中所使用的控制元件因应用而异,例如,在高速应用中通常选用半导体器件,如PIN、肖特基和变容二极管,它们能够提供更快的开关时间。而在以牺牲开关速度为代价来实现高功率处理的应用中,通常使用铁氧体。 移相器的典型参数是频率范围、衰减或增益、开关时间、功率处理和精度/分辨率。在给定要求的情况下,调整元件的设计以提供最佳输出,还有几种移相器的设计方式可用于优化特定参数。其中一些包括:网络交换、线路交换、耦合混合、路径交换、高通/低通和负载线路等设计。虹科移相器提供360°相位控制和1°相位分辨率,最大开关时间为10us,典型插入损耗为5dB,最大为7dB,可以通过USB端口进行控制和供电。它可以通过PC驱动,加上小巧的便携尺寸,使它成为实验室和某些移动型测试的理想选择。 数字移相器通常通过GPIB进行控制和编程,这种类型的接口可能会产生自动测试设备(ATE)所需的专业编程和相关配置的挑战,而USB电源和控制可以从PC/笔记本电脑上进行自动检测,这种方式具有更高的数据传输速率,是多种应用的理想替代方案。USB接口还允许每个移相器具有特定的序列号,这可以实现多个移相器通过一个USB同时进行控制,简化了自动测试系统的故障排除操作。 移相器有四种不同的型号,频率范围分别为1-2 GHz、2-4 GHz、4-8 GHz和8-12 GHz,由固态元件组成,延长了使用寿命,增强了可靠性,还可以根据特定的应用需求进行定制。 移相器配备了预配置的软件,具有“即插即用”功能,还可以通过配置停留时间、空闲时间和相位扫描来定制相位扫描,以按指定顺序改变相位,可以通过创建文本文件(.txt)或配置文件(.prf)并通过GUI中的“文件”-“加载”选项来实现。 每个移相器在内部存储器中存储设置,以允许设备在特定相位状态下运行。它们可以被用于各种测试,包括相控阵天线系统的波束形成、信号消除、相位调制器以及LTE和WiFi的多输入多输出(MIMO)测试平台。 虹科HK-LPS-202移相器相位调整范围为0°-360°,相位分辨率为1°,频率范围为1-2 GHz,能够在1030 MHz和1090 MHz传输频率下工作。即用GUI可以跟踪和控制多个连接的移相器,简化多设备设置,这样就可以通过计算机操作而无需手动调整来改变和/差通道调整的相位。 特征 USB供电和控制 包括易于安装和使用的GUI 1°步进360°控制 SMA连接器 易于编程,适用于ATE应用 应用 波束成形 信号消除 相位调制器 用于LTE和WiFi的MiMo测试 相控阵天线系统
  • 2022-6-20 09:24
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    概述 通用软件无线电外设(USRP)设备是用于射频应用的软件定义无线电 (SDR),USRP收发器可以发送和接收低于6GHz的射频信号,可以广泛应用于多种应用中,包括5G无线通信研究、雷达探测、算法开发等,来进行对无线信号传输和接收分析。 但USRP无法支持商业化的更高频率的5G毫米波通信技术,购买一台新的毫米波仪器是非常昂贵的,所以需要考虑是否可以将现有的USRP进行升级,让现有的USRP用户,可以继续使用原有的软件开发资源。 毫米波仪器的高成本和获取难度对其研究构成了障碍,虹科USRP毫米波解决方案可以解决这一问题。通过使用现有的低频仪器升级到毫米波解决方案,毫米波研究人员可以用经济的成本和更短的时间帮助推动和实现毫米波5G通信的全面普及。 如下图所示,一个完整的毫米波系统分为三部分,分别是基带、上下变频器和波束成形器。与sub 6通信系统不同,波束成形器已集成到整个通信系统架构中,因为当使用毫米波频段作为通信频率时,信号在空中衰减非常快,这就需要使用波束成形技术来增加信号强度,因此,波束成形器是毫米波通信的必要组成部分。 波束成形器也称为封装天线(AiP),它是一种可以在特定方向上进行波束成形的天线,通常包含了阵列天线、PA、LNA、开关和移相器。根据电磁波理论,通过调整天线元的相位输出,可以在特定方向产生最大的电磁波能量传输,这就是波束成形的原理,如下图所示。 将下图USRP架构图和前面的毫米波系统架构图进行对比,可以发现USRP能够作为一个完整的基带硬件使用,此时USRP的RF端口就是毫米波仪器的中频(IF)端口。使用虹科TMKTEK UD Box 5G作为辅助上下变频器,经过中频信号到毫米波频段的上下变频,再加上波束成形器,就构成了完整的毫米波硬件架构。 但仅有的功能是不够的,还需要确认毫米波系统收发端的信号质量,以确保它可以用于各种场景中,这里需要使用误差矢量幅度(EVM)作为信号质量指标。EVM用于量化无线电发射器或接收器性能,由理想发射器发送或由接收器接收的信号将在理想位置具有星座点。然而,各种问题都可能导致实际星座点偏离理想位置,EVM是衡量偏离理想位置多远的指标,噪声、失真、杂散信号和相位噪声都会降低EVM,因此,EVM提供了无线电接收器或发射器全方位的质量测量。 解决方案 根据前面提到的概念,将所使用USRP和虹科上/下变频器进行构建和测试。如下图所示: 硬件安装 虹科双通道上/下变频器有4个端口,两个IF和两个RF端口。这里把USRP射频看成一个中频信号,所以将USRP的发射端和接收端分别接在UD Box 5G的IF口上。由于UD Box 5G是双向的,所以无需关注哪个端口连接Tx,哪个端口连接Rx。 接下来,将UD Box 5G的两个RF端口连接到波束成形器上,完成基本的硬件架构连接,最后,将二者连接到计算机上,如下图所示,可以下载并安装配套软件,来通过GUI来配置设置。 软件安装 下载控制软件并进行安装,安装完成后继续配置硬件设备,不需要运行多个配置窗口,因为软件可以控制和配置多个UD Box设备。点击“Scan Local Device”中的UD Box图标,进入UD Box 5G的配置设置。 需要确认信号亮红灯,表示UD Box 5G的PLL被锁定,然后配置RF频率、IF频率(USRP的收发器频率)、LO频率(这里可以选择 High-Side injection (HIS) 或 Low-Side injection (LSI) ①)和带宽②,然后保存配置。 注: ① 由于LO和RF的频率范围均为24-44GHz,当RF设置为最大值和最小值时,可能只能使用单侧注入; ② 此设置帮助我们计算是否会出现谐波干扰,出现干扰时会以黄色字体表示警告; ③ UD Box 5G高级设置——参考源:100 MHz时钟源,通道控制:开/关,参考控制:时钟开/关,输出电压:开/关。 测试 首先启动USRP收发器,以查看集成上下变频器和波束成形器后的信号质量,运行LabVIEW,在项目名称“LTE Design USRP RIO v19.5”下创建一个模板,然后单击创建。 在出现的LTE Application Framework操作界面里设置USRP“RF TX Power”为5dBm,经过上下变频器的信号衰减、波束成形器的信号增益、空中衰减后,信号强度约为35dBm,星座图和EVM都表明信号强度良好。 一旦测量并确认信号准备就绪,就可以控制波束成形器的波束成形角度,观察并记录信号强度和EVM的变化。这里的初始状态,发射器和接收器之间的夹角为0°,GUI也设置为0°。 如果将发射器转动-30°,会发现信号强度变弱,EVM也变差: 这是因为发射端的能量没有指向接收端,不是无线通信的理想状态。使用波束形成器改变发射机的发射角度,将信号强度和EVM测量恢复到原始信号质量: 总结 通过这个简单的测试,证明了这样的毫米波升级方案是可行的,并且具有良好的信号质量。此外,还可以使用波束成形器改变角度来提高无线通信的质量,可以利用这套毫米波设备来模拟5G通信可能遇到的问题,比如波束管理、波束算法、信道噪声等。
  • 热度 3
    2022-6-16 09:31
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    今天我们来介绍将sub-6GHz模拟器与波束成形器和虹科上/下变频器结合使用且不增加任何额外噪声,从而将其扩展到5G毫米波频段。 现状 信令通信测试是电信研究、基带和基站设计的核心,基站模拟器可以在不需要实际基站的情况下进行测试,从而节省成本和时间。随着5G通信越来越多地扩展到毫米波设计和开发领域,5G开发人员和设计师必须寻找更经济高效的方式。 UE模拟器解决方案使基带研究人员、电信运营商、芯片组供应商和基础设施供应商能够通过模拟真实的网络行为和流量来验证端到端无线网络性能。 带有波束成形设备的虹科上/下变频器能够将sub-6GHz的模拟器扩展到5G毫米波频段。波束成形设备产生一个信号波束,该波束由UD Box 5G进行上/下变频,从而将基站和UE模拟器升级为毫米波版本,使之具有3GPP标准定义功能验证的信令通信测试、高通量性能测试能力,可以应用于毫米波终端功能验证和性能测试,以及从PHY到RRC/NAS层的5G分析。 解决方案 优势 将sub-6GHz的模拟器扩展到5G毫米波频段 在一个盒子内轻松上下变频 5G毫米波系统/通信设计开发工具 虹科上/下变频器是超宽带5G NR毫米波变频器,覆盖范围高达44GHz。它带有集成混频器、内部LO以及可选的中频和射频滤波器,专门用于5G和卫星通信。 射频通道数 1/2 射频频率 24-44GHz 中频频率 0.01-14GHz 本振频率 24-44GHz 本振频率分辨率 0.01MHz 模拟器测试体系结构 对于图中所示的测试设置,基于Amarisoft SDR的UE模拟器与虹科双通道上/下变频器一起使用,UD Box 5G将高频毫米波信号转换为RF,该射频反馈至HPF。该测试展示了将现有的sub-6GHz的模拟器用于5G毫米波的能力。 该射频信号下变频为较低的中频信号,然后被输入SDR中进行处理,输出IF被启动。 实际测试设置 测试设置如图所示,包括SDR、上/下变频器和控制PC。 测试结果 对频率高达43GHz的结果进行的比较表明,虹科上/下变频器不会增加任何额外的噪声,因此在所有情况下,EVM值都保持在相同的水平。 结果一览
  • 热度 2
    2022-6-13 09:40
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    V2X是意向以车辆为中心,与周边车辆、设备、基站通信,从而获取实时路况、道路信息、行人信息等一系列交通信息,以提高驾驶安全性、减少拥堵、提高交通效率、提供车载娱乐信息等,是未来智能交通运输系统的关键技术。 分布频段 目前,NR-V2X正处在论证与初步落地的过程中,还没有完成大规模的部署。而尽管目前DSRC产业链更为成熟,但C-V2X可能后来居上,总体来看政府政策影响极大,智能驾驶和智能交通的融合将催生C-V2X的巨大市场,但整体来看,绝大多数都集中在5.9GHz这一固定的频段: 总的来看,V2X无论技术路线采用何种,世界各国与地区已经基本固定将5.9GHz这一频段划分给了ITS,此外C-V2X技术有占据主要地位的趋势,即使是最早研发DSRC路线欧美日本等国也将一部分中心转移至C-V2X的研发与融合上来。 挑战 在C-V2X的设计中,需要考虑的因素有很多,比如:需要确保性能符合安全要求,符合全球和地区标准;具有较高的互操作性与GPS精确性;如何处理干扰以及保证网络安全等等。其中最主要的我们将其归纳为三大挑战: 网络覆盖问题 与D2D技术相似,在V2X场景中,也存在着网络覆盖场景与无网络覆盖场景,无论车辆处于哪种场景中,都应当支持V2X服务安全应用程序。在网络覆盖场景中,V2X车辆用户距离基站较近,服务质量较高,通信质量也较好,而对于无网络覆盖的通信场景,由于无法复用网络资源,在高密度V2V情况下,服务质量可能会有所下降。 频谱资源问题 如今,随着无线通信技术不断发展,对于频谱资源的需求将逐渐增多。然而在有限的频谱空间内如何提高频谱利用率都将是一项新技术所需要考虑的问题。在服务小区内,C-V2X用户将与LTE用户共享所有资源,此时就存在着两种情况:一是V2X用户与LTE用户分配相互正交的频谱资源,二是V2X用户与LTE用户分配相同的频谱资源。 当V2X用户与LTE用户分配相互正交的频谱资源时,V2X用户间的相互通信将不会对原有的LTE网络造成干扰。若V2X用户与LTE用户分配相同的频谱资源时,D2D通信将会对原有的LTE网络造成一定的干扰。因此需要对V2X用户所需的频谱问题进行进一步的研究,使频谱资源得到充分的利用。 车辆移动性问题 在V2X通信场景中,由于车辆处于高速移动状态,对于所在位置信息具有更加精确的要求。同时高速移动状态下,车辆在场景切换与服务小区切换将变得更加频繁,通信服务质量也会受到相应的降低,因此在移动性问题也将是限制车联网的一大因素。 应用 在上文中,我们提到过,V2X的发展是基于车联网技术的快速进步,而基于蜂窝网的C-V2X则是推动自动驾驶更安全,更高速,更成熟的动力。就目前而言,已经有大量技术投入到我们的日常使用中了,这不仅为道路安全提供了保证,还可以为车主提供便利。 从C-V2X的应用场景上来看,我们主要可以将其划分为四个方向: 交通安全 从V2X的历史进程上来讲,他一开始的出发目的就是为了减少交通事故的发生,在保障现有交通状况的情况下,尽可能的保证交通安全,减少交通事故的发生概率。在C-V2X的发展过程中,这成为了很重要的考量,例如通过V2V实现的碰撞预警功能、V2P实现的弱势交通者预警保护功能、V2I实现的交通危险提示与限速提醒等。 信息服务 基于LTE与5G的V2X继承了来自蜂窝网的庞大感知与信息服务功能,为车辆提供丰富的信息,一方面车辆利用与路边基础设施通过V2I信息实现信息的发收与共享,将车辆周边的环境信息(交通事故、道路拥堵情况等)在一定区域内实现共享,以帮助驾驶员了解周边道路交通情况;另一方面,庞大的网络结合GNSS等技术为汽车提供精准实时导航、APS(自动停车系统)、车上娱乐等能力,利用信息流更好的服务用户。 交通效率 C-V2X技术是构建智慧交通、智慧城市的重要支点,其通过联网调度与智能指引的方式减少拥堵可能,统筹规划车辆路径,极大的提升了交通效率。V2X借助车辆与周围蜂窝节点的感知与运算能力,实时为用户设计规划最佳路径,或为救护车警车等公共紧急服务提供高优先级规划与让行能力,提高现有交通的“智慧”,提升交通效率。 自动驾驶 自动驾驶是目前交通发展的下一目标,可以说,现有的自动驾驶是初级的,不成熟的,还停留在“高级辅助驾驶”与“实验性质的自动驾驶阶段”,要想真正实现全面的自动驾驶,C-V2X/5G V2X的部署是至关重要的,V2X为自动驾驶的实现提供信息的获取、传输、处理与调度,最终实现自动驾驶。可以说,V2X是自动驾驶的“天眼”,仅仅通过车辆本身的传感器来获取信息的方式是不足的,而V2X连接周边的人,车,基站与无处不在的云,为自动驾驶提供可预知与可判断的“不可见信息”,而这是自动驾驶实现的重要一环。
  • 热度 1
    2022-6-9 09:21
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    关于V2X V2X,即Vehicle to Everything / vehicle to X,车用无线通信技术,是意向以车辆为中心,与周边车辆、设备、基站通信,从而获取实时路况、道路信息、行人信息等一系列交通信息,以提高驾驶安全性、减少拥堵、提高交通效率、提供车载娱乐信息等,是未来智能交通运输系统的关键技术。 具体来说,我们通常认为V2X技术包含以下几个类别: 车辆与车辆V2V(Vehicle-to-Vehicle):常见应用如防碰撞安全系统 车辆与基础设施V2I(Vehicle-to-Infrastructure):交通信号指示与时间提醒 车辆与行人V2P(Vehicle-to-Pedestrian):行人单车安全距离警报 车辆与外部网络V2N(Vehicle-to-Network):实时地图,云服务等 V2X技术的目的是减少交通事故,提高交通效率,在目前更是助力自动驾驶的重要力量。V2X也是实现自动驾驶的重要手段,能够弥补摄像头、雷达等车载传感器视距不足的缺陷,并且提高车辆在交叉口、恶劣天气环境等特殊条件下的感知能力。 发展历程 V2X的起源其实相当早,在国外也经历了相当长时间的发展,在1999年美国就已经开始了相关方面的研究,分配了5.850-5.925 GHz给智能运输系统(ITS),从2004年开始,IEEE开始基于802.11系列协议开发车用无线通信系统并提出了DSRC(专用短程通讯,Dedicated Short Range Communications)来命名这项基于802.11的车载无线通信技术,这也就是V2X的第一个技术路线的起源。与此同时,在日本也较早展开了对车联网技术研究,在1991年, 日本车辆信息与通信系统(VICS)中心正式成立,经过近10年的发展,VICS被认为是世界上最成功的道路交通信息提供系统。 与欧美、日本等国比较,我国起步较晚,在2009年,随着车联网技术在国内的发展,V2X也开始在国内发展迅速,在这个过程中,我国在V2X的路径上没有选择着重研究发展DSRC这一技术,而是在伴随3GPP的发展框架内正式将V2X纳入LTE技术,选择了基于LTE蜂窝网的C-V2X(LTE-V2X)技术。 随着2020年5G元年的正式到来,因4G-LTE技术设计之初并未充分考虑车联网技术,随着智能汽车迅速发展起来,4G-LTE技术就显得不够用,因此5G通信在设计之初即将智能汽车的需求考虑进去,V2X将是5G网络的一部分,5G-V2X有融合LTE-V2X及DSRC的可能,为汽车提供更安全、更高效的运行能力。 在目前,智能汽车开始大规模快速发展,5G网络的部署逐渐完善,自动驾驶技术已经成为发展的热点与重点,而V2X更是智能汽车和智能交通的支撑技术之一,也将会迎来更快速的发展。 使用技术 正如之前所说,目前的V2X有以下几种主要的技术: DSCR技术 DSRC技术,即车辆短程通信专用技术( Dedicated Short-Range Communications),发展较早,可以追溯至 2004 年。当时,IEEE 在其 802.11 无线局域网(即 Wireless Local Area Networks, WLAN)标准系列下,开始制定新的车载通信标准。这一标准即是 IEEE 802.11p。在 2007 年左右,IEEE 802.11p 标准已经趋于稳定。而 DSRC 所采用的通信标准即是IEEE 802.11p 和 1609.x。因此现在,人们将DSRC和相应的下层标准统称为 DSRC。例如,美国联邦通信委员会提出的车载环境下的无线接入(WAVE)通信协议是目前最为完善的DSRC V2X通信标准之一,已经进行了多次大规模测试及应用。 DSRC具有以下特点: 美国在发展DSRC的初期,为其分配了专属带宽:位于 5.9GHz 频带的一段 75MHz 的带宽(5.850-5.925GHz)被划为 DSRC 专属的交通安全频谱。二十多年的发展过程中,国际上DSRC专用短程通信技术曾出现3个主要的工作频段:800-900MHz、2.4GHz和5.8GHz频段,;目前我们国家采用的是源于ISO/TC204国际标准化组织智能运输系统技术委员会(国内编号为SAC/TC268)的5.795-5.815GHz ISM频段,下行链路(D-link)500Kbp,2-AM;上行链路(U-link)250Kbp,2-PSK的技术标准。 从覆盖的距离来看,DSRC是一种相对来说距离较近的通信方式,一般有效通信距离不超过1km。 DSRC的平均时延一般小于50ms,因此在安全性相关的场景中更具有实用价值。 C-V2X技术 3GPP在2017年发布的第14版本(Release 14)的LTE技术明确支持V2X,这就意味着V2X迎来了第二条技术路线。基于LTE蜂窝技术的V2X被称为C-V2X,既 Cellular V2X,由于当前的C-V2X技术是基于LTE的,因此又被称为LTE-V2X。而3GPP的第16版本(Release 16)支持基于5G技术的V2X,因此届时将被称为5G-V2X或者NR-V2X。按照3GPP的时间表,Release16的制定将在2020年下半年完成。 为什么会演进出不同于DSRC的C-V2X技术呢?基于Wi-Fi技术的DSRC性能存在局限性——Wi-Fi难以支持高速移动场景,移动速度一旦提高,DSRC信号就开始骤降、可靠性差、时延抖动较大,所以很长一段时间DSRC的性能不稳定,一直处于测试阶段。此外,DSRC在实际部署中有效工作距离一般为几十米,如果需要全境覆盖,那么需要部署的RSU设备的数量就相当之多,从经济成本还是部署难度来讲都是难以实现的。 因此,随着蜂窝网的逐步发展与LTE技术的演进,业界开始研究在蜂窝通信技术(Cellular)基础上重新设计V2X的构想,C-V2X(基于LTE技术)由此应运而生。就目前而言,主要有两种通信模式存在:集中式(LTE-V-Cell)和分布式(LTE-V-Direct)。 集中式(LTE-V-Cell)也称为蜂窝式通信或网络通信模式 需要基站作为控制中心,利用基站作为集中式的控制中心和数据信息转发中心,使用网络运营商提供的频段,由基站完成集中式调度、拥塞控制和干扰协调等,支持大带宽、大覆盖通信,可以显著提高LTE-V2X的接入和组网效率,保证业务的连续性和可靠性,满足Telematics(远程信息处理)应用需求。 分布式(LTE-V-Direct)也称为直接通信模式 无需基站作为支撑,可以独立于蜂窝网络,实现车辆与周边环境节点低时延、高可靠的直接通信,满足行车安全需求。基于“万物互联”的物联网思想也为未来平滑向5G进行演进转换提供渠道,保证向后兼容性。 我们对通信模式进行整理与归纳,对其进行对比: 内容 集中式(LTE-V-Cell)通信 分布式(LTE-V-Direct)通信 时延 较低 低 eNodeB接口 PC5接口 Uu接口 频段 在ITS频段实现V2V,V2I,V2P 在网络运营商提供的频段实现V2N 网络连接 网络独立 需连接网络 范围 短距离(<1km) 1km) 总的来说,由于C-V2X的基础设施是在蜂窝技术上发展起来的,仅通过改造现有的基站,就可以将C-V2X基础设施集成进去;终端部署方面,可以延用LTE和5G的生态系统,在一个通信模块内里面把LTE、V2X集成在一起,形成一个统一的连接性的解决方案,部署成本较DSRC更优。 5G-V2X 5G-V2X是5G通信的V2X标准,也称作NR-V2X,因4G-LTE技术设计之初并未充分考虑车联网技术,随着智能汽车迅速发展起来,4G-LTE技术就显得不够用,因此5G通信在设计之初即将智能汽车的需求考虑进去,V2X将是5G网络的一部分,5G-V2X有融合LTE-V2X及DSRC的可能,为汽车提供更安全、更高效的运行能力。 DSRC V2X和LTE V2X互有长短,各有千秋,这两种通信技术各有优点,前者是基于十几年的研究,最终形成标准统一的,具有可靠稳定性的技术;后者在覆盖范围、感知距离、承接数量、短时延以及后续更新演进具有优势,而NR-V2X在一定程度上是二者的融合与延续,目前大力发展的高级驾驶辅助(ADAS)与自动驾驶都将依托于NR-V2X的能力,随着相关标准的逐步完善,其研发进度也正在逐步加快。
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