Tecnología Vehicle-to-Everything (V2X)

Autora: Susanne Amirabadi – Application & Support Engineer

La tecnología Vehicle-to-Everything (V2X) permite el intercambio de datos en tiempo real entre vehículos, infraestructura, peatones y redes. El requisito previo para esto: hardware confiable y comunicación fluida. Los analizadores de redes vectoriales como los VNAs de Siglent garantizan la máxima seguridad posible para los sistemas de comunicación V2X modernos.

V2X (Vehicle-to-Everything) es el término general para todas las técnicas y caminos de comunicación que pueden ocurrir entre un vehículo y varios elementos en el entorno. Los principales representantes son:

• Vehicle-to-Vehicle (V2V): La comunicación entre vehículos se utiliza para intercambiar datos en tiempo real, como velocidad, ubicación y dirección, para evitar colisiones y mejorar la seguridad vial.
• Vehicle-to-Infrastructure (V2I): Conecta vehículos con la infraestructura vial, como semáforos y señales, para mejorar el flujo de tráfico y reducir la congestión.
• Vehicle-to-Pedestrian (V2P): Permite que los vehículos y los peatones intercambien advertencias y notificaciones para aumentar la seguridad de los peatones.
• Vehicle-to-Network (V2N): Conecta vehículos con redes celulares para proporcionar acceso a Internet, actualizaciones en tiempo real y conectividad mejorada. Esto se puede utilizar, entre otras cosas, para controlar y optimizar los flujos de tráfico.

La tecnología V2X es la tecnología clave para el desarrollo de vehículos autónomos e iniciativas de ciudades inteligentes, y está impulsando la creación de un sistema de transporte más conectado y eficiente a través del intercambio de datos en tiempo real.

Desafíos de la tecnología V2X

En el mundo de la tecnología V2X, la comunicación fluida y confiable es el requisito más crítico. Diferentes sistemas utilizan diversos protocolos de comunicación como Dedicated Short-Range Communications (DSRC) o Cellular V2X (C-V2X). Dependiendo de la aplicación, se emplea el protocolo óptimo para garantizar el intercambio de datos en tiempo real y la interacción.

La efectividad de los sistemas V2X depende en gran medida de la calidad de los componentes utilizados, como antenas, filtros y amplificadores. Las mediciones precisas y las optimizaciones de estos componentes son cruciales para garantizar una comunicación confiable y la eficiencia del sistema. Una herramienta de medición comúnmente utilizada para este propósito es el analizador de redes vectoriales (VNA). Ya sea como un dispositivo portátil para aplicaciones en vehículos o como una unidad de banco de pruebas en el laboratorio, los VNAs son herramientas esenciales para ajustar finamente los componentes críticos y garantizar que los sistemas de comunicación funcionen de manera óptima, incluso en las condiciones más exigentes.

Mediciones de VNA en el entorno V2X

Para garantizar el rendimiento óptimo de los sistemas de comunicación V2X, los VNAs de Siglent son adecuados para diversas mediciones. Por ejemplo, los sistemas de comunicación V2X operan en diferentes rangos de frecuencia. En este contexto, los VNAs miden los parámetros de red de los componentes y redes de RF y microondas, que son partes integrales de los sistemas V2X. La serie de VNAs portátiles SHN900A de Siglent, por ejemplo, ofrece un amplio rango de frecuencias de 30 kHz a 26.5 GHz, alta sensibilidad y muchas funciones avanzadas, lo que la hace particularmente adecuada para mediciones móviles en varios rangos. Estas mediciones ayudan a ajustar los componentes críticos en el sistema y verificar su efectividad en condiciones del mundo real.

1. VNAs para pruebas de antenas

Las antenas son los elementos clave de cualquier comunicación inalámbrica. Normalmente, los VNAs se utilizan para caracterizar antenas. Para esta tarea, los VNAs con alta precisión, un amplio rango dinámico y funciones de integración/desintegración son los más adecuados. Garantizan mediciones precisas de parámetros de antenas como la pérdida de retorno y la adaptación de impedancia. El VNA Siglent SNA6000A, con sus características flexibles y potentes y un rango dinámico de 135 dB, es perfecto para estas tareas.

La ganancia de la antena es un parámetro crítico en la comunicación V2X, ya que afecta directamente a la eficiencia y confiabilidad de la transmisión de datos entre vehículos, infraestructura, peatones y redes. La medición precisa de la ganancia de la antena es esencial para optimizar el rendimiento de los sistemas V2X y garantizar que operen de manera efectiva en entornos diversos y dinámicos. La ganancia de la antena mide lo bien que una antena convierte la potencia de entrada en ondas de radio en una dirección específica en comparación con una antena de referencia. Cuantifica el aumento de la intensidad de la señal logrado al enfocar las ondas de radio en una dirección específica, mejorando así la comunicación a mayores distancias o en condiciones difíciles.

El proceso de medición de la ganancia de antena implica varios pasos y consideraciones. Para obtener la mayor precisión, se utiliza una cámara anecoica para eliminar las reflexiones y las interferencias externas, creando un entorno controlado en el que solo se miden las señales de la antena bajo prueba. Alternativamente, las mediciones de ganancia de la antena también pueden realizarse al aire libre, con la antena de prueba posicionada a una distancia conocida de una antena de referencia.

Antes de medir la ganancia de la antena de prueba, el sistema de medición debe calibrarse con una antena de referencia de ganancia conocida. Este paso de calibración asegura que los resultados sean precisos y comparables con los valores estándar. Un método común de medición implica el método de transmisión, en el que se mide la potencia recibida por la antena de prueba y se compara con la potencia recibida por la antena de referencia. La ganancia se calcula entonces en función de la diferencia en los niveles de potencia recibida:

Aquí, G es la ganancia de la antena, P_r es la potencia recibida por la antena de prueba y P_t es la potencia recibida por la antena de referencia. La antena de prueba se rota en azimut y elevación para medir la ganancia en diferentes direcciones, ayudando a caracterizar el patrón de radiación de la antena e identificar diferencias o brechas direccionales. Los datos medidos se analizan para determinar la ganancia máxima, el ancho del haz y otros parámetros relevantes que sirven para evaluar el rendimiento de la antena y su idoneidad para las aplicaciones V2X. Además de la ganancia de antena, otros factores influyen en el rendimiento de los sistemas de comunicación V2X. Asegurar que la polarización de la antena coincida con la señal transmitida es crucial para maximizar la recepción de señales. Una buena adaptación de impedancia minimiza las reflexiones y las pérdidas de potencia, aumentando así la eficiencia general del sistema. La posición y orientación de la antena en el vehículo o infraestructura pueden afectar significativamente el rendimiento, por lo que es importante considerar cuidadosamente la colocación para evitar obstáculos y optimizar la transmisión de señales. El Siglent SHN900A ofrece una solución completa, flexible y móvil para estas tareas críticas, permitiendo a los desarrolladores impulsar la innovación en el transporte conectado.

2. VNAs para pruebas de cables y componentes

Asegurar la integridad de los cables y componentes en los sistemas es crucial. Los VNAs proporcionan mediciones precisas de parámetros S, ayudando a los desarrolladores a identificar y solucionar problemas como reflexiones y pérdidas de señal, mejorando así la calidad de la comunicación. Con el modo de prueba de cable y antena (CAT), el SHN900A ofrece una excelente solución para identificar fallos y discontinuidades. Además, se pueden medir la pérdida de retorno, el VSWR (relación de onda estacionaria de voltaje) y la pérdida de inserción, que son cruciales para evaluar las propiedades de atenuación de cables y componentes. El rango dinámico típico de 110 dB permite que el dispositivo mida y analice incluso señales débiles.

Pérdida de retorno

Un ejemplo es la pérdida de retorno, que evalúa cuánto poder se refleja debido a una mala adaptación de impedancia en cables o componentes. Una alta pérdida de retorno significa que una gran parte de la potencia de la señal transmitida no llega al destino previsto. En los sistemas V2X, esta medición es particularmente importante para los cables que conectan diversas partes del camino de señal a la antena. Esto es crítico no solo en el “vehículo”, sino también para las conexiones de red entre unidades de carretera y sistemas de control central. En las mediciones de pérdida de retorno, como las realizadas con el SHN900A, se envía una señal a través del cable o componente, y se mide la señal reflejada que regresa a la fuente. Luego, se calcula la pérdida de retorno utilizando la fórmula:

Aquí, P_incidente es la potencia de la señal que entra al cable o componente, y P_reflejada es la potencia de la señal reflejada. El SHN900A ofrece estas y otras mediciones en un amplio rango de frecuencias, lo que permite a los ingenieros identificar y abordar eficazmente los problemas de adaptación de impedancia.

Relación de onda estacionaria de voltaje (VSWR)

Otro parámetro importante es el VSWR (relación de onda estacionaria de voltaje), que mide la eficiencia de la transferencia de potencia desde la fuente a través de la línea de transmisión hasta la carga (por ejemplo, una antena). Esencialmente, el VSWR es otra forma de representar la pérdida de retorno y se utiliza con frecuencia en la caracterización de conectores. Como tal, el VSWR también es un parámetro de caracterización para diversas partes de un sistema V2X.

Esto incluye las conexiones entre la antena y el transceptor en los vehículos, así como las conexiones entre las unidades de carretera y sus antenas. Un emparejamiento perfecto da como resultado un VSWR de 1:1, lo que significa que toda la potencia se transmite sin reflexiones. Los valores altos de VSWR, al igual que los valores altos de pérdida de retorno, indican una mala adaptación que causa reflexiones de señales y pérdidas de potencia, lo que lleva a una transmisión ineficiente.

El VSWR puede mostrarse convenientemente con el SHN900A mediante configuraciones de menú. La siguiente fórmula se proporciona a modo de ejemplo:

Aquí, RL es la pérdida de retorno en dB. Las mediciones de pérdida de retorno y VSWR con un VNA como el SHN900A ayudan a garantizar que la transferencia de potencia de un sistema V2X sea eficiente.

Reflectometría en el dominio del tiempo (TDR)

La reflectometría en el dominio del tiempo (TDR) es otro método de medición esencial para diagnosticar fallos y discontinuidades en los caminos de comunicación V2X. Las capacidades de TDR de los VNAs modernos permiten detectar anomalías y cambios de impedancia a lo largo de las líneas de transmisión y proporcionar información sobre la posición de un fallo. Existen dos métodos de medición: uno consiste en enviar un pulso a través de la línea y medir la reflexión. Al analizar el retraso de tiempo y la amplitud de la señal de retorno, se puede determinar la ubicación y magnitud de la discontinuidad. El método utilizado por los VNAs se basa en la medición de parámetros S combinada con el cálculo de la Transformada Inversa de Fourier (IFFT), lo que produce una representación temporal del perfil de impedancia del cable o del camino de señal completo. Esta medición se utiliza para identificar problemas como cortes en los cables, problemas de conexión y discontinuidades.

V2X abriendo el camino para la conducción autónoma

A medida que la tecnología V2X evoluciona, el papel de herramientas de medición precisas y de alto rendimiento se vuelve cada vez más importante. El futuro del transporte depende de la integración fluida de los sistemas V2X, que son esenciales para una mayor automatización de vehículos, una gestión de tráfico más eficiente y mejores protocolos de seguridad.

Con el SNA6000A y el SHN900A, los profesionales de V2X no solo están bien equipados para los desafíos actuales, sino también preparados para impulsar la innovación. Los dispositivos de medición de Siglent permiten una validación exhaustiva de los sistemas de comunicación para garantizar que cumplan con las estrictas demandas de las redes de transporte modernas. Al usar estas herramientas, la tecnología V2X puede avanzar, transformando la manera en que los vehículos interactúan con su entorno y llevando el futuro del transporte conectado a la realidad.

En resumen, los VNAs de Siglent son más que simples herramientas; son habilitadores del progreso, ayudando a los desarrolladores a construir un sistema de transporte más seguro, más inteligente y más conectado.