解決互聯(lián)汽車中的射頻復(fù)雜性

車輛無線通信的復(fù)雜性正以驚人的速度增加，而即將到來的5G將為進一步依賴RF技術(shù)鋪平道路。如今，車輛可能依靠無線通信來實現(xiàn)十幾種或更多功能，從安全功能和導(dǎo)航到信息娛樂和無鑰匙進入。在接下來的幾年里，這些功能將越來越多地擴展到包括自動駕駛，以及與基礎(chǔ)設(shè)施和物聯(lián)網(wǎng)的通信，特別是隨著互聯(lián)世界從4G過渡到5G。

不斷增長的射頻復(fù)雜性已經(jīng)給汽車制造商帶來了重大挑戰(zhàn)，隨著汽車越來越依賴無線通信，挑戰(zhàn)將會增加。為了幫助實現(xiàn)向5G的飛躍，業(yè)界于2016年成立了5G汽車協(xié)會（5GAA），以支持和指導(dǎo)4G和5G標準化，開發(fā)測試，推廣解決方案，并加速汽車產(chǎn)品的商用。與此同時，汽車制造商面臨的挑戰(zhàn)包括通過從 CAT4 調(diào)制解調(diào)器標準（150 Mbps 下載速度）遷移到 CAT16 （1 Gbps） 及更高標準來改進其設(shè)計以支持更快的蜂窩數(shù)據(jù)速率。

通信復(fù)雜性促使搜索經(jīng)驗證的解決方案

射頻的復(fù)雜性和快速的變化速度正在挑戰(zhàn)汽車制造商快速開發(fā)、測試、實施和向消費者交付產(chǎn)品的能力。設(shè)計必須集成高度復(fù)雜的無線系統(tǒng)，同時確保汽車行業(yè)期望的服務(wù)質(zhì)量、可靠性和魯棒性。此外，這些標準必須在生產(chǎn)設(shè)計中達到，因為在產(chǎn)品發(fā)布給消費者后重新設(shè)計產(chǎn)品通常是不可接受的，甚至是不可能的。

為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，汽車制造商需要經(jīng)過驗證的無線組件和模塊，以便將其集成到車輛中。為了獲得這些產(chǎn)品，他們越來越多地轉(zhuǎn)向在無線網(wǎng)絡(luò)和移動通信行業(yè)擁有豐富經(jīng)驗的供應(yīng)商，這些供應(yīng)商多年來一直向智能手機制造商和移動網(wǎng)絡(luò)運營商提供產(chǎn)品。這種背景還提供了寶貴的專業(yè)知識和指導(dǎo)，可以幫助汽車制造商了解和克服與標準合規(guī)性、區(qū)域要求和天線技術(shù)相關(guān)的潛在障礙。隨著車輛集成越來越多的無線協(xié)議和頻段，這些專業(yè)知識變得尤為重要。這有助于解決復(fù)雜的4G和5G挑戰(zhàn)，例如多輸入多輸出（MIMO）和載波聚合（CA），這兩種廣泛使用的技術(shù)可用于提供更高的數(shù)據(jù)速率。

汽車通信設(shè)計的關(guān)鍵因素

隨著無線通信成為汽車更多功能的責任，幾個設(shè)計因素對于在汽車設(shè)計中取得成功至關(guān)重要。

堅固耐用，可靠性高。無線組件必須能夠承受極端溫度和濕度下的嚴苛日常使用，并經(jīng)受住身體虐待。為了確保產(chǎn)品在這些條件下繼續(xù)可靠運行，專為汽車用途設(shè)計的射頻組件必須符合特定的汽車行業(yè)標準。

IATF 16949是全球汽車行業(yè)質(zhì)量管理體系標準;該行業(yè)通常希望在符合IATF 16949標準的設(shè)施中制造，組裝和測試零件。此外，每個組件都必須在預(yù)發(fā)布認證階段通過一系列行業(yè)標準測試：

AEC-Q100 定義了有源元件的標準測試，例如開關(guān)和功率放大器 （PA）。

AEC-Q200涵蓋了無源設(shè)備的類似測試，例如Wi-Fi和蜂窩通信中使用的RF濾波器。

長壽。智能手機通常只使用三到五年。然而，汽車通常會在路上停留更長的時間——10 年甚至更長時間。因此，射頻組件必須高度可靠，并可作為較長時間的替換部件。

共存與干擾。當今汽車中存在如此多的無線電，工程師必須始終意識到射頻干擾問題的可能性，并采取謹慎的方法來避免這些問題。RF供應(yīng)商提供各種共存濾波器，以解決這些干擾問題并符合政府法規(guī)。

區(qū)域無線標準。智能手機制造商和汽車制造商都必須遵守區(qū)域蜂窩標準和射頻頻譜分配。為了降低成本，智能手機供應(yīng)商和汽車制造商都試圖盡可能少地創(chuàng)建不同的型號（庫存單位或SKU）。通常，這意味著四個SKU分別覆蓋北美，中國，歐盟和世界其他地區(qū)。

DSDA（雙卡雙待）無線電。DSDA 技術(shù)使用兩個獨立的收發(fā)器和天線路徑同時支持兩個不同的蜂窩網(wǎng)絡(luò)。這使汽車制造商能夠提供特定的合同服務(wù)，同時為車主提供添加其首選承運人的能力。雖然DSDA目前尚未被廣泛使用，但隨著市場的成熟，將會出現(xiàn)更多的用例，使這項技術(shù)更加廣泛。

解決射頻復(fù)雜性

從發(fā)展的角度來看，在預(yù)測5G即將帶來什么的同時，應(yīng)對當前無線連接的增長是具有挑戰(zhàn)性的。即使使用已在移動設(shè)備中驗證的4G和5G無線技術(shù)，由于額外的RF復(fù)雜性和操作要求，也必須進行廣泛的測試，以保證汽車使用的可靠性和性能。在設(shè)計復(fù)雜的子系統(tǒng)（如遠程信息處理控制單元 （TCU） 和天線集群）時，務(wù)必牢記以下原則。

集成降低了射頻復(fù)雜性。集成始終是降低復(fù)雜性的好方法。設(shè)計使用高度集成的RF前端（RFFE）越多，降低整體設(shè)計復(fù)雜性的機會就越大。這些器件將功率放大器 （PA）、開關(guān)、低噪聲放大器 （LNA） 和濾波器等組件集成到單個預(yù)認證模塊中。這通過降低 PCB 復(fù)雜性和外部調(diào)諧需求，加快了設(shè)計和整體上市時間。這些集成 RFFE 通過支持CA、高級濾波和分集射頻鏈進一步降低了復(fù)雜性。CA被全球運營商廣泛部署，它聚合了來自多個頻段的頻譜，以提供更高的數(shù)據(jù)速率并提高網(wǎng)絡(luò)性能。CA環(huán)境極其復(fù)雜，不同的網(wǎng)絡(luò)運營商使用了300多種不同的頻段組合。當今的移動設(shè)備RFFE通過解決許多這些組合來幫助解決CA問題，并且它們可以幫助解決車輛通信系統(tǒng)中的相同挑戰(zhàn)。

具有成熟性能的射頻模塊和組件。許多無線設(shè)備制造商已經(jīng)擁有大量已用于無線移動設(shè)備的成熟技術(shù)組合。這些移動設(shè)備提供對全球無線網(wǎng)絡(luò)的可靠和快速訪問。使用這些經(jīng)過驗證的組件有助于保證汽車無線系統(tǒng)的高可靠性和性能。

共存和干涉濾光片。共存濾波器有助于減少干擾問題，干擾問題可能導(dǎo)致接收器靈敏度問題和不符合法規(guī)要求。當使用高度集成的RF模塊時，多個無線電收發(fā)器彼此靠近工作。一個RF鏈的發(fā)射功率可能會超過到達附近接收器的信號的功率電平，這可能會導(dǎo)致接收器靈敏度問題。因此，許多集成RFFE都包括嵌入式濾波器，以減少干擾的可能性，特別是在相鄰頻段之間。例如，共存濾波器用于移動設(shè)備和汽車Wi-Fi系統(tǒng)，使Wi-Fi能夠與蜂窩頻段41同時運行。

總結(jié)

到2025年，道路上的每一輛新車都將以某種方式無線連接。汽車制造商將依靠無線通信來實現(xiàn)極其廣泛的功能，包括車輛安全和控制。這些功能將需要支持許多蜂窩技術(shù)，包括2G，3G，4G和5G，以及Wi-Fi，藍牙和近場通信（NFC）。隨著汽車射頻環(huán)境變得越來越復(fù)雜和具有挑戰(zhàn)性，使用已被證明在同樣復(fù)雜的移動設(shè)備世界中可靠通信的技術(shù)將變得越來越重要。

審核編輯：郭婷