解決聯(lián)網(wǎng)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，即將到來的 5G 將為進(jìn)一步依賴射頻技術(shù)鋪平道路。如今，車輛可能依賴無線通信來實現(xiàn)十幾個或更多功能，從安全功能和導(dǎo)航到信息娛樂和無鑰匙進(jìn)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——尤其是在互聯(lián)世界從 4G 過渡到 5G 時。

日益增長的射頻復(fù)雜性已經(jīng)給汽車制造商帶來了巨大的挑戰(zhàn)，而且隨著汽車越來越依賴無線通信，這些挑戰(zhàn)將會增加。為幫助實現(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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)（150 Mbps 下載速度）遷移到 CAT16（1 Gbps）及更高標(biāo)準(zhǔn)來改進(jìn)他們的設(shè)計以支持更快的蜂窩數(shù)據(jù)速率。

通信復(fù)雜性促使人們尋找經(jīng)過驗證的解決方案

RF 的復(fù)雜性和快速的變化正在挑戰(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、可靠性和穩(wěn)健性。此外，這些標(biāo)準(zhǔn)必須在生產(chǎn)設(shè)計中達(dá)到，因為在產(chǎn)品發(fā)布給消費者后重新設(shè)計通常是不可接受的，甚至是不可能的。

為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，汽車制造商需要能夠集成到車輛中的經(jīng)過驗證的無線組件和模塊。為了獲得它們，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)商多年來一直為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(biāo)準(zhǔn)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，此類專業(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)，

汽車通信設(shè)計的關(guān)鍵因素

隨著無線通信越來越多地負(fù)責(zé)汽車的功能，一些設(shè)計因素對于在汽車設(shè)計中取得成功至關(guān)重要。

堅固性和可靠性。無線組件必須能夠承受極端溫度和濕度下的嚴(yán)格日常使用，以及經(jīng)受住身體虐待。為確保產(chǎn)品在這些條件下繼續(xù)可靠運行，為汽車使用而設(shè)計的射頻組件必須符合特定的汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

IATF 16949是全球汽車行業(yè)質(zhì)量管理體系標(biāo)準(zhǔn)；業(yè)界普遍期望零件在符合 IATF 16949 標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)施中制造、組裝和測試。此外，每個組件都必須在預(yù)發(fā)布認(rèn)證階段通過一系列行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測試：

AEC-Q100 定義了開關(guān)和功率放大器 （PA） 等有源組件的標(biāo)準(zhǔn)測試。

AEC-Q200 涵蓋了對無源設(shè)備的類似測試，例如用于 Wi-Fi 和蜂窩通信的射頻濾波器。

長壽。智能手機一般只能使用三到五年。然而，汽車通常在路上行駛的時間要長得多——10 年甚至更長。因此，RF 組件必須高度可靠，并且可以長期用作替換部件。

共存與干擾。由于當(dāng)今汽車內(nèi)有如此多的無線電，工程師必須始終意識到潛在的射頻干擾問題并采取謹(jǐn)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(biāo)準(zhǔn)。智能手機制造商和汽車制造商都必須遵守地區(qū)蜂窩標(biāo)準(zhǔn)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創(chuàng)建盡可能少的不同型號（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（雙卡雙活）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)，同時讓車主能夠添加他們首選的運營商。雖然 DSDA 目前并未廣泛使用，但隨著市場的成熟，將會出現(xiàn)更多用例，從而使該技術(shù)更加廣泛傳播。

解決射頻復(fù)雜性

從發(fā)展的角度來看，在預(yù)測 5G 很快會帶來什么的同時，應(yīng)對當(dāng)前無線連接的增長是一項挑戰(zhàn)。即使使用已在移動設(shè)備中驗證的 4G 和 5G 無線技術(shù)，由于額外的射頻復(fù)雜性和操作要求，也必須進(jìn)行廣泛的測試以保證汽車使用的可靠性和性能。在設(shè)計諸如遠(yuǎn)程信息處理控制單元 （TCU） 和天線集群等復(fù)雜子系統(tǒng)時，重要的是要牢記以下原則。

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)計使用高度集成的射頻前端 （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） 和濾波器等組件組合成一個預(yù)認(rèn)證模塊。通過降低 PCB 復(fù)雜性和對外部調(diào)整的需求，這加快了設(shè)計和整體上市時間。這些集成 RFFE 通過支持 CA、高級過濾和分集 RF 鏈進(jìn)一步降低了復(fù)雜性。CA 已被全球運營商廣泛部署，它聚合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)運營商使用超過 300 種不同的頻段組合。

性能經(jīng)過驗證的射頻模塊和組件。許多無線設(shè)備制造商已經(jīng)擁有大量已在無線移動設(shè)備中使用的成熟技術(shù)。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，這可能導(dǎo)致接收器靈敏度問題和監(jiān)管違規(guī)。使用高度集成的射頻模塊時，多個無線電收發(fā)器彼此靠近運行。一個射頻鏈的發(fā)射功率可能超過到達(dá)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 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)，以使 Wi-Fi 能夠與蜂窩頻段 41 同時運行。

概括

到 2025 年，道路上的每輛新車都將以某種方式實現(xiàn)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。這些功能需要支持許多蜂窩技術(shù)——包括 2G、3G、4G 和 5G，以及 Wi-Fi、藍(lán)牙和近場通信 （NFC）。隨著汽車射頻環(huán)境變得更加復(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。

作者：Berry Leonard，Connie MacKenzie，David Watson，David Schnaufer

審核編輯：郭婷