未來車聯(lián)網(wǎng)采用的 V2X

數(shù)字汽車不再只是未來的概念。汽車連接，即“車聯(lián)網(wǎng)”應(yīng)用，現(xiàn)在已呈現(xiàn)迫切的需求。讓我們來看看連接汽車與環(huán)境 (V2X)、云（遠(yuǎn)程通信），以及駕駛員和乘客使用的信息娛樂系統(tǒng)的系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)。

本博文節(jié)選自電子書Connected Car ForDummies?第 2 章。

V2X：連接到環(huán)境

如下圖所示，車聯(lián)網(wǎng)可以出色地融入圍繞物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)的生態(tài)系統(tǒng)中。雖然我們通常首先會(huì)想到車對(duì)車 (V2V) 連接——它提供車道堵塞或自動(dòng)剎車警報(bào)，但在多方面互連基礎(chǔ)設(shè)施和移動(dòng)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)下，車聯(lián)網(wǎng)將很快成為智能城市的一部分。

設(shè)想一下，交通燈根據(jù)流量模式自動(dòng)變化，或者對(duì)通勤需求做出響應(yīng)，您能夠搜索多個(gè)街區(qū)尋找停車點(diǎn)——這些均可通過物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)。

V2X 能夠感知外部環(huán)境，在車聯(lián)網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)下一代駕駛自動(dòng)化和實(shí)時(shí)監(jiān)控。V2X 當(dāng)前有兩種主要標(biāo)準(zhǔn)：

電氣與電子工程師學(xué)會(huì) (IEEE) 802.11p 標(biāo)準(zhǔn)：802.11p 標(biāo)準(zhǔn)定義了行車環(huán)境無線接入 (WAVE)，包括汽車和路邊單元 (RSU) 中的專用短距離通信 (DSRC) 設(shè)備。它是對(duì)流行的 802.11 無線 (Wi?Fi) 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的修訂。DSRC 在 5.9 千兆赫 (GHz) 頻段中工作，帶寬為 75 兆赫茲 (MHz)，范圍大約為 1,000 米。

蜂窩車對(duì)萬物 (C?V2X) 蜂窩網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)期演進(jìn) (LTE)：C?V2X 用于支持主動(dòng)安全系統(tǒng)，針對(duì)車對(duì)車 (V2V)、車對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施 (V2I) 以及車對(duì)行人 (V2P) 的情況，使用 5.9GHz 智能交通系統(tǒng) (ITS) 頻段中的低延遲直接傳輸技術(shù)來偵測(cè)和交換信息，從而提高態(tài)勢(shì)感知，同時(shí)無需訂閱蜂窩網(wǎng)絡(luò)服務(wù)或任何網(wǎng)絡(luò)輔助技術(shù)。第三代合作伙伴計(jì)劃 (3GPP) 第 14 版規(guī)范對(duì) C?V2X 作出了定義，其中包括基于 PC5 的直接通信，且制定了通往 5G 新無線電 (5GNR) 的明確發(fā)展路徑。

目前，基于 IEEE 802.11p 的產(chǎn)品已經(jīng)上市?，F(xiàn)在很多汽車已經(jīng)采用了 IEEE 802.11p 技術(shù)。相反，C?V2X 剛開始進(jìn)入汽車領(lǐng)域。在當(dāng)今的蜂窩網(wǎng)絡(luò)生態(tài)系統(tǒng)的強(qiáng)大支持下，C?V2X （請(qǐng)參見下圖）很可能快速成熟。兩種標(biāo)準(zhǔn)各有優(yōu)劣，但最終決定它們能否在 5G 舞臺(tái)上取得成功的是消費(fèi)偏好和技術(shù)。

術(shù)語表

查看Connected Car For Dummies電子書的結(jié)尾部分，了解本博文中使用的關(guān)鍵詞和縮略詞的定義。

下表對(duì)比了 DSRC 和 C?V2X。

汽車安全是 V2X 的常見應(yīng)用，包括：

V2V:例如，防碰撞

V2I:例如，動(dòng)態(tài)交通信號(hào)

V2P:例如，向行人和騎行者發(fā)出安全警報(bào)

V2N:車對(duì)網(wǎng)絡(luò) — 例如，實(shí)時(shí)交通和天氣、定制導(dǎo)航以及其他云服務(wù)

V2X 還將利用 V2V 通信，實(shí)現(xiàn)更高效的車隊(duì)管理和隊(duì)列行駛。

最后，V2X 被用于增強(qiáng)高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng) (ADAS) 的功能。ADAS 通常采用攝像頭和雷達(dá)傳感器，讓駕駛員能夠看到汽車周邊大約 200 米范圍的情況。V2X 應(yīng)用可以共享和協(xié)調(diào)信息，將 ADAS 的有效范圍擴(kuò)展至數(shù)千公里。

提示：車載安全系統(tǒng)和傳感器等 LiDAR 技術(shù)（包括激光、掃描儀、光檢測(cè)器接收器、GPS），也與 V2X 配合使用，成為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛汽車的關(guān)鍵推動(dòng)因素。

遠(yuǎn)程通信：汽車與云進(jìn)行通信

T遠(yuǎn)程通信提供高帶寬連接，用于物聯(lián)網(wǎng)集成和云服務(wù)。遠(yuǎn)程通信早已在商用汽車中使用，幫助企業(yè)監(jiān)控和優(yōu)化各個(gè)運(yùn)營(yíng)要素，例如：

燃油油耗

汽車維護(hù)

車隊(duì)使用

汽車定位

最佳路線

駕駛員行為

T未來車聯(lián)網(wǎng)中的遠(yuǎn)程通信將涵蓋所有蜂窩網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，以提供 1 GB/秒 (Gbps) 的處理能力，快速趕上領(lǐng)先智能手機(jī)功能。

技術(shù)內(nèi)容：Gigabit LTE 將會(huì)用于眾多應(yīng)用中，從智能手機(jī)和筆記本電腦到便攜式熱點(diǎn)和汽車。Gigabit LTE 指的是 LTE 等級(jí) 16 (CAT16 LTE) 下游，在 3GPP 版本 12 中推出。當(dāng)今的系統(tǒng)將 Gigabit LTE 與 LTE 等級(jí) 13 上行鏈路配對(duì)，以實(shí)現(xiàn)高達(dá) 150 Mbps 的上傳速度。CAT16 LTE 實(shí)現(xiàn)了 5G 低延遲和更高可靠性，采用 256 正交幅度調(diào)制 (QAM)、3x20 兆赫茲 (MHz) 載波聚合 (CA) 和 4x4 多路輸入/多路輸出 (MIMO) 技術(shù)。對(duì)于每個(gè) LTE 等級(jí)，QAM、CA 和 MIMO 技術(shù)以不同配置結(jié)合使用，從而達(dá)到額定最大速度。通過這種技術(shù)組合達(dá)到的實(shí)際額定下行鏈路速度不足 1 Gbps，但也非常接近這個(gè)值 — 979 MB/秒 (Mbps)。

汽車中的遠(yuǎn)程通信單元是汽車的主要數(shù)據(jù)連接，隨著汽車制造商試圖配合使用智能手機(jī)服務(wù)，需要的數(shù)據(jù)量也將快速增長(zhǎng)。移動(dòng)電信運(yùn)營(yíng)商和汽車 OEM 將會(huì)尋求從傳輸?shù)狡嚨倪h(yuǎn)程通信數(shù)據(jù)中盈利，這將提高遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)的復(fù)雜性。下一張圖顯示遠(yuǎn)程通信蜂窩前端模塊 (FEM)。

與智能手機(jī)相比，遠(yuǎn)程通信的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)是天線性能。在汽車遠(yuǎn)程通信中，天線通常位于鯊魚鰭中，在金屬車身外部。而智能手機(jī)位于汽車內(nèi)部，這意味著手機(jī)天線在金屬車身內(nèi)部。這樣會(huì)降低天線性能，除非是您的狗在使用手機(jī)，這樣他可以將頭探出車窗外！這是什么原因？因?yàn)槠嚨淖饔孟喈?dāng)于一個(gè)法拉第籠 — 接地金屬屏蔽層包圍了設(shè)備，從而排除靜電和電磁影響。為了減少這種法拉第籠效應(yīng)，汽車制造商將所有遠(yuǎn)程通信天線（包括蜂窩天線）都安裝在鯊魚鰭中。這使用戶能夠?qū)⒅悄苁謾C(jī)連接到汽車，從而消除法拉第籠效應(yīng)。

提示：汽車制造商可能必須使用雙用戶識(shí)別模塊 (SIM) 雙通 (DSDA) 技術(shù)，以支持多家運(yùn)營(yíng)商。您可以查看 Connected Car For Dummies 的第 4 章，了解更多關(guān)于 DSDA 的信息。

信息娛樂：用戶與汽車互動(dòng)

使用當(dāng)今的信息娛樂系統(tǒng)，乘客在汽車外部和內(nèi)部都能進(jìn)行連接。信息娛樂應(yīng)用包括娛樂（包括高清和衛(wèi)星無線電）、導(dǎo)航和搜索等。實(shí)現(xiàn)這些應(yīng)用的關(guān)鍵協(xié)議包括 Wi?Fi 和藍(lán)牙（請(qǐng)參見下圖）。

汽車中的 Wi?Fi 熱點(diǎn)將是主要連接，實(shí)現(xiàn)類似于當(dāng)前家庭 Wi?Fi 網(wǎng)絡(luò)的多用戶接口。Wi?Fi 將通過車聯(lián)網(wǎng)中的遠(yuǎn)程通信單元來傳輸 1 Gbps 數(shù)據(jù)，以供所有乘車者使用。Wi?Fi 熱點(diǎn)的大量使用和 V2X 的實(shí)現(xiàn)也將在車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域帶來新的安全挑戰(zhàn)。例如，V2X 和 5 GHz Wi?Fi 將面臨嚴(yán)重的頻譜共存挑戰(zhàn)，需要使用創(chuàng)新的濾波器產(chǎn)品加以解決。

濾波器產(chǎn)品r濾波器產(chǎn)品可減少射頻 (RF) 頻段之間的帶外干擾，例如在蜂窩、Wi?Fi、藍(lán)牙等頻段之間。其中很多頻段相互之間非常接近，必須進(jìn)行濾波來管理各個(gè)系統(tǒng)之間的干擾。例如，在 2.4 GHz Wi?Fi 頻段內(nèi)，與蜂窩通信發(fā)生干擾的可能性更高，例如 4G LTE 頻段中的頻段 41。RF 設(shè)計(jì)人員使用共存濾波器來解決傳輸?shù)?Wi?Fi 信號(hào)可能導(dǎo)致 LTE 接收器靈敏度下降、LTE 信號(hào)可能與 Wi?Fi 通信相互干擾的問題。體聲波 (BAW) 濾波器可以非常有效地滿足這些需求。

提示：如需了解有關(guān) RF 濾波器的更多知識(shí)，請(qǐng)?jiān)L問cn.qorvo.com/design-hub/ebooks/filters-for-dummies，免費(fèi)下載 RF Filter Technologies For Dummies 和 RF Filter Applications For Dummies。

濾波器還有助于確保安全。合適的帶通濾波器可消除各個(gè)頻段之間的干擾，例如蜂窩 LTE 頻段 13 與美國(guó)公共安全服務(wù)使用的公共安全頻段之間的干擾。沒有這些濾波器，安全服務(wù)可能會(huì)中斷。

隨著汽車和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)增多，還會(huì)帶來設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。汽車中有很多 RF 信號(hào)，提高了數(shù)據(jù)處理能力，同時(shí)增加了更多功能。關(guān)于如何在汽車內(nèi)的所有這些信號(hào)之間達(dá)到微妙平衡，我們將在 Connected Car ForDummies 的第 4 章中進(jìn)一步討論。

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- 經(jīng) John Wiley & Sons, Inc. 許可，摘自 Connected Car ForDummies。

審核編輯黃昊宇