如何應(yīng)對(duì)V2X頻譜挑戰(zhàn)

『這個(gè)知識(shí)不太冷』系列，旨在幫助小伙伴們喚醒知識(shí)的記憶，將挑選一部分Qorvo劃重點(diǎn)的知識(shí)點(diǎn)，結(jié)合產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀解讀，以此溫故知新、查漏補(bǔ)缺。本篇將為您繼續(xù)介紹如何應(yīng)對(duì)在汽車(chē)蜂窩車(chē)對(duì)萬(wàn)物(C-V2X)領(lǐng)域面臨的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

應(yīng)對(duì)V2X頻譜挑戰(zhàn)

正如本系列前文所述，我們可以采用多種無(wú)線技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)車(chē)對(duì)萬(wàn)物(V2X)和自動(dòng)駕駛汽車(chē)。這些標(biāo)準(zhǔn)為汽車(chē)安全性能的提升提供了巨大潛力，但也帶來(lái)了一些共存挑戰(zhàn)，如果不加以解決，可能會(huì)對(duì)車(chē)輛運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。

V2X車(chē)輛標(biāo)準(zhǔn)基于5.9 GHZ專(zhuān)用短程通信技術(shù)。該技術(shù)適用于快速移動(dòng)物體(汽車(chē))和非視距應(yīng)用。該技術(shù)還兼容C-V2X，它使用蜂窩技術(shù)創(chuàng)建直接通信鏈路，同時(shí)兼容專(zhuān)用短程通信(DSRC)，它遵循電氣與電子工程師學(xué)會(huì)(IEEE)802.11p標(biāo)準(zhǔn)。不同汽車(chē)制造商和國(guó)家/地區(qū)支持一種或另一種標(biāo)準(zhǔn)。然而，兩者使用相同的頻譜來(lái)解決同一問(wèn)題，必須實(shí)現(xiàn)相互共存，以及與其他數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)共存，例如Wi-Fi、蜂窩、超寬帶(UWB)和全球定位系統(tǒng)/全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GPS/GNSS)。圖3-1總結(jié)了互聯(lián)汽車(chē)內(nèi)部和周?chē)母鞣N無(wú)線傳輸方式。

圖3-1：車(chē)輛連接技術(shù)

Wi-Fi在2.4GHz、5.2GHz、5.6GHz和6 GHz頻譜內(nèi)運(yùn)行。如圖 3-2所示，2.4GHz頻段必須與長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)40和41頻段共存，而5GHZ和6GHz頻段必須與汽車(chē)5.9GHz頻段頻譜共存。為了確保V2X無(wú)線電鏈路的可靠性，接收端需要保持低靈敏度劣化。

靈敏度劣化是指接收器靈敏度的下降。這可能是由于無(wú)線電設(shè)備本身產(chǎn)生的噪聲源所引起的。高隔離度射頻(RF)濾波器用于隔離各個(gè)信號(hào)路徑，以防止信號(hào)或噪聲出現(xiàn)在無(wú)線電的其他路徑上。

圖3-2：汽車(chē)、WI-FI和其他設(shè)備的無(wú)線頻譜

為了確保共存，我們必須在5.6GHz Wi-Fi頻段和5.9GHz汽車(chē)頻段提供具有足夠帶外衰減的適當(dāng)RF濾波器。車(chē)輛內(nèi)部使用無(wú)線電的新功能非常多，例如V2X、4G/5G、藍(lán)牙、衛(wèi)星數(shù)字音頻廣播服務(wù)(SDARS)、超寬帶和Wi-Fi等，這意味著近距離內(nèi)有多個(gè)無(wú)線電收發(fā)器同時(shí)運(yùn)行。如果某個(gè)RF收發(fā)器的功率電平信號(hào)達(dá)到附近接收器的信號(hào)水平，就會(huì)引發(fā)接收器靈敏度問(wèn)題。共存過(guò)濾器有助于預(yù)防此類(lèi)干擾。圖3-3展示了47頻段體聲波(BAW) RF濾波器響應(yīng)，在Wi-Fi頻段提供了足夠的帶外衰減。這種衰減將使系統(tǒng)能夠減輕由Wi-Fi無(wú)牌國(guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施(U-NII)1-3頻段造成的干擾。

讓我們來(lái)一同探討為車(chē)載Wi-Fi系統(tǒng)選用可緩解靈敏度劣化的BAW濾波器的場(chǎng)景。如圖3-4所示，V2X Wi-Fi天線隔離度需要實(shí)現(xiàn)如左側(cè)橫軸所示的1,000米的V2X鏈路。圖 3-4中的測(cè)量展示了V2X系統(tǒng)(遠(yuǎn)程通信處理控制單元[TCU]和有源天線)的兩種配置，一種在有源天線前使用低溫共燒陶瓷(LTCC)濾波器，而未配備47頻段BAW濾波器；另一種則配備47頻段BAW濾波器進(jìn)行相同的測(cè)量。使用47頻段BAW濾波器，裝備有源天線的V2X TCU系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)母綦x，以滿(mǎn)足1,000米V2X鏈路的目標(biāo)，如藍(lán)色和深灰色測(cè)量線所示。

圖3-3：RF濾波器響應(yīng)可緩解汽車(chē)應(yīng)用中的靈敏度劣化

圖3-4：V2X天線系統(tǒng)中配備和未配備BAW濾波器的測(cè)量比較

圖3-5中的框圖展示了用于實(shí)現(xiàn)前述天線耦合響應(yīng)的系統(tǒng)。

圖3-5：框圖展示了B47 BAW濾波器可以最大化的增加V2X鏈路通信距離

這些車(chē)載Wi-Fi場(chǎng)景不僅需要帶通濾波，有時(shí)還需要陷波濾波器。盡管47頻段帶通濾波器在V2X的發(fā)射端提供了足夠的帶外抑制，但可能還需要在接收路徑上設(shè)計(jì)陷波濾波器來(lái)降低5GHzWi-Fi對(duì)V2X頻段的噪聲干擾。這些陷波濾波器可以防止接收到的頻帶噪聲耦合到V2X系統(tǒng)，進(jìn)而避免隨之而來(lái)的靈敏度劣化問(wèn)題。圖3-6所示的陷波濾波器幾乎不產(chǎn)生任何靈敏度劣化。

圖3-6：5GHZ路徑上的V2X WI-FI前端使用的過(guò)濾器