Qorvo全新車聯(lián)網(wǎng)白皮書,智慧交通“車聯(lián)網(wǎng)”應(yīng)用已呈現(xiàn)迫切的需求

每每想起節(jié)假日擁堵不堪的高速公路，智慧交通“車聯(lián)網(wǎng)”應(yīng)用已呈現(xiàn)迫切的需求。

車聯(lián)網(wǎng)由多個系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)組成，它們分別為環(huán)境 (V2X)、云（遠(yuǎn)程通信）、駕駛員/乘客（信息娛樂）提供異構(gòu)連接。

Qorvo全新車聯(lián)網(wǎng)白皮書

V2X：連接到外部環(huán)境

如圖所示，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想到車對車 (V2V) 連接——它提供車道堵塞或自動剎車警報，但在多方面互連基礎(chǔ)設(shè)施和移動設(shè)備的驅(qū)動下，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)流量模式自動變化，或者對通勤需求做出響應(yīng)，您能夠搜索多個街區(qū)尋找停車點 — 這些均可通過物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)。

V2X 能夠感知外部環(huán)境，在車聯(lián)網(wǎng)中實現(xiàn)下一代駕駛自動化和實時監(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 (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。

>>蜂窩車對萬物 (C-V2X) 蜂窩網(wǎng)絡(luò)長期演進(jìn) (LTE)：C-V2X 用于支持主動安全系統(tǒng)，針對車對車 (V2V)、車對基礎(chǔ)設(shè)施 (V2I) 以及車對行人 (V2P) 的情況，使用 5.9 GHz 智能交通系統(tǒng) (ITS) 頻段中的低延遲直接傳輸技術(shù)來偵測和交換信息，從而提高態(tài)勢感知，同時無需訂閱蜂窩網(wǎng)絡(luò)服務(wù)或任何網(wǎng)絡(luò)輔助技術(shù)。第三代合作伙伴計劃 (3GPP) 第 14 版規(guī)范對 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。現(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)的強大支持下，C-V2X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 舞臺上取得成功的是消費偏好和技術(shù)。

表 2-1 對比了 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，動態(tài)交通信號

V2P：例如，向行人和騎行者發(fā)出安全警報

V2N：車對網(wǎng)絡(luò) — 例如，實時交通和天氣、定制導(dǎo)航以及其他云服務(wù)

V2X 還將利用 V2V 通信，實現(xiàn)更高效的車隊管理和隊列行駛。

最后，V2X 被用于增強 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。

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

遠(yuǎn)程通信：汽車與云進(jìn)行通信

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)化各個運營要素，例如：

燃油油耗

汽車維護(hù)

車隊使用

汽車定位

最佳路線

駕駛員行為

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)先智能手機功能。

Gigabit LTE 將會用于眾多應(yīng)用中，從智能手機和筆記本電腦到便攜式熱點和汽車。Gigabit LTE 指的是 LTE 等級 16 (CAT16 LTE) 下行數(shù)據(jù)流，在 3GPP 版本 12 中推出。當(dāng)今的系統(tǒng)將 Gigabit LTE 與 LTE 等級13 上行鏈路配對，以實現(xiàn)高達(dá) 150 Mbps 的上傳速度。CAT16 LTE 實現(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)。對于每個 LTE 等級，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)到的實際額定下行鏈路速度不足 1 Gbps，但也非常接近這個值——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服務(wù)，需要的數(shù)據(jù)量也將快速增長。移動電信運營商和汽車 OEM 將會尋求從傳輸?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。

顯示遠(yuǎn)程通信蜂窩前端模塊 (FEM)

與智能手機相比，遠(yuǎn)程通信的關(guān)鍵優(yōu)勢是天線性能。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。而智能手機位于汽車內(nèi)部，這意味著手機天線在金屬車身內(nèi)部。這樣會降低天線性能，除非是您的狗在使用手機，這樣他可以將頭探出車窗外！這是什么原因？因為汽車的作用相當(dāng)于一個法拉第籠——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連接到汽車，從而消除法拉第籠效應(yīng)。

汽車制造商可能必須使用雙用戶識別模塊 (SIM) 雙通 (DSDA) 技術(shù)，以支持多家運營商。

信息娛樂：用戶與汽車互動

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。實現(xiàn)這些應(yīng)用的關(guān)鍵協(xié)議包括 Wi-Fi 和藍(lán)牙。

汽車中的 Wi-Fi 熱點將是主要連接，實現(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 熱點的大量使用和 V2X 的實現(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)計人員使用共存濾波器來解決傳輸?shù)?Wi-Fi 信號可能導(dǎo)致 LTE 接收器靈敏度下降、LTE 信號可能與 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。

濾波器還有助于確保安全。合適的帶通濾波器可消除各個頻段之間的干擾，例如蜂窩 LTE 頻段 13 與美國公共安全服務(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)可能會中斷。

隨著汽車和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)增多，還會帶來設(shè)計挑戰(zhàn)。汽車中有很多 RF 信號，提高了數(shù)據(jù)處理能力，同時增加了更多功能。如何使汽車內(nèi)的所有這些信號之間達(dá)到微妙平衡，請查看互聯(lián)汽車的 RF 挑戰(zhàn)和解決方案到底有多復(fù)雜？