汽車無(wú)線技術(shù)的創(chuàng)新

本文作者系Marvell公司連接業(yè)務(wù)部技術(shù)市場(chǎng)總監(jiān) Avinash Ghirnikar

雖然以往的數(shù)代汽車車型以及未來(lái)的汽車都仍然可歸類為汽車，但它們之間卻存在著巨大差異。 而且，可以肯定的是，未來(lái)這種差距注定會(huì)變得越來(lái)越大。當(dāng)今汽車設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的高度復(fù)雜性正在允許引入大量的新功能，從而提高安全性，增加操作性能，提升整體駕駛體驗(yàn)。

從傳統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)過(guò)渡到可以統(tǒng)稱為線控系統(tǒng)（x-by-wire）的純電子方式，可以降低車輛重量，從而提高燃油經(jīng)濟(jì)性。同樣，高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）的出現(xiàn)也為道路使用者提供了更高的安全等級(jí)。但這僅僅是一個(gè)開(kāi)始，在未來(lái)的幾年中，技術(shù)進(jìn)步將使汽車出現(xiàn)更大的變化。

汽車制造商的一個(gè)主要目標(biāo)是推動(dòng)“互連汽車”的概念，這將使我們更接近自動(dòng)駕駛的長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)。借助于更廣泛的各種不同通信技術(shù)，汽車將能夠支持以前不可想象的功能和性能。

擁有高帶寬以太網(wǎng)有線骨干網(wǎng)支持的無(wú)線技術(shù)將成為互連汽車的基礎(chǔ)，通過(guò)這種無(wú)線方式，可以實(shí)現(xiàn)車對(duì)車（V2V）和車對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施（V2I）的通信。在本文中，我們將討論在未來(lái)汽車設(shè)計(jì)中預(yù)計(jì)要發(fā)揮重要作用的各種無(wú)線通信協(xié)議。

重要的無(wú)線技術(shù)

將Wi-Fi融入汽車車型正變得越來(lái)越普遍。在目前階段，Wi-Fi設(shè)計(jì)主要采用802.11ac技術(shù)，可以輕松地支持?jǐn)?shù)百M(fèi)bps的數(shù)據(jù)速率。這種無(wú)線技術(shù)能夠?yàn)?a target="_blank">智能手機(jī)等便攜式電子產(chǎn)品提供一種與車載信息娛樂(lè)和導(dǎo)航系統(tǒng)連接的方式，并可提供通過(guò)其共享蜂窩連接（從而在汽車內(nèi)部和周圍提供Wi-Fi熱點(diǎn)）的手段。不僅如此，人們還認(rèn)識(shí)到，汽車生命周期的發(fā)展速度要比消費(fèi)類電子產(chǎn)品慢得多。未來(lái)的汽車不再像以前一樣具有永久固定的功能，不能從新的技術(shù)進(jìn)步中獲益，未來(lái)汽車需要具有一種升級(jí)的手段，但又不必為更新汽車功能而必須去尋求服務(wù)商的幫助。這意味著通過(guò)Wi-Fi實(shí)現(xiàn)固件無(wú)線（FOTA）更新將具有非常大的優(yōu)勢(shì)。

基于802.11ac的Wi-Fi技術(shù)與最新的藍(lán)牙無(wú)線協(xié)議得到了互相補(bǔ)充。藍(lán)牙5注定是互聯(lián)汽車發(fā)展進(jìn)程中一個(gè)非常有價(jià)值的技術(shù)，它顯著提高了作用范圍（是藍(lán)牙4作用距離的四倍）和數(shù)據(jù)速率（相較以前的技術(shù)版本），因此，藍(lán)牙5將具有廣泛的用途。除了允許車輛乘客連接其便攜式設(shè)備，實(shí)現(xiàn)音樂(lè)共享和免提等控制功能以外，也擁有許多其他潛在的好處。藍(lán)牙5所具備的更高性能意味著車輛能夠與分布在各處的信標(biāo)實(shí)現(xiàn)互動(dòng)通信，這將構(gòu)成V2I網(wǎng)絡(luò)的一部分。據(jù)此，道路收費(fèi)、擁堵收費(fèi)和各種有價(jià)值的信息服務(wù)將能夠得以實(shí)現(xiàn)。根據(jù)預(yù)測(cè)，通過(guò)使用V2I網(wǎng)絡(luò)，交通運(yùn)行會(huì)變得更加平穩(wěn)，并且會(huì)大大減少極度擁堵情況的發(fā)生。車輛將能夠從交通信號(hào)燈處獲得關(guān)于其停止/行進(jìn)的信息，這樣ADAS能夠確定是不是要進(jìn)行減速以便在信號(hào)燈變綠時(shí)準(zhǔn)時(shí)到達(dá)，而不是事先沒(méi)有任何信息，在接近紅燈信號(hào)時(shí)緊急制動(dòng)。這意味著車輛消耗的燃料將明顯降低。

新興的802.11p標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)確定將會(huì)在車輛上得到廣泛采用。它源于歷史悠久的802.11 Wi-Fi技術(shù)基礎(chǔ)，利用了其長(zhǎng)期的成功采納和無(wú)處不在的現(xiàn)實(shí)效果，并經(jīng)過(guò)專門設(shè)計(jì)使其能夠應(yīng)對(duì)在汽車環(huán)境中部署所面臨的挑戰(zhàn)。802.11p位于5.9 GHz頻段，包含7個(gè)通信信道（每個(gè)10 MHz寬），其中 6個(gè)是服務(wù)信道，另外一個(gè)信道則專注于控制任務(wù)。 802.11p的目的是提供超可靠、低延遲的連接，從而能夠?qū)崿F(xiàn)V2V和V2I通信。未來(lái)，它也將在智能交通系統(tǒng)（ITS）應(yīng)用開(kāi)始實(shí)施時(shí)提供支持。通過(guò)這種方式，車輛將能夠發(fā)出關(guān)于它們當(dāng)前位置、行駛的方向以及速度等數(shù)據(jù)。在V2I環(huán)境下，該技術(shù)可用于在汽車和周邊市政基礎(chǔ)設(shè)施之間傳輸數(shù)據(jù)，從而能夠?qū)煌〒矶?、事故等進(jìn)行更為先進(jìn)的警告，也可以幫助確定哪里有停車位。在V2V環(huán)境中，它能夠讓車輛進(jìn)行彼此間的通信，以便使一個(gè)車輛在識(shí)別出潛在危險(xiǎn)后將信息傳送給附近的其他車輛，從而使它們也意識(shí)到這些危險(xiǎn)。

本文中討論的這些先進(jìn)無(wú)線技術(shù)在實(shí)現(xiàn)我們道路上的互連汽車方面注定要起著關(guān)鍵作用。由藍(lán)牙5實(shí)現(xiàn)的作用范圍擴(kuò)展，802.11ac的強(qiáng)大數(shù)據(jù)速率功能和802.11p確保在高可靠性、低延遲汽車環(huán)境中實(shí)現(xiàn)Wi-Fi的完全有效，都具有相當(dāng)大的吸引力。 Marvell的工程團(tuán)隊(duì)多年來(lái)一直在積極參與汽車行業(yè)，且充分認(rèn)識(shí)到在提升性能和穩(wěn)健性(robustness)方面所面臨的挑戰(zhàn)。為了使互聯(lián)汽車真正成為現(xiàn)實(shí)，需要非常精湛的、高度集成的解決方案，能夠把多種無(wú)線技術(shù)集成在一個(gè)緊湊型、汽車級(jí)封裝內(nèi)。Marvell最近發(fā)布的88W8987xA系列就是一個(gè)很好的例子，支持AEC-Q100的該無(wú)線SoC產(chǎn)品組合中的器件率先支持藍(lán)牙5、802.11ac Wi-Fi（Wave 2）和802.11p，為工程師提供了更高的靈活性，以滿足日益增長(zhǎng)的車輛對(duì)無(wú)線連接的需求。

該產(chǎn)品系列包括3個(gè)引腳兼容器件：支持藍(lán)牙5的802.11ac、支持藍(lán)牙5的802.11p和支持藍(lán)牙5的可切換式802.11ac / 802.11p。因此，工程師們會(huì)擁有各種不同的選擇，使他們能夠遵循更具成本效益的原則，減少平臺(tái)上一些不必要的資源。根據(jù)汽車型號(hào)的需要可以選擇不同的版本，經(jīng)濟(jì)型車型可以選擇具有基本功能的版本，豪華車型則選擇具有更高性能的版本。這些器件能夠在不需要修改PCB的情況下進(jìn)行互換，因此可以升級(jí)汽車車型所支持的功能，從而使其能夠保證未來(lái)的需求。