淺談車(chē)聯(lián)網(wǎng)中的通信技術(shù)

智能汽車(chē)是當(dāng)今科技領(lǐng)域的熱門(mén)話題。相比于傳統(tǒng)汽車(chē)，智能汽車(chē)不僅能提供更加舒適、安全、高效的駕乘體驗(yàn)，還能實(shí)現(xiàn)與其他車(chē)輛、基礎(chǔ)設(shè)施、云端等的互聯(lián)互通，從而打造一個(gè)智慧出行的生態(tài)系統(tǒng)。

汽車(chē)行業(yè)也因此正在經(jīng)歷一場(chǎng)前所未有的變革，這場(chǎng)變革被稱為汽車(chē)的新四化，分別指的是：電氣化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化、共享化。其中，網(wǎng)聯(lián)化是新四化的基礎(chǔ)和核心。網(wǎng)聯(lián)化是指汽車(chē)通過(guò)各種通信技術(shù)與車(chē)內(nèi)設(shè)備、車(chē)際設(shè)備、云端設(shè)備進(jìn)行車(chē)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換、信息共享和服務(wù)協(xié)同。 ?

那么，車(chē)聯(lián)網(wǎng)是如何實(shí)現(xiàn)的呢？車(chē)聯(lián)網(wǎng)與無(wú)線通信所使用的射頻前端芯片又是什么關(guān)系？本文就嘗試對(duì)以上技術(shù)做一個(gè)梳理。

? 車(chē)聯(lián)網(wǎng)中的通信技術(shù)

車(chē)聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)是指在交通環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛內(nèi)部、路側(cè)單元、行人、云端服務(wù)之間的信息交互和協(xié)同的技術(shù)。根據(jù)連接范圍的不同，在此將車(chē)聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)分為三類討論，分別是：車(chē)內(nèi)互聯(lián)、車(chē)際互聯(lián)和車(chē)云互聯(lián)。這三種互聯(lián)的應(yīng)用范圍和特點(diǎn)分別是：

車(chē)云互聯(lián)：用于連接車(chē)輛與云端

車(chē)際互聯(lián)：用于連接車(chē)輛與周邊車(chē)輛、路側(cè)單元、行人

車(chē)內(nèi)互聯(lián)：用于實(shí)現(xiàn)車(chē)內(nèi)多種多樣的靈活互聯(lián)

圖：車(chē)聯(lián)網(wǎng)中的部分通信技術(shù)

以下就對(duì)這三種互聯(lián)技術(shù)展開(kāi)介紹。

車(chē)云互聯(lián)

車(chē)云互聯(lián)是指將汽車(chē)和云端服務(wù)器連接起來(lái)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛狀態(tài)、位置、行駛數(shù)據(jù)等信息的采集和傳輸，并提供基于云端計(jì)算和大數(shù)據(jù)分析的各種信息服務(wù)。

與云端互聯(lián)之后，車(chē)輛就可以實(shí)現(xiàn)很多豐富的功能。比如：

車(chē)輛遠(yuǎn)程控制：通過(guò)手機(jī)可以遠(yuǎn)程控制車(chē)輛啟動(dòng)、開(kāi)門(mén)、空調(diào)、音響等功能，可查看車(chē)輛實(shí)時(shí)狀態(tài)、故障診斷等功能

互聯(lián)導(dǎo)航：通過(guò)云端的地圖數(shù)據(jù)和路況信息，可以為駕駛者提供最優(yōu)的導(dǎo)航路線，也可以根據(jù)駕駛者的偏好和出行場(chǎng)景，推薦附近的停車(chē)場(chǎng)、加油站、餐廳等服務(wù)點(diǎn)

內(nèi)容下載：通過(guò)連接云端服務(wù)器，可以將音樂(lè)、視頻、新聞 、游戲等內(nèi)容，下載到本地

車(chē)輛智能升級(jí)：通過(guò)蜂窩網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛的軟件和固件的遠(yuǎn)程升級(jí)，提高車(chē)輛的性能和安全性，也可以根據(jù)車(chē)主的需求，定制個(gè)性化的功能和設(shè)置

智能交通/智能城市管理：通過(guò)將車(chē)輛連接至云端，就可以實(shí)現(xiàn)城市車(chē)輛的統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)更好的資源配置以及交通智能優(yōu)化

與云端互聯(lián)有諸多好處，也成為車(chē)聯(lián)網(wǎng)必須實(shí)現(xiàn)的功能之一。目前車(chē)聯(lián)網(wǎng)主要是通過(guò)與蜂窩網(wǎng)絡(luò)的連接，實(shí)現(xiàn)與云端服務(wù)器的互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

蜂窩網(wǎng)絡(luò)是一種利用蜂窩狀的小區(qū)覆蓋服務(wù)區(qū)域，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。由于網(wǎng)絡(luò)覆蓋的形狀像蜂窩的一個(gè)個(gè)小格子，所以由此得名。英文稱之為Cellular Network（細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)），也是因?yàn)檎麄€(gè)巨大的網(wǎng)絡(luò)像由一個(gè)個(gè)小的“細(xì)胞”構(gòu)成。

我們熟悉的5G手機(jī)就是典型的蜂窩技術(shù)代表，而經(jīng)常提到的2G/3G/4G/5G的通信制式演進(jìn)，指的也是全球的蜂窩通信技術(shù)。蜂窩網(wǎng)絡(luò)的主要特點(diǎn)是：

蜂窩結(jié)構(gòu)：通過(guò)將服務(wù)區(qū)域劃分為多個(gè)相鄰的正六邊形小區(qū)，可以簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和管理，降低干擾和成本

移動(dòng)性管理：通過(guò)在小區(qū)之間進(jìn)行切換，可以保持移動(dòng)用戶與網(wǎng)絡(luò)之間的通信連接，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫漫游

頻率復(fù)用：通過(guò)將同一組頻率在不同的小區(qū)中重復(fù)使用，可以提高頻譜利用率和系統(tǒng)容量

蜂窩通信所用到的基站一般只覆蓋幾百米或數(shù)公里，通過(guò)全球數(shù)千萬(wàn)個(gè)這樣的基站，就可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)地球上主要地區(qū)的全球通信?；静粍?dòng)，手機(jī)只要連接到任何一個(gè)基站，都相當(dāng)于連接到了整個(gè)世界。蜂窩通信是全球人類共同的大工程。

圖：蜂窩移動(dòng)通信示意圖

正是因?yàn)橐陨咸攸c(diǎn)，自從1983年誕生以來(lái)，蜂窩通信快速迭代發(fā)展，經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展，目前已經(jīng)演進(jìn)至第五代，也就是5G蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)。這張網(wǎng)絡(luò)連接了全球人口，根據(jù)全球電信聯(lián)盟的統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè)，2022年全球智能手機(jī)在網(wǎng)數(shù)已達(dá)到64億，而到2030年，這一數(shù)字將達(dá)到90億[1]。

在4G之前，蜂窩網(wǎng)絡(luò)主要給“人”用，其重要的通信載體是手機(jī)。但這一現(xiàn)象在5G到來(lái)之后迎來(lái)改變，5G的網(wǎng)絡(luò)定義將“物”的使用也考慮進(jìn)來(lái)，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)。

圖：蜂窩網(wǎng)絡(luò)的三次重要變革，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)

對(duì)于車(chē)云互聯(lián)，最簡(jiǎn)單的方法就是讓汽車(chē)可以接入蜂窩網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)ABI的統(tǒng)計(jì)，2020年全球出售的新車(chē)中，41%的汽車(chē)具備聯(lián)網(wǎng)功能[2]。這些車(chē)輛的聯(lián)網(wǎng)功能基本均是由蜂窩網(wǎng)絡(luò)接入車(chē)云互聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

車(chē)際互聯(lián)

盡管蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣、產(chǎn)業(yè)鏈成熟，是汽車(chē)實(shí)現(xiàn)最初聯(lián)網(wǎng)功能的首選通信技術(shù)。但蜂窩網(wǎng)絡(luò)用作車(chē)際互聯(lián)使用的時(shí)候也有一些弊端。比如：

連接蜂窩網(wǎng)絡(luò)必須要基于基站建設(shè)，這就限制在車(chē)輛只能在有基站的地方使用

所有汽車(chē)都連接蜂窩網(wǎng)絡(luò)（接入網(wǎng)-核心網(wǎng)）進(jìn)行通信，導(dǎo)致更大的時(shí)延

車(chē)輛直接互聯(lián)的創(chuàng)新場(chǎng)景，如車(chē)隊(duì)編隊(duì)、路側(cè)感知等功能無(wú)法有效實(shí)現(xiàn)

于是，業(yè)界就開(kāi)始開(kāi)發(fā)專門(mén)給汽車(chē)使用通信技術(shù)，這其中的代表技術(shù)就是3GPP組織所推動(dòng)的C-V2X技術(shù)。C-V2X是一種為車(chē)輛設(shè)計(jì)的專門(mén)網(wǎng)絡(luò)，C-V2X的特點(diǎn)是：

C-V2X可以讓車(chē)輛與其他車(chē)輛、路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施和行人直接通信，從而提高道路安全和交通效率

C-V2X不依賴于網(wǎng)絡(luò)覆蓋，可以在沒(méi)有基站的情況下實(shí)現(xiàn)低時(shí)延、高可靠的直接通信

C-V2X可以利用5G技術(shù)提供更高的速度、更低的時(shí)延和更大的容量，從而支持更多的創(chuàng)新場(chǎng)景，如自動(dòng)駕駛、車(chē)隊(duì)編隊(duì)、擴(kuò)展傳感器、遠(yuǎn)程駕駛等

C-V2X可以與現(xiàn)有的蜂窩網(wǎng)絡(luò)和生態(tài)系統(tǒng)兼容，降低部署成本和復(fù)雜度

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圖：C-V2X技術(shù)實(shí)現(xiàn)的車(chē)際互聯(lián)

和傳統(tǒng)蜂窩技術(shù)相比，C-V2X實(shí)現(xiàn)自組網(wǎng)的原因是引入了短距離接口，一般稱之為PC5接口，或者Side-link接口。稱之為Side-link的原因是因?yàn)檫@個(gè)連接只負(fù)責(zé)和旁邊（Side）物體連接（Link），又稱為PC5的原因是因?yàn)槎叹嚯x互聯(lián)所需要的功率等級(jí)比較低，天線口為20dBm，是3GPP所定義的第5功率等級(jí)（Power Class 5）。

Uu接口與車(chē)云互聯(lián)中提到的蜂窩網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)無(wú)異，因?yàn)檫B接的是用戶終端（User Equipment），這個(gè)連接在LTE時(shí)代的一些標(biāo)準(zhǔn)定義被稱為Uu，這個(gè)接口名稱也在C-V2X中被沿用下來(lái)。這個(gè)接口的技術(shù)規(guī)格與3GPP所定義的手機(jī)規(guī)格一致，并沒(méi)有新的特性。

圖：C-V2X技術(shù)中的兩種通信接口

PC5是為汽車(chē)等需要進(jìn)行自組網(wǎng)互聯(lián)的物體所定義的通信規(guī)格，這是3GPP首次開(kāi)始定義自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，通信規(guī)格對(duì)于3GPP來(lái)說(shuō)是全新且充滿挑戰(zhàn)的。國(guó)內(nèi)一些廠商在規(guī)格制定上也貢獻(xiàn)出自己的力量。在3GPP PC5低功率終端協(xié)議的定義中，國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的射頻前端廠商慧智微在5G NR Rel-18協(xié)議中參與Side-link/PC5相關(guān)的討論，進(jìn)行提案并立項(xiàng)，推動(dòng)PC5標(biāo)準(zhǔn)在3GPP的完善（詳見(jiàn)《5G協(xié)議再演進(jìn)：慧智微3GPP提案正式立項(xiàng)》）。

如C-V2X名稱所示，C-V2X期待實(shí)現(xiàn)基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的汽車(chē)與任何物體的互聯(lián)（Cellular- Vehicle-to-everything），這里大家可能會(huì)有疑問(wèn)，如果車(chē)與人要互連，來(lái)感受車(chē)旁邊的人的話，那是不是每個(gè)人都需要帶一個(gè)支持C-V2X的手機(jī)？如果沒(méi)有這部手機(jī)，是不是車(chē)輛就感受不到了呢？

其實(shí)在實(shí)現(xiàn)上，并不需要道路周邊所有設(shè)備都加裝C-V2X功能。汽車(chē)與道路周邊萬(wàn)物的互聯(lián)可以通過(guò)路側(cè)的C-V2X路側(cè)單元（RSU，Road Side Unit）實(shí)現(xiàn)。而路側(cè)單元中可以加裝人體識(shí)別、熱感應(yīng)、光學(xué)雷達(dá)等設(shè)備，用于感知道路周邊的環(huán)境情況，再通過(guò)C-V2X中的PC5接口告訴車(chē)輛，這樣就可以實(shí)現(xiàn)車(chē)輛對(duì)周邊環(huán)境的感知[4]。RSU與RSU之間，RSU與蜂窩基站之間，可以通過(guò)光纖或蜂窩網(wǎng)絡(luò)連接。

? 圖：C-V2X實(shí)現(xiàn)的對(duì)道路周邊信息感知

以上汽車(chē)與路側(cè)單元共同實(shí)現(xiàn)車(chē)輛對(duì)環(huán)境感知的方式叫“車(chē)路協(xié)同”。車(chē)路協(xié)同是C-V2X一大優(yōu)勢(shì)，通過(guò)車(chē)路協(xié)同，汽車(chē)不再是一個(gè)單獨(dú)的個(gè)體，通過(guò)與路側(cè)的協(xié)同、感知、控制，可以完成更智能、更安全、更可控的網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)。

如《車(chē)聯(lián)網(wǎng)，需要什么樣的射頻芯片？》所述，目前C-V2X的設(shè)計(jì)規(guī)劃及商業(yè)應(yīng)用已經(jīng)清晰，主要分為以下四個(gè)主要階段：

階段一：2020年之前，市場(chǎng)起步

階段二：2022至2022年，輔助駕駛

階段三：2022至2025年，無(wú)人駕駛階段1（特定場(chǎng)景）

階段四：2025年以后，無(wú)人駕駛階段2（完全無(wú)人駕駛）

現(xiàn)階段，中美兩大市場(chǎng)都明確了發(fā)展方向?yàn)镃-V2X，專門(mén)用于短距離通信PC5接口的具體頻譜資源暫定為[7][8]：

美國(guó)：5.850-5.925GHz

中國(guó)：5.905-5.925GHz

日本：5.850-5.925GHz

目前C-V2X產(chǎn)業(yè)正在快速發(fā)展中，根據(jù)佐思汽研發(fā)布的報(bào)告，2022年已有20余款乘用車(chē)搭載C-V2X，包括蔚來(lái)ET7、別克GL8 Avenir、廣汽Aion V、北汽ARCFOX等車(chē)型。2022年1-6月，搭載C-V2X技術(shù)量產(chǎn)的乘用車(chē)約4.6萬(wàn)輛，這一數(shù)字在2026年將超過(guò)200萬(wàn)輛。未來(lái)五年實(shí)現(xiàn)數(shù)十倍的增長(zhǎng)。

車(chē)內(nèi)互聯(lián)

車(chē)內(nèi)互聯(lián)技術(shù)主要實(shí)現(xiàn)汽車(chē)與車(chē)內(nèi)物體的互聯(lián)，比如：手機(jī)、車(chē)鑰匙、臨時(shí)接入的國(guó)內(nèi)平板電腦、筆記本電腦等。所使用到的通信技術(shù)一般為近距離的無(wú)線通信技術(shù)。

目前車(chē)內(nèi)所使用到的近距離無(wú)線通信技術(shù)主要有：

Wi-Fi (Wireless Fidelity，無(wú)線保真) 技術(shù)：Wi-Fi技術(shù)是一種基于IEEE 802.11系列協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)的無(wú)線通信技術(shù)，該通信協(xié)議于1996年由澳洲的研究機(jī)構(gòu)CSIRO提出，Wi-Fi 憑借其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，是目前最為主流的無(wú)線局域網(wǎng)接入技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（蜂窩通信為廣域網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)）。Wi-Fi技術(shù)主要使用2.4GHz或5GHz的無(wú)線電頻段，支持多種網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)和安全協(xié)議，具有傳輸速度快、覆蓋范圍廣、兼容性強(qiáng)等特點(diǎn)，所以被廣泛應(yīng)用于家庭、辦公、公共場(chǎng)所等各種場(chǎng)景；

藍(lán)牙 (Bluetooth) ：藍(lán)牙技術(shù)也是一種短距離無(wú)線通信技術(shù)，它可以在2.4GHz的ISM頻段上實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)和語(yǔ)音傳輸。藍(lán)牙技術(shù)由愛(ài)立信公司于1998年創(chuàng)立。相比于Wi-Fi技術(shù)，藍(lán)牙技術(shù)的特點(diǎn)是低功耗、低成本、低復(fù)雜度、高安全性和高可靠性，同時(shí)藍(lán)牙的數(shù)據(jù)傳輸速度也低于Wi-Fi。藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，包括汽車(chē)、工業(yè)、醫(yī)療、消費(fèi)電子、智能家居等；

NFC (Near Field Communication，近場(chǎng)通信) ：NFC技術(shù)是一種近距離無(wú)線通信技術(shù)，它可以實(shí)現(xiàn)電子設(shè)備之間的非接觸式點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸。NFC技術(shù)由RFID（非接觸式射頻識(shí)別）演變而來(lái)，NFC采用電磁耦合感應(yīng)技術(shù)，電磁場(chǎng)頻率是13.56MHz。NFC技術(shù)有很多應(yīng)用場(chǎng)景，例如移動(dòng)支付、公交卡、門(mén)禁卡等。NFC技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是方便快捷、安全可靠、低功耗、低成本等，其缺點(diǎn)是傳輸距離短、傳輸速率低、受干擾影響大等；

UWB（Ultra-Wide Band，超寬帶）：UWB技術(shù)的基本原理是通過(guò)發(fā)送和接收極短的脈沖信號(hào)來(lái)進(jìn)行無(wú)線通信。由于采用正弦載波，而是利用納秒級(jí)的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)，因此其所占的頻譜范圍很大，其頻譜范圍一般是在3.1GHz~10.6GHz頻率范圍內(nèi)的500MHz信號(hào)。UWB技術(shù)目前的應(yīng)用主要是在高精度定位中。由于UWB的高定位精度特性，未來(lái)可能應(yīng)用于對(duì)安全有高需求的定向通信場(chǎng)景中。

在車(chē)內(nèi)設(shè)備通信中，一般采用多種通信技術(shù)結(jié)合的方式。下圖為部分車(chē)內(nèi)設(shè)備使用到的通信技術(shù)。

圖：部分車(chē)內(nèi)設(shè)備使用到的通信技術(shù)

在車(chē)內(nèi)互聯(lián)上，一般采用多種通信技術(shù)靈活互聯(lián)的方式進(jìn)行，可以根據(jù)場(chǎng)景的傳輸速率、成本、距離等，綜合選取最為合適的傳輸技術(shù)。另外，也可以使用多種技術(shù)相結(jié)合。

? 車(chē)載通信的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

汽車(chē)通信功能是依靠T-Box或智能網(wǎng)聯(lián)模組來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

T-Box全稱是Telematics Box（遠(yuǎn)程通信盒子），T-Box與智能網(wǎng)聯(lián)模組中負(fù)責(zé)通信的主要功能模塊是“通信模塊”，而通信模塊中實(shí)現(xiàn)無(wú)線互聯(lián)的是射頻前端芯片。

以下就針對(duì)T-Box/智能網(wǎng)聯(lián)模組、通信模塊、射頻前端進(jìn)行介紹。

T-Box/智能網(wǎng)聯(lián)模組的功能

T-Box中的“T”是Telematics的縮寫(xiě)，Telematics是Tele-communications（電信）與Informatics（信息科學(xué)）的合成詞，是包含通信網(wǎng)絡(luò)及信息處理的功能模塊，T-box一方面接入汽車(chē)總線，掌握車(chē)輛信息、整車(chē)控制信息，一方面又負(fù)責(zé)接入通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信功能。T-Box的重要性在于T-Box汽車(chē)與外部設(shè)備之間的通信界面和功能實(shí)現(xiàn)，汽車(chē)的車(chē)云、車(chē)際、車(chē)內(nèi)通信功能需要由T-Box實(shí)現(xiàn)。

T-Box一般放置于中控臺(tái)下方，由MCU、4G/5G通信模塊、Wi-Fi通信模塊等多個(gè)電路模塊構(gòu)成。

圖：T-Box及通信模塊

智能網(wǎng)聯(lián)模組一般設(shè)計(jì)成SoC+通信模塊集成的模組形式，直接與智能座艙系統(tǒng)集成，其功能與T-Box功能類似。

通信模塊的功能

通信模塊是T-Box/智能網(wǎng)聯(lián)模組中負(fù)責(zé)無(wú)線通信的單元。

隨著協(xié)議的復(fù)雜，通信制式的增加，用于通信的射頻系統(tǒng)也變的非常復(fù)雜。如《除了調(diào)匹配，射頻人還要掌握系統(tǒng)知識(shí)》中提到，目前移動(dòng)終端支持的頻段數(shù)目達(dá)30個(gè)，并且每個(gè)頻段都需要進(jìn)行射頻調(diào)試和適配，這就使得射頻工作量極大。并且由于射頻知識(shí)也較為晦澀難懂，射頻專業(yè)人員招聘和培養(yǎng)相對(duì)困難，除非是年銷(xiāo)量極大的頭部手機(jī)公司，其他中小規(guī)模有無(wú)線互聯(lián)需求的公司，很難建立起完整的射頻開(kāi)發(fā)和調(diào)試團(tuán)隊(duì)。

雖然射頻技術(shù)復(fù)雜，工作量巨大，但其完成的功能卻極其簡(jiǎn)單：射頻就是把終端想要發(fā)射的信息，通過(guò)一定的形式，發(fā)射出去；再把需要接收的信息，想辦法接收并把信息提取出來(lái)即可。

正是因?yàn)檫@種特點(diǎn)，物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)出現(xiàn)出一批專門(mén)提供專業(yè)通信解決方案的公司。這些專業(yè)的通信、互聯(lián)解決方案公司將通信功能進(jìn)行設(shè)計(jì)和包裝，以實(shí)現(xiàn)完成通信射頻復(fù)雜功能的同時(shí)，接口保持簡(jiǎn)化。使用戶不再去關(guān)注射頻電路的實(shí)現(xiàn)，而是把精力放到上層的方案設(shè)計(jì)中來(lái)。

圖：物聯(lián)網(wǎng)模塊公司：將物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線通信功能實(shí)現(xiàn)方式專業(yè)化的公司

目前物聯(lián)網(wǎng)模塊行業(yè)已經(jīng)發(fā)展較為成熟，根據(jù)Counterpoint的統(tǒng)計(jì)，2022年全球物聯(lián)網(wǎng)模塊出貨將超6億片。其中根據(jù)2022年 Q1的統(tǒng)計(jì)，移遠(yuǎn)、廣和通、日海等廠商是此市場(chǎng)主要供應(yīng)商[10]。

在目前車(chē)載T-Box系統(tǒng)中，大部分方案也使用通信模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)通信功能。下圖為廣和通旗下全球車(chē)載通信模塊領(lǐng)先廠商之一的Rolling Wireless的車(chē)載通信模塊產(chǎn)品。該產(chǎn)品集成了蜂窩通信、C-V2X、GNSS等功能[11]。

圖：Rolling Wireless提供的車(chē)載通信模塊產(chǎn)品方案

射頻前端的功能

通信模塊中的射頻連接功能是靠射頻前端芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。

射頻前端是無(wú)線通信模塊的核心組件，它負(fù)責(zé)信號(hào)的發(fā)射和接收，由于位于整個(gè)系統(tǒng)的最前端，所以稱為“射頻前端”。

圖：射頻前端的構(gòu)成部分，及主要模塊

射頻前端包括功率放大器、低噪聲放大器、濾波器、開(kāi)關(guān)，它們共同構(gòu)成了信號(hào)的放大、切換、濾波等功能。射頻前端的性能直接影響到無(wú)線通信的速率、覆蓋范圍、功耗等指標(biāo)。這些模塊的主要功能是：

功率放大器（PA，Power Amplifier）：是指在給定失真率條件下，能產(chǎn)生最大功率輸出的放大器。功率放大器的輸出功率能力，決定了系統(tǒng)能輸出的最大信號(hào)強(qiáng)度；

低噪聲放大器（LNA，Low Noise Amplifier）：是指噪聲系數(shù)很低的放大器，用于放大可能非常弱的信號(hào)。低噪聲放大器的能力，決定了系統(tǒng)接接收到的最小信號(hào)強(qiáng)度；

濾波器（Filter）：是指能夠根據(jù)信號(hào)頻率的不同，選擇性地通過(guò)或衰減信號(hào)的電路。主要用做濾除對(duì)其他頻段的干擾，或者從眾多干擾信號(hào)中抽取有用信號(hào)；

開(kāi)關(guān)（Switch）：是指能夠控制通路通斷的器件。主要功能是鋪路架橋，為射頻信號(hào)提供必要的通路。

? 車(chē)聯(lián)網(wǎng)的芯片需求?

隨著汽車(chē)的智能化、網(wǎng)聯(lián)化，根據(jù)英飛凌的統(tǒng)計(jì)，智能電動(dòng)車(chē)中使用的芯片價(jià)值量在單車(chē)834美元。前述提到的各種復(fù)雜通信功能，最終都需要芯片承載實(shí)現(xiàn)。汽車(chē)成為芯片使用的巨大市場(chǎng)。

汽車(chē)對(duì)芯片的需求也和消費(fèi)類有大的不同。為了保證汽車(chē)的安全、可靠和高效運(yùn)行，同時(shí)也要適應(yīng)惡劣的環(huán)境條件和多樣的應(yīng)用場(chǎng)景，針對(duì)車(chē)載應(yīng)用的芯片，專門(mén)進(jìn)行了車(chē)規(guī)級(jí)芯片需求。

車(chē)規(guī)級(jí)芯片和商用芯片在規(guī)格上有很大的不同，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

工作溫度范圍：車(chē)規(guī)級(jí)芯片需要能夠在極端的高溫和低溫下正常工作，一般要求在-40℃到85℃之間，甚至到125℃之間工作。而商用芯片一般只能在0℃到70℃之間工作；

工作穩(wěn)定性：車(chē)規(guī)級(jí)芯片需要能夠抵抗汽車(chē)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的各種干擾，如電磁干擾、電壓波動(dòng)、振動(dòng)沖擊等，而商用芯片一般只能在相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境下工作；

不良率：車(chē)規(guī)級(jí)芯片需要有很低的不良率，目標(biāo)達(dá)到0 DPPM（Defect Part Per Million，每百萬(wàn)失效數(shù)），而商用芯片一般要求為100 DPPM左右；

功能安全：車(chē)規(guī)級(jí)芯片需要遵循ISO 26262等功能安全標(biāo)準(zhǔn)，保證在出現(xiàn)故障時(shí)能夠及時(shí)檢測(cè)、隔離和恢復(fù)，避免造成嚴(yán)重后果，而商用芯片一般沒(méi)有這樣的要求；

認(rèn)證流程：車(chē)規(guī)級(jí)芯片需要通過(guò)ITAF16949等質(zhì)量管理體系認(rèn)證，以及AEC-Q系列產(chǎn)品質(zhì)量認(rèn)證，證明其符合汽車(chē)行業(yè)的要求，而商用芯片一般只需要通過(guò)普通的質(zhì)量檢測(cè)。

正是因?yàn)橐陨显?，?chē)規(guī)芯片的價(jià)格也會(huì)高于商規(guī)芯片。成本提升的主要原因來(lái)自于應(yīng)用于車(chē)載時(shí)，所做的必要的質(zhì)量控制與標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證。

??車(chē)聯(lián)網(wǎng)芯片的未來(lái)??

車(chē)聯(lián)網(wǎng)后，智能汽車(chē)可以利用先進(jìn)的信息通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車(chē)與車(chē)、車(chē)與路、車(chē)與人、車(chē)與云等多方面的網(wǎng)絡(luò)連接，提高交通安全、效率和智能化水平。車(chē)聯(lián)網(wǎng)將是未來(lái)智能汽車(chē)發(fā)展的大勢(shì)所趨。

在車(chē)聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中，車(chē)聯(lián)網(wǎng)芯片也會(huì)隨之演進(jìn)、優(yōu)化，在未來(lái)車(chē)聯(lián)網(wǎng)芯片的發(fā)展中，我們看到有以下趨勢(shì)：

車(chē)聯(lián)網(wǎng)芯片的市場(chǎng)需求將持續(xù)增長(zhǎng)，隨著5G、C-V2X等技術(shù)的推廣和應(yīng)用，車(chē)聯(lián)網(wǎng)芯片需要支持多模雙通、高速率、低時(shí)延、高可靠性等特性，同時(shí)還需要滿足車(chē)規(guī)級(jí)的可靠性和安全性要求；

芯片廠與整車(chē)廠將有更多協(xié)同，隨著車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，以及對(duì)車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的提升，目前“整車(chē)-T-Box-物聯(lián)網(wǎng)模塊-射頻前端芯片”的車(chē)聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈條太過(guò)冗長(zhǎng)，未來(lái)可能出現(xiàn)整車(chē)廠與射頻前端芯片廠商直接協(xié)同，推進(jìn)車(chē)載射頻連接技術(shù)快速發(fā)展的情況；

標(biāo)準(zhǔn)化將逐步完善，車(chē)聯(lián)網(wǎng)芯片需要遵循統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，以保證兼容性和互操作性，同時(shí)也需要支持標(biāo)準(zhǔn)的前向演進(jìn)能力，以適應(yīng)未來(lái)的技術(shù)變化和業(yè)務(wù)需求。目前車(chē)聯(lián)網(wǎng)芯片的標(biāo)準(zhǔn)在伴隨行業(yè)發(fā)展逐步演進(jìn)中，車(chē)聯(lián)網(wǎng)芯片的標(biāo)準(zhǔn)也將逐步完善。

? ? 總? 結(jié)? ??

百年以來(lái)，通信技術(shù)、電子技術(shù)的發(fā)展，將人類帶入了一下豐富多彩的智能世界。在這個(gè)世界里，電話、電腦、家用電器，這一切的物體，都在走向“移動(dòng)”且“互聯(lián)”。

汽車(chē)也不例外，自發(fā)明之日起，汽車(chē)就是一個(gè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)“移動(dòng)”的大家伙，但如何讓汽車(chē)也實(shí)現(xiàn)“互聯(lián)”卻是通信從業(yè)者過(guò)去幾十年不斷努力的方向。

5G的到來(lái)，使移動(dòng)通信的關(guān)注點(diǎn)不再局限于手機(jī)；汽車(chē)的電氣化也是智能化、網(wǎng)聯(lián)化有了基礎(chǔ)?！败?chē)聯(lián)網(wǎng)”終于得以完整實(shí)現(xiàn)。

因?yàn)閼?yīng)用環(huán)境、功能需求、可靠性需求的不同，車(chē)聯(lián)網(wǎng)對(duì)用于通信的射頻芯片也提出了更多不一樣的要求，射頻芯片廠商也在不斷地學(xué)習(xí)與提升，為車(chē)載應(yīng)用提供更可靠、更便捷、更優(yōu)性能的通信芯片。

編輯：黃飛