Qorvo全新车联网白皮书,智慧交通“车联网”应用已呈现迫切的需求

每每想起节假日拥堵不堪的高速公路，智慧交通“车联网”应用已呈现迫切的需求。

车联网由多个系统和网络组成，它们分别为环境 (V2X)、云（远程通信）、驾驶员/乘客（信息娱乐）提供异构连接。

Qorvo全新车联网白皮书

V2X：连接到外部环境

如图所示，车联网可以出色地融入围绕物联网开发的生态系统中。虽然我们通常首先会想到车对车 (V2V) 连接——它提供车道堵塞或自动刹车警报，但在多方面互连基础设施和移动设备的驱动下，车联网将很快成为智能城市的一部分。

设想一下，交通灯根据流量模式自动变化，或者对通勤需求做出响应，您能够搜索多个街区寻找停车点 — 这些均可通过物联网实现。

V2X 能够感知外部环境，在车联网中实现下一代驾驶自动化和实时监控。V2X 当前有两种主要标准：

>>电气与电子工程师学会 (IEEE) 802.11p 标准：802.11p 标准定义了行车环境无线接入 (WAVE)，包括汽车和路边单元 (RSU)中的专用短距离通信 (DSRC) 设备。它是对流行的 802.11 无线(Wi-Fi) 网络标准的修订。DSRC 在 5.9 千兆赫 (GHz) 频段中工作，带宽为 75 兆赫兹 (MHz)，范围大约为 1,000 米。

>>蜂窝车对万物 (C-V2X) 蜂窝网络长期演进 (LTE)：C-V2X 用于支持主动安全系统，针对车对车 (V2V)、车对基础设施 (V2I) 以及车对行人 (V2P) 的情况，使用 5.9 GHz 智能交通系统 (ITS) 频段中的低延迟直接传输技术来侦测和交换信息，从而提高态势感知，同时无需订阅蜂窝网络服务或任何网络辅助技术。第三代合作伙伴计划 (3GPP) 第 14 版规范对 C-V2X 作出了定义，其中包括基于 PC5 的直接通信，且制定了通往 5G 新无线电(5GNR) 的明确发展路径。

目前，基于 IEEE 802.11p 的产品已经上市。现在很多汽车已经采用了IEEE 802.11p 技术。相反，C-V2X 刚开始进入汽车领域。在当今的蜂窝网络生态系统的强大支持下，C-V2X很可能快速成熟。两种标准各有优劣，但最终决定它们能否在 5G 舞台上取得成功的是消费偏好和技术。

表 2-1 对比了 DSRC 和 C-V2X。汽车安全是 V2X 的常见应用，包括：

V2V：例如，防碰撞

V2I：例如，动态交通信号

V2P：例如，向行人和骑行者发出安全警报

V2N：车对网络 — 例如，实时交通和天气、定制导航以及其他云服务

V2X 还将利用 V2V 通信，实现更高效的车队管理和队列行驶。

最后，V2X 被用于增强 ADAS 的功能。ADAS 通常采用摄像头和雷达传感器，让驾驶员能够看到汽车周边大约 200 米范围的情况。V2X 应用可以共享和协调信息，将 ADAS 的有效范围扩展至数千公里。

车载安全系统和传感器等 LiDAR 技术（包括激光、扫描仪、光检测器接收器、GPS），也与 V2X 配合使用，成为实现自动驾驶汽车的关键推动因素。

远程通信：汽车与云进行通信

远程通信提供高带宽连接，用于物联网集成和云服务。远程通信早已在商用汽车中使用，帮助企业监控和优化各个运营要素，例如：

燃油油耗

汽车维护

车队使用

汽车定位

最佳路线

驾驶员行为

未来车联网中的远程通信将涵盖所有蜂窝网络标准，以提供 1 GB/秒(Gbps) 的处理能力，快速赶上领先智能手机功能。

Gigabit LTE 将会用于众多应用中，从智能手机和笔记本电脑到便携式热点和汽车。Gigabit LTE 指的是 LTE 等级 16 (CAT16 LTE) 下行数据流，在 3GPP 版本 12 中推出。当今的系统将 Gigabit LTE 与 LTE 等级13 上行链路配对，以实现高达 150 Mbps 的上传速度。CAT16 LTE 实现了 5G 低延迟和更高可靠性，采用 256 正交幅度调制 (QAM)、3x20兆赫兹 (MHz) 载波聚合 (CA) 和 4x4 多路输入/多路输出 (MIMO) 技术。对于每个 LTE 等级，QAM、CA 和 MIMO 技术以不同配置结合使用，从而达到额定最大速度。通过这种技术组合达到的实际额定下行链路速度不足 1 Gbps，但也非常接近这个值——979 MB/秒 (Mbps)。

汽车中的远程通信单元是汽车的主要数据连接，随着汽车制造商试图配合使用智能手机服务，需要的数据量也将快速增长。移动电信运营商和汽车 OEM 将会寻求从传输到汽车的远程通信数据中盈利，这将提高远程通信系统的复杂性。

显示远程通信蜂窝前端模块 (FEM)

与智能手机相比，远程通信的关键优势是天线性能。在汽车远程通信中，天线通常位于鲨鱼鳍中，在金属车身外部。而智能手机位于汽车内部，这意味着手机天线在金属车身内部。这样会降低天线性能，除非是您的狗在使用手机，这样他可以将头探出车窗外！这是什么原因？因为汽车的作用相当于一个法拉第笼——接地金属屏蔽层包围了设备，从而排除静电和电磁影响。为了减少这种法拉第笼效应，汽车制造商将所有远程通信天线（包括蜂窝天线）都安装在鲨鱼鳍中。这使用户能够将智能手机连接到汽车，从而消除法拉第笼效应。

汽车制造商可能必须使用双用户识别模块 (SIM) 双通 (DSDA) 技术，以支持多家运营商。

信息娱乐：用户与汽车互动

使用当今的信息娱乐系统，乘客在汽车外部和内部都能进行连接。信息娱乐应用包括娱乐（包括高清和卫星无线电）、导航和搜索等。实现这些应用的关键协议包括 Wi-Fi 和蓝牙。

汽车中的 Wi-Fi 热点将是主要连接，实现类似于当前家庭 Wi-Fi 网络的多用户接口。Wi-Fi 将通过车联网中的远程通信单元来传输 1 Gbps数据，以供所有乘车者使用。Wi-Fi 热点的大量使用和 V2X 的实现也将在车联网领域带来新的安全挑战。例如，V2X 和 5 GHz Wi-Fi 将面临严重的频谱共存挑战，需要使用创新的滤波器产品加以解决。

滤波器产品可减少射频 (RF) 频段之间的带外干扰，例如在蜂窝、Wi-Fi、蓝牙等频段之间。其中很多频段相互之间非常接近，必须进行滤波来管理各个系统之间的干扰。例如，在 2.4 GHz Wi-Fi 频段内，与蜂窝通信发生干扰的可能性更高，例如 4G LTE 频段中的频段 41。RF 设计人员使用共存滤波器来解决传输的 Wi-Fi 信号可能导致 LTE 接收器灵敏度下降、LTE 信号可能与 Wi-Fi 通信相互干扰的问题。体声波 (BAW)滤波器可以非常有效地满足这些需求。

滤波器还有助于确保安全。合适的带通滤波器可消除各个频段之间的干扰，例如蜂窝 LTE 频段 13 与美国公共安全服务使用的公共安全频段之间的干扰。没有这些滤波器，安全服务可能会中断。

随着汽车和网络服务增多，还会带来设计挑战。汽车中有很多 RF 信号，提高了数据处理能力，同时增加了更多功能。如何使汽车内的所有这些信号之间达到微妙平衡，请查看互联汽车的 RF 挑战和解决方案到底有多复杂？