您是否知道，當(dāng)今汽車?yán)锏碾娮釉O(shè)備和無(wú)線電數(shù)量比發(fā)射到月球的首個(gè)太空艙里的還要多？為了從所有技術(shù)中獲益，所有這些通信無(wú)線電都必須在沒(méi)有任何干擾的情況下無(wú)縫工作。為了避免在 V2X 的設(shè)計(jì)中發(fā)生“交通堵塞”，您必須對(duì)以下信息有所了解。
車對(duì)萬(wàn)物 (V2X) 是一種車輛技術(shù)的總稱。它允許車輛與周圍的環(huán)境進(jìn)行通信，例如自行車、摩托車和其它車輛。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，來(lái)自傳感器和其他來(lái)源的信息，無(wú)論是車內(nèi)還是車外，都通過(guò)低延遲、高可靠性的鏈路傳播，這將最終為實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)駕駛鋪平道路。參見(jiàn)圖 1。
圖 1：互聯(lián)汽車
V2X 通信的一個(gè)主要賣點(diǎn)是安全性。V2X 通信技術(shù)有望降低車輛事故的數(shù)量，從而減少相關(guān)傷亡的發(fā)生。美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局 (NHTSA) 的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，互聯(lián)汽車技術(shù)有望將未對(duì)駕駛員造成損害的碰撞事故減少高達(dá) 80%。事實(shí)上，到 2024 年，汽車行業(yè)機(jī)構(gòu)（美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局和汽車工程師協(xié)會(huì)）預(yù)計(jì)將要求車輛提供某些 V2X 功能，以獲得完整的五星安全評(píng)級(jí)。這項(xiàng)技術(shù)還將大大改善交通管理。利用路邊單元 (RSU) 和車載單元 (OBU) 提供的數(shù)據(jù)，V2X 技術(shù)可以在汽車之間建立連接，并將行人、駕駛員和騎車人與交通信號(hào)燈相連接。有關(guān)流量模式、信號(hào)燈和其它車輛的信息可以通過(guò)連接 Wi-Fi 或蜂窩網(wǎng)絡(luò)的車輛信息娛樂(lè)系統(tǒng)，甚至通過(guò)駕駛員手機(jī)上的應(yīng)用傳送到汽車上，使駕駛員能夠調(diào)整到更安全、更高效的駕駛模式。這樣可以減少有害二氧化碳?xì)怏w排放和降低燃油成本，從而提高車輛的環(huán)保性能。
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美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局 (NHTSA) 的一項(xiàng)研究
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https://www.pcb.its.dot.gov/eprimer/
V2X 包含多個(gè)組成部分：請(qǐng)參閱邊欄“車輛通信縮略語(yǔ)及含義”。考慮到諸多的安全效益以及給消費(fèi)者通信帶來(lái)的其它效益，增強(qiáng) V2X 并將其推向市場(chǎng)通常是許多汽車制造商的首要策略。然而，要設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)健的系統(tǒng)解決方案，我們首先要了解 V2X 的復(fù)雜性和技術(shù)挑戰(zhàn)。
Cellular-V2X (C-V2X) 技術(shù)給車輛工程提出了挑戰(zhàn)，例如車輛內(nèi)外多個(gè)無(wú)線電設(shè)備所導(dǎo)致的無(wú)線共存問(wèn)題。未來(lái)的新型汽車內(nèi)將配備大量無(wú)線電，以滿足安全、安防和娛樂(lè)的發(fā)展趨勢(shì)。這些無(wú)線電將帶來(lái)共存問(wèn)題。一個(gè)明顯的共存挑戰(zhàn)是專用短距離通信 (DSRC) 和 C-V2X（蜂窩運(yùn)營(yíng)商許可載波）都使用相同的 5.9 GHz 頻段進(jìn)行通信。此外，4G LTE、5G 和 Wi-Fi 的頻段都與 5.9 GHz 的頻率范圍密切相連。
汽車的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)
如前所述，互聯(lián)汽車涉及眾多連接技術(shù)。每種技術(shù)都與眾不同，且不得干擾彼此的信號(hào)質(zhì)量才能實(shí)現(xiàn)無(wú)縫通信。這些技術(shù)包括：
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用于汽車安全的 V2X（DSRC 和 C-V2X）
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用于提供遠(yuǎn)程診斷、空中軟件更新、遠(yuǎn)程操作等車載OEM服務(wù)的4G/5G云連接
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車載 4G/5G 云連接娛樂(lè)
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Wi-Fi
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藍(lán)牙?
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衛(wèi)星數(shù)字音頻廣播服務(wù) (SDARS)
車輛通信縮略語(yǔ)及含義
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車對(duì)萬(wàn)物 (V2X)：一種允許車輛與周圍交通系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行通信的技術(shù)。
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車對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施 (V2I)：這種通信允許車輛與頭頂?shù)?RFID 讀卡器和攝像頭、交通信號(hào)燈、車道標(biāo)記、路燈、標(biāo)牌和停車計(jì)時(shí)器等交通系統(tǒng)組件共享信息。
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車對(duì)行人 (V2P)：車輛與附近的一位行人或多位行人之間的通信。
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車對(duì)網(wǎng)絡(luò) (V2N)：訪問(wèn)基于云的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)并與之進(jìn)行通信。
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蜂窩車對(duì)萬(wàn)物 (C-V2X)：使車輛能通過(guò)移動(dòng)蜂窩連接與周圍的其它車輛、行人或交通燈等固定物體進(jìn)行通信，相互收發(fā)信號(hào)。
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專用短距離通信 (DSRC)：?jiǎn)蜗蚧螂p向的中短距離無(wú)線通信通道，專為汽車用途及一組相應(yīng)協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。
高選擇性濾波器解決方案如何應(yīng)對(duì)共存挑戰(zhàn)
讓我們來(lái)看看濾波器技術(shù)解決方案如何幫助解決 V2X 與 Wi-Fi 和蜂窩頻譜共存的問(wèn)題。以下是三個(gè)主要挑戰(zhàn)：
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V2X 與 5 GHz Wi-Fi 共存
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Wi-Fi 2.4 GHz 與蜂窩頻段 7、40 和 41 共存
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電子收費(fèi) (ETC) 與 V2X 共存
V2X 與 5 GHz Wi-Fi 的共存挑戰(zhàn)
如圖 2 所示，Wi-Fi 5 GHz 無(wú)牌國(guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施 3 (UNII 3) 頻段與 5.9 GHz V2X 頻段重疊。要使這兩個(gè)無(wú)線電在工作時(shí)不互相干擾，需要采用濾波器。該濾波器需要在 5.855 GHz 區(qū)域附近具有非常陡峭的衰減帶外邊緣，以確保 V2X 和 Wi-Fi UNII 3 信號(hào)不會(huì)產(chǎn)生通信干擾。此外，UNII 2C 接收頻段噪聲會(huì)引起接收信號(hào)靈敏度劣化。在這種情況下，無(wú)線設(shè)備的多個(gè)無(wú)線電同時(shí)工作導(dǎo)致互相干擾，帶來(lái)的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)是靈敏度劣化。這些信號(hào)可能會(huì)干擾甚至破壞接收器接收微弱信號(hào)的靈敏度。例如，如果發(fā)射信號(hào)沒(méi)有與接收器正確隔離，它可能會(huì)干擾接收路徑信號(hào)，從而導(dǎo)致靈敏度劣化。因此，需要采用額外的濾波器來(lái)降低 5 GHz 接收信號(hào)中的噪聲。
圖 2：V2X 與 Wi-Fi 在 5 GHz 汽車應(yīng)用中的共存
Wi-Fi 2.4 GHz 與蜂窩頻段 7、40 和 41 共存
V2X 中存在的另一個(gè)共存問(wèn)題是蜂窩頻段 7、40 和 41 與 2.4 GHz Wi-Fi 頻段之間的干擾。如圖 3 所示，Wi-Fi 2.4 GHz 位于這些 TDD（B40 和 B41）和 FDD (B7) 信號(hào)之間并靠近這些信號(hào)。在車內(nèi)發(fā)送和接收 Wi-Fi 2.4 信號(hào)時(shí)，必須采用濾波器，以確保蜂窩頻段上的某些用戶可以不間斷地繼續(xù)通信。同樣，這也是通過(guò) BAW 濾波器技術(shù)實(shí)現(xiàn)的（既有分立的形式，也有高度集成的 Qorvo 模塊）。
圖 3：蜂窩與 Wi-Fi 2 共存 4 GHz 頻段
V2X 與電子收費(fèi)無(wú)線電的共存挑戰(zhàn)
除了上述共存挑戰(zhàn)之外，還有 V2X 干擾電子收費(fèi) (ETC) 服務(wù)的問(wèn)題。中國(guó)和歐洲的 ETC 的工作頻段太接近 V2X 頻段。如圖 4 所示，歐洲的 V2X 頻段與歐洲 ETC 頻段僅相差 40 MHz。如果不在 V2X 前端模塊的輸入端采用陷波濾波器以允許 ETC 與 V2X 共存，則無(wú)法滿足歐洲 V2X 頻譜發(fā)射規(guī)范的要求。
中國(guó)的 ETC 應(yīng)用也存在同樣的問(wèn)題。中國(guó)的 V2X 頻段與 ETC 頻段的下行鏈路僅相差 65 MHz。必須在前端輸入端采用陷波濾波器，以減少頻譜發(fā)射，使其正確共存。在未來(lái)，中國(guó) ETC 頻段可能會(huì)更接近 V2X 頻段，因?yàn)橹袊?guó)運(yùn)營(yíng)商正面臨著帶寬可能帶來(lái)的容量限制。中國(guó)目前正在就這個(gè)話題展開討論。
圖 4：電子收費(fèi)系統(tǒng)頻段與 V2X 頻段對(duì)比
應(yīng)對(duì)這些 V2X 共存挑戰(zhàn)的最佳過(guò)濾器技術(shù)是什么呢？Qorvo 已經(jīng)幫助許多公司利用體聲波濾波器來(lái)應(yīng)對(duì)這些類型的應(yīng)用，如下文中所述。
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歐洲 ETC 頻段
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https://www.government.nl/topics/mobility-public-transport-and-road-safety/mobility/traffic-management/european-electronic-toll-service
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體聲波
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https://www.qorvo.com/innovation/technology/baw
體聲波 (BAW) 濾波器
如要避免在這些情況下產(chǎn)生干擾，高性能 RF 帶通濾波器就應(yīng)具備高頻能力。BAW 非常適合這種高工作頻率。BAW 濾波器還提供陡峭的過(guò)渡帶，防止信號(hào)干擾相鄰頻段，且通帶應(yīng)具有低插入損耗，以保證輸出功率和覆蓋范圍。
汽車應(yīng)用中使用的濾波器必須能夠在汽車的整個(gè)壽命期內(nèi)在極端溫度、濕度和振動(dòng)條件下運(yùn)行可靠運(yùn)行，而石英晶體濾波器在這里行不通。在汽車應(yīng)用中的這些嚴(yán)苛條件下采用 BAW 濾波器意味著工程師現(xiàn)在可以淘汰體積和實(shí)施難度都更大的濾波器技術(shù)。
獨(dú)特的 BAW 濾波器具備所需的特性，能夠提供 5.9 GHz 頻段所需的所有功能。這種濾波器提供必要的陡峭過(guò)渡帶，其高品質(zhì)因數(shù) (Q) 高達(dá) 3000，尺寸遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)陶瓷或介質(zhì)濾波器。BAW 濾波器選擇性精度高，尺寸小巧，非常適合用于高級(jí)汽車 RF 應(yīng)用。這種濾波器一般用在高于 1.5 GHz 并且需要高性能的應(yīng)用中。此外，此技術(shù)基本上能夠適應(yīng)高達(dá) 7 GHz 以及更高的工作頻率。
一種前端解決方案
Qorvo 提供分立形式和模塊形式的 BAW 濾波技術(shù)。Qorvo V2X 前端解決方案套件包括首個(gè) 47 頻段/Wi-Fi BAW 共存濾波器，它可以實(shí)現(xiàn)與 V2X 5.9 GHz 頻段的 Wi-Fi 共存。這有助于在車輛與周圍環(huán)境之間建立可靠的聯(lián)系。此外，它還包括兩個(gè)支持 C-V2X 和 DSRC 系統(tǒng)的集成式前端模塊 (FEM)、一個(gè)數(shù)字步進(jìn)衰減器、發(fā)射/接收開關(guān)和低噪聲放大器。該前端解決方案與芯片組無(wú)關(guān)，可在 Wi-Fi 和 V2X 共存的 Wi-Fi 環(huán)境中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的 V2X 鏈路以及足夠的傳輸線性功率和出色的接收性能。
未來(lái)，我們會(huì)憑借道路車輛領(lǐng)域的高科技電子創(chuàng)新以及無(wú)線電技術(shù)的進(jìn)步助力安全駕駛，隨著我們不斷前行，關(guān)于該話題的內(nèi)容也會(huì)越來(lái)越多。如果您有興趣從技術(shù)角度獲得對(duì) V2X 的最佳理解，可以觀看這個(gè)視頻：如何化解與 V2XA 相關(guān)的頻譜挑戰(zhàn)。
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Qorvo V2X 前端解決方案套件
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https://www.qorvo.com/newsroom/news/2020/qorvo-launches-complete-v2x-front-end-solution
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如何化解與 V2XA 相關(guān)的頻譜挑戰(zhàn)
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https://www.qorvo.com/design-hub/videos/design-summit-2020-mitigate-v2x-spectrum
關(guān)于作者
Ali Bawangaonwala
傳輸業(yè)務(wù)部汽車領(lǐng)域高級(jí)營(yíng)銷經(jīng)理
Ali 是 RF 前端應(yīng)用半導(dǎo)體領(lǐng)域知名的主題專家。他擁有電氣工程背景，是 5G 汽車協(xié)會(huì)成員，加上在汽車領(lǐng)域的豐富經(jīng)驗(yàn)，促使他為車載無(wú)線設(shè)計(jì)的進(jìn)步提供了重要的指導(dǎo)作用。
來(lái)源： Qorvo半導(dǎo)體
