發布日期：2022-10-18 點擊率：52
您是否知道，當今汽車里的電子設備和無線電數量比發射到月球的首個太空艙里的還要多？為了從所有技術中獲益，所有這些通信無線電都必須在沒有任何干擾的情況下無縫工作。為了避免在 V2X 的設計中發生“交通堵塞”，您必須對以下信息有所了解。
車對萬物 (V2X) 是一種車輛技術的總稱。它允許車輛與周圍的環境進行通信，例如自行車、摩托車和其它車輛。為了實現這一點，來自傳感器和其他來源的信息，無論是車內還是車外，都通過低延遲、高可靠性的鏈路傳播，這將最終為實現完全自動駕駛鋪平道路。參見圖 1。
圖 1：互聯汽車
V2X 通信的一個主要賣點是安全性。V2X 通信技術有望降低車輛事故的數量，從而減少相關傷亡的發生。美國國家公路交通安全管理局 (NHTSA) 的一項研究發現，互聯汽車技術有望將未對駕駛員造成損害的碰撞事故減少高達 80%。事實上，到 2024 年，汽車行業機構（美國國家公路交通安全管理局和汽車工程師協會）預計將要求車輛提供某些 V2X 功能，以獲得完整的五星安全評級。這項技術還將大大改善交通管理。利用路邊單元 (RSU) 和車載單元 (OBU) 提供的數據，V2X 技術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燈相連接。有關流量模式、信號燈和其它車輛的信息可以通過連接 Wi-Fi 或蜂窩網絡的車輛信息娛樂系統，甚至通過駕駛員手機上的應用傳送到汽車上，使駕駛員能夠調整到更安全、更高效的駕駛模式。這樣可以減少有害二氧化碳氣體排放和降低燃油成本，從而提高車輛的環保性能。
V2X 包含多個組成部分：請參閱邊欄“車輛通信縮略語及含義”。考慮到諸多的安全效益以及給消費者通信帶來的其它效益，增強 V2X 并將其推向市場通常是許多汽車制造商的首要策略。然而，要設計一個穩健的系統解決方案，我們首先要了解 V2X 的復雜性和技術挑戰。
Cellular-V2X (C-V2X) 技術給車輛工程提出了挑戰，例如車輛內外多個無線電設備所導致的無線共存問題。未來的新型汽車內將配備大量無線電，以滿足安全、安防和娛樂的發展趨勢。這些無線電將帶來共存問題。一個明顯的共存挑戰是專用短距離通信 (DSRC) 和 C-V2X（蜂窩運營商許可載波）都使用相同的 5.9 GHz 頻段進行通信。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。
汽車的未來發展趨勢
如前所述，互聯汽車涉及眾多連接技術。每種技術都與眾不同，且不得干擾彼此的信號質量才能實現無縫通信。這些技術包括：
車輛通信縮略語及含義
高選擇性濾波器解決方案如何應對共存挑戰
讓我們來看看濾波器技術解決方案如何幫助解決 V2X 與 Wi-Fi 和蜂窩頻譜共存的問題。以下是三個主要挑戰：
V2X 與 5 GHz Wi-Fi 的共存挑戰
如圖 2 所示，Wi-Fi 5 GHz 無牌國家信息基礎設施 3 (UNII 3) 頻段與 5.9 GHz V2X 頻段重疊。要使這兩個無線電在工作時不互相干擾，需要采用濾波器。該濾波器需要在 5.855 GHz 區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 信號不會產生通信干擾。此外，UNII 2C 接收頻段噪聲會引起接收信號靈敏度劣化。在這種情況下，無線設備的多個無線電同時工作導致互相干擾，帶來的設計挑戰是靈敏度劣化。這些信號可能會干擾甚至破壞接收器接收微弱信號的靈敏度。例如，如果發射信號沒有與接收器正確隔離，它可能會干擾接收路徑信號，從而導致靈敏度劣化。因此，需要采用額外的濾波器來降低 5 GHz 接收信號中的噪聲。
圖 2：V2X 與 Wi-Fi 在 5 GHz 汽車應用中的共存
Wi-Fi 2.4 GHz 與蜂窩頻段 7、40 和 41 共存
V2X 中存在的另一個共存問題是蜂窩頻段 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) 信號之間并靠近這些信號。在車內發送和接收 Wi-Fi 2.4 信號時，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通信。同樣，這也是通過 BAW 濾波器技術實現的（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 與電子收費無線電的共存挑戰
除了上述共存挑戰之外，還有 V2X 干擾電子收費 (ETC) 服務的問題。中國和歐洲的 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，則無法滿足歐洲 V2X 頻譜發射規范的要求。
中國的 ETC 應用也存在同樣的問題。中國的 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，以減少頻譜發射，使其正確共存。在未來，中國 ETC 頻段可能會更接近 V2X 頻段，因為中國運營商正面臨著帶寬可能帶來的容量限制。中國目前正在就這個話題展開討論。
圖 4：電子收費系統頻段與 V2X 頻段對比
應對這些 V2X 共存挑戰的最佳過濾器技術是什么呢？Qorvo 已經幫助許多公司利用體聲波濾波器來應對這些類型的應用，如下文中所述。
體聲波 (BAW) 濾波器
如要避免在這些情況下產生干擾，高性能 RF 帶通濾波器就應具備高頻能力。BAW 非常適合這種高工作頻率。BAW 濾波器還提供陡峭的過渡帶，防止信號干擾相鄰頻段，且通帶應具有低插入損耗，以保證輸出功率和覆蓋范圍。
汽車應用中使用的濾波器必須能夠在汽車的整個壽命期內在極端溫度、濕度和振動條件下運行可靠運行，而石英晶體濾波器在這里行不通。在汽車應用中的這些嚴苛條件下采用 BAW 濾波器意味著工程師現在可以淘汰體積和實施難度都更大的濾波器技術。
獨特的 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渡帶，其高品質因數 (Q) 高達 3000，尺寸遠小于傳統陶瓷或介質濾波器。BAW 濾波器選擇性精度高，尺寸小巧，非常適合用于高級汽車 RF 應用。這種濾波器一般用在高于 1.5 GHz 并且需要高性能的應用中。此外，此技術基本上能夠適應高達 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。Qorvo V2X 前端解決方案套件包括首個 47 頻段/Wi-Fi BAW 共存濾波器，它可以實現與 V2X 5.9 GHz 頻段的 Wi-Fi 共存。這有助于在車輛與周圍環境之間建立可靠的聯系。此外，它還包括兩個支持 C-V2X 和 DSRC 系統的集成式前端模塊 (FEM)、一個數字步進衰減器、發射/接收開關和低噪聲放大器。該前端解決方案與芯片組無關，可在 Wi-Fi 和 V2X 共存的 Wi-Fi 環境中實現穩定的 V2X 鏈路以及足夠的傳輸線性功率和出色的接收性能。
未來，我們會憑借道路車輛領域的高科技電子創新以及無線電技術的進步助力安全駕駛，隨著我們不斷前行，關于該話題的內容也會越來越多。如果您有興趣從技術角度獲得對 V2X 的最佳理解，可以觀看這個視頻：如何化解與 V2XA 相關的頻譜挑戰。
關于作者
Ali Bawangaonwala
傳輸業務部汽車領域高級營銷經理
Ali 是 RF 前端應用半導體領域知名的主題專家。他擁有電氣工程背景，是 5G 汽車協會成員，加上在汽車領域的豐富經驗，促使他為車載無線設計的進步提供了重要的指導作用。
來源： Qorvo半導體
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