車輛無線通信的復(fù)雜性正以驚人的速度增加，而即將到來的5G將為進(jìn)一步依賴RF技術(shù)鋪平道路。如今，車輛可能依靠無線通信來實(shí)現(xiàn)十幾種或更多功能，從安全功能和導(dǎo)航到信息娛樂和無鑰匙進(jìn)入。在接下來的幾年里，這些功能將越來越多地?cái)U(kuò)展到包括自動(dòng)駕駛，以及與基礎(chǔ)設(shè)施和物聯(lián)網(wǎng)的通信，特別是隨著互聯(lián)世界從4G過渡到5G。

不斷增長(zhǎng)的射頻復(fù)雜性已經(jīng)給汽車制造商帶來了重大挑戰(zhàn)，隨著汽車越來越依賴無線通信，挑戰(zhàn)將會(huì)增加。為了幫助實(shí)現(xiàn)向5G的飛躍，業(yè)界于2016年成立了5G汽車協(xié)會(huì)（5GAA），以支持和指導(dǎo)4G和5G標(biāo)準(zhǔn)化，開發(fā)測(cè)試，推廣解決方案，并加速汽車產(chǎn)品的商用。與此同時(shí)，汽車制造商面臨的挑戰(zhàn)包括通過從 CAT4 調(diào)制解調(diào)器標(biāo)準(zhǔn)（150 Mbps 下載速度）遷移到 CAT16 （1 Gbps） 及更高標(biāo)準(zhǔn)來改進(jìn)其設(shè)計(jì)以支持更快的蜂窩數(shù)據(jù)速率。

通信復(fù)雜性促使搜索經(jīng)驗(yàn)證的解決方案

射頻的復(fù)雜性和快速的變化速度正在挑戰(zhàn)汽車制造商快速開發(fā)、測(cè)試、實(shí)施和向消費(fèi)者交付產(chǎn)品的能力。設(shè)計(jì)必須集成高度復(fù)雜的無線系統(tǒng)，同時(shí)確保汽車行業(yè)期望的服務(wù)質(zhì)量、可靠性和魯棒性。此外，這些標(biāo)準(zhǔn)必須在生產(chǎn)設(shè)計(jì)中達(dá)到，因?yàn)樵诋a(chǎn)品發(fā)布給消費(fèi)者后重新設(shè)計(jì)產(chǎn)品通常是不可接受的，甚至是不可能的。

為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，汽車制造商需要經(jīng)過驗(yàn)證的無線組件和模塊，以便將其集成到車輛中。為了獲得這些產(chǎn)品，他們?cè)絹碓蕉嗟剞D(zhuǎn)向在無線網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)通信行業(yè)擁有豐富經(jīng)驗(yàn)的供應(yīng)商，這些供應(yīng)商多年來一直向智能手機(jī)制造商和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商提供產(chǎn)品。這種背景還提供了寶貴的專業(yè)知識(shí)和指導(dǎo)，可以幫助汽車制造商了解和克服與標(biāo)準(zhǔn)合規(guī)性、區(qū)域要求和天線技術(shù)相關(guān)的潛在障礙。隨著車輛集成越來越多的無線協(xié)議和頻段，這些專業(yè)知識(shí)變得尤為重要。這有助于解決復(fù)雜的4G和5G挑戰(zhàn)，例如多輸入多輸出（MIMO）和載波聚合（CA），這兩種廣泛使用的技術(shù)可用于提供更高的數(shù)據(jù)速率。

汽車通信設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素

隨著無線通信成為汽車更多功能的責(zé)任，幾個(gè)設(shè)計(jì)因素對(duì)于在汽車設(shè)計(jì)中取得成功至關(guān)重要。

堅(jiān)固耐用，可靠性高。無線組件必須能夠承受極端溫度和濕度下的嚴(yán)苛日常使用，并經(jīng)受住身體虐待。為了確保產(chǎn)品在這些條件下繼續(xù)可靠運(yùn)行，專為汽車用途設(shè)計(jì)的射頻組件必須符合特定的汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

IATF 16949是全球汽車行業(yè)質(zhì)量管理體系標(biāo)準(zhǔn);該行業(yè)通常希望在符合IATF 16949標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)施中制造，組裝和測(cè)試零件。此外，每個(gè)組件都必須在預(yù)發(fā)布認(rèn)證階段通過一系列行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試：

AEC-Q100 定義了有源元件的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，例如開關(guān)和功率放大器 （PA）。

AEC-Q200涵蓋了無源設(shè)備的類似測(cè)試，例如Wi-Fi和蜂窩通信中使用的RF濾波器。

長(zhǎng)壽。智能手機(jī)通常只使用三到五年。然而，汽車通常會(huì)在路上停留更長(zhǎng)的時(shí)間——10 年甚至更長(zhǎng)時(shí)間。因此，射頻組件必須高度可靠，并可作為較長(zhǎng)時(shí)間的替換部件。

共存與干擾。當(dāng)今汽車中存在如此多的無線電，工程師必須始終意識(shí)到射頻干擾問題的可能性，并采取謹(jǐn)慎的方法來避免這些問題。RF供應(yīng)商提供各種共存濾波器，以解決這些干擾問題并符合政府法規(guī)。

區(qū)域無線標(biāo)準(zhǔn)。智能手機(jī)制造商和汽車制造商都必須遵守區(qū)域蜂窩標(biāo)準(zhǔn)和射頻頻譜分配。為了降低成本，智能手機(jī)供應(yīng)商和汽車制造商都試圖盡可能少地創(chuàng)建不同的型號(hào)（庫(kù)存單位或SKU）。通常，這意味著四個(gè)SKU分別覆蓋北美，中國(guó)，歐盟和世界其他地區(qū)。

DSDA（雙卡雙待）無線電。DSDA 技術(shù)使用兩個(gè)獨(dú)立的收發(fā)器和天線路徑同時(shí)支持兩個(gè)不同的蜂窩網(wǎng)絡(luò)。這使汽車制造商能夠提供特定的合同服務(wù)，同時(shí)為車主提供添加其首選承運(yùn)人的能力。雖然DSDA目前尚未被廣泛使用，但隨著市場(chǎng)的成熟，將會(huì)出現(xiàn)更多的用例，使這項(xiàng)技術(shù)更加廣泛。

解決射頻復(fù)雜性

從發(fā)展的角度來看，在預(yù)測(cè)5G即將帶來什么的同時(shí)，應(yīng)對(duì)當(dāng)前無線連接的增長(zhǎng)是具有挑戰(zhàn)性的。即使使用已在移動(dòng)設(shè)備中驗(yàn)證的4G和5G無線技術(shù)，由于額外的RF復(fù)雜性和操作要求，也必須進(jìn)行廣泛的測(cè)試，以保證汽車使用的可靠性和性能。在設(shè)計(jì)復(fù)雜的子系統(tǒng)（如遠(yuǎn)程信息處理控制單元 （TCU） 和天線集群）時(shí)，務(wù)必牢記以下原則。

集成降低了射頻復(fù)雜性。集成始終是降低復(fù)雜性的好方法。設(shè)計(jì)使用高度集成的RF前端（RFFE）越多，降低整體設(shè)計(jì)復(fù)雜性的機(jī)會(huì)就越大。這些器件將功率放大器 （PA）、開關(guān)、低噪聲放大器 （LNA） 和濾波器等組件集成到單個(gè)預(yù)認(rèn)證模塊中。這通過降低 PCB 復(fù)雜性和外部調(diào)諧需求，加快了設(shè)計(jì)和整體上市時(shí)間。這些集成 RFFE 通過支持CA、高級(jí)濾波和分集射頻鏈進(jìn)一步降低了復(fù)雜性。CA被全球運(yùn)營(yíng)商廣泛部署，它聚合了來自多個(gè)頻段的頻譜，以提供更高的數(shù)據(jù)速率并提高網(wǎng)絡(luò)性能。CA環(huán)境極其復(fù)雜，不同的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商使用了300多種不同的頻段組合。當(dāng)今的移動(dòng)設(shè)備RFFE通過解決許多這些組合來幫助解決CA問題，并且它們可以幫助解決車輛通信系統(tǒng)中的相同挑戰(zhàn)。

具有成熟性能的射頻模塊和組件。許多無線設(shè)備制造商已經(jīng)擁有大量已用于無線移動(dòng)設(shè)備的成熟技術(shù)組合。這些移動(dòng)設(shè)備提供對(duì)全球無線網(wǎng)絡(luò)的可靠和快速訪問。使用這些經(jīng)過驗(yàn)證的組件有助于保證汽車無線系統(tǒng)的高可靠性和性能。

共存和干涉濾光片。共存濾波器有助于減少干擾問題，干擾問題可能導(dǎo)致接收器靈敏度問題和不符合法規(guī)要求。當(dāng)使用高度集成的RF模塊時(shí)，多個(gè)無線電收發(fā)器彼此靠近工作。一個(gè)RF鏈的發(fā)射功率可能會(huì)超過到達(dá)附近接收器的信號(hào)的功率電平，這可能會(huì)導(dǎo)致接收器靈敏度問題。因此，許多集成RFFE都包括嵌入式濾波器，以減少干擾的可能性，特別是在相鄰頻段之間。例如，共存濾波器用于移動(dòng)設(shè)備和汽車Wi-Fi系統(tǒng)，使Wi-Fi能夠與蜂窩頻段41同時(shí)運(yùn)行。

總結(jié)

到2025年，道路上的每一輛新車都將以某種方式無線連接。汽車制造商將依靠無線通信來實(shí)現(xiàn)極其廣泛的功能，包括車輛安全和控制。這些功能將需要支持許多蜂窩技術(shù)，包括2G，3G，4G和5G，以及Wi-Fi，藍(lán)牙和近場(chǎng)通信（NFC）。隨著汽車射頻環(huán)境變得越來越復(fù)雜和具有挑戰(zhàn)性，使用已被證明在同樣復(fù)雜的移動(dòng)設(shè)備世界中可靠通信的技術(shù)將變得越來越重要。

審核編輯：郭婷