合理避讓?zhuān)褐С譄o(wú)縫通信、無(wú)干擾的車(chē)對萬(wàn)物設計

圖 1：互聯(lián)汽車(chē)

車(chē)對萬(wàn)物 (V2X) 是一種車(chē)輛技術(shù)的總稱(chēng)。它允許車(chē)輛與周?chē)沫h(huán)境進(jìn)行通信，包括自行車(chē)、摩托車(chē)和其它車(chē)輛。為將其實(shí)現，無(wú)論是車(chē)內還是車(chē)外，來(lái)自傳感器和其他來(lái)源的信息都通過(guò)低延遲、高可靠性的鏈路傳播，這最終將有助于實(shí)現完全自動(dòng)駕駛。參見(jiàn)圖 1。

V2X 通信的一個(gè)主要賣(mài)點(diǎn)是安全性。V2X 通信技術(shù)有望降低車(chē)輛事故的數量，從而減少相關(guān)傷亡事件的發(fā)生。美國國家公路交通安全管理局 (NHTSA) 的一項研究發(fā)現，對于未對駕駛員造成損害的碰撞事故，互聯(lián)汽車(chē)技術(shù)有望將事故率減少 80%。事實(shí)上，到 2024 年，汽車(chē)行業(yè)機構（比如：美國國家公路交通安全管理局和汽車(chē)工程師協(xié)會(huì )）預計將要求車(chē)輛提供某些 V2X 功能，以獲得完整的五星安全評級。這項技術(shù)還將顯著(zhù)改善交通管理。利用路邊單元 (RSU) 和車(chē)載單元 (OBU) 提供的數據，V2X 技術(shù)可以在汽車(chē)之間建立連接，并將駕駛員、行人和騎車(chē)人與交通信號燈相連接。有關(guān)流量模式、信號燈和其它車(chē)輛的信息，可以通過(guò)連接 Wi-Fi 或蜂窩網(wǎng)絡(luò )的車(chē)輛信息娛樂(lè )系統，甚至通過(guò)駕駛員手機上的應用傳送到汽車(chē)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(chē)輛的環(huán)保性能。

V2X 包含多個(gè)組成部分（請參閱邊欄內 “車(chē)輛通信縮略語(yǔ)及含義”）?？紤]到諸多的安全效益以及給消費者通信帶來(lái)的其它效益，增強 V2X 并將其推向市場(chǎng)通常是許多汽車(chē)制造商的首要策略。然而，要設計一個(gè)穩健的系統解決方案，我們首先要了解 V2X 的復雜性和技術(shù)挑戰。

Cellular-V2X (C-V2X) 技術(shù)向車(chē)輛工程提出了挑戰，例如車(chē)輛內外多個(gè)無(wú)線(xiàn)電設備導致的無(wú)線(xiàn)共存問(wèn)題。未來(lái)的新型汽車(chē)內將配備大量的無(wú)線(xiàn)電，滿(mǎn)足安全、安防和娛樂(lè )的發(fā)展趨勢。這些無(wú)線(xiàn)電將帶來(lái)共存問(wèn)題。一個(gè)明顯的共存挑戰是專(zhuān)用短距離通信 (DSRC) 和 C-V2X（基站運營(yíng)商授權的載波）都使用相同的 5.9GHz 頻段進(jìn)行通信。此外，4G LTE、5G 和 Wi-Fi 的頻段都與 5.9GHz 的頻率范圍密切相連。

汽車(chē)的未來(lái)發(fā)展趨勢

互聯(lián)汽車(chē)采用了許多獨特的連接技術(shù)，這些技術(shù)必須互不干擾信號質(zhì)量，這樣才能實(shí)現無(wú)縫通信。這些技術(shù)包括：

·  用于汽車(chē)安全的 V2X（DSRC 和 C-V2X）
·  用于提供遠程診斷、軟件無(wú)線(xiàn)更新、遠程操作等車(chē)載 OEM 服務(wù)的 4G/5G 云連接
·  車(chē)載 4G/5G 云連接娛樂(lè )
·  Wi-Fi
·  Bluetooth?
·  衛星數字音頻廣播服務(wù) (SDARS)

車(chē)輛通信縮略語(yǔ)及含義

車(chē)對萬(wàn)物 (V2X)：一種允許車(chē)輛與周?chē)煌ㄏ到y中的運動(dòng)部件進(jìn)行通信的技術(shù)。

車(chē)對基礎設施 (V2I)：這種通信允許車(chē)輛與頭頂的 RFID 讀卡器和攝像頭、交通信號燈、車(chē)道標記、路燈、標牌和停車(chē)計時(shí)器等交通系統組件共享信息。

車(chē)對行人 (V2P)：車(chē)輛與附近一位行人或多位行人之間的通信。

車(chē)對網(wǎng)絡(luò ) (V2N)：訪(fǎng)問(wèn)基于云的服務(wù)網(wǎng)絡(luò )，并與之進(jìn)行通信。

蜂窩車(chē)對萬(wàn)物 (C-V2X)：使車(chē)輛能通過(guò)移動(dòng)蜂窩連接，與周?chē)渌?chē)輛、行人或交通燈等固定物體進(jìn)行通信，相互收發(fā)信號。

專(zhuān)用短距離通信 (DSRC)：?jiǎn)蜗蚧螂p向的中短距離無(wú)線(xiàn)通信通道，專(zhuān)為汽車(chē)用途及一系列相應協(xié)議和標準設計。

高選擇性濾波器解決方案如何應對共存挑戰

讓我們共同了解濾波器技術(shù)解決方案幫助解決 V2X 與 Wi-Fi 和蜂窩頻譜共存問(wèn)題的方法。以下是三個(gè)主要挑戰：

·  V2X 與 5GHz Wi-Fi
·  Wi-Fi 2.4GHz 與蜂窩頻段 7、40 和 41 共存
·  電子收費 (ETC) 與 V2X 共存

V2X 與 5GHz Wi-Fi 的共存挑戰

如圖 2 所示，Wi-Fi 5GHz 非授權的國家信息基礎設施 3 (UNII 3) 頻段與 5.9GHz V2X 頻段重疊。要使這兩個(gè)無(wú)線(xiàn)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 5.855GHz 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(huì )產(chǎn)生通信干擾。此外，UNII 2C 接收頻段噪聲會(huì )引起接收信號靈敏度劣化。在這種情況下，無(wú)線(xiàn)設備的多個(gè)無(wú)線(xiàn)電同時(shí)工作會(huì )導致互相干擾，帶來(lái)的設計挑戰是靈敏度劣化。這些信號可能會(huì )干擾甚至破壞接收器接收微弱信號的靈敏度。例如，如果發(fā)射信號沒(méi)有與接收器正確隔離，它可能會(huì )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(lái)降低 5GHz 接收信號中的噪聲。

圖 2：V2X 與 Wi-Fi 在 5GHz 汽車(chē)應用中的共存

Wi-Fi 2.4GHz 與蜂窩頻段 7、40 和 41 共存

V2X 中存在的另一個(gè)共存問(wèn)題就是蜂窩頻段 7、40 和 41 與 2.4GHz Wi-Fi 頻段之間的干擾。如圖 3 所示，Wi-Fi 2.4GHz 位于這些 TDD（B40 和 B41）和 FDD (B7) 信號之間并靠近這些信號。在車(chē)內發(fā)送和接收 Wi-Fi 2.4 信號時(shí)，必須采用濾波器，以確保蜂窩頻段上的某些用戶(hù)可以不間斷地繼續通信。同樣，這也是通過(guò) BAW 濾波器技術(shù)實(shí)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 2.4GHz 頻段共存

V2X 與電子收費無(wú)線(xiàn)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(wù)的問(wèn)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 40MHz。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(mǎn)足歐洲 V2X 頻譜發(fā)射規范的要求。

中國的 ETC 應用也存在同樣的問(wèn)題。中國的 V2X 頻段與 ETC 頻段的下行鏈路僅相差 65MHz。必須在前端輸入部分插入陷波器，以減少頻譜泄露，使其正確共存。在未來(lái)，中國 ETC 頻段可能會(huì )更接近 V2X 頻段，因為中國運營(yíng)商正面臨著(zhù)帶寬可能帶來(lái)的容量限制。中國目前正在就這個(gè)話(huà)題展開(kāi)討論。

圖 4：電子收費系統頻段與 V2X 頻段對比

應對這些 V2X 共存挑戰的最佳濾波器技術(shù)是什么？Qorvo 已經(jīng)幫助許多公司利用體聲波濾波器來(lái)應對這些類(lèi)型的應用，如下文中所述。

體聲波 (BAW) 濾波器

如要避免在上述情況下產(chǎn)生干擾，高性能RF 帶通濾波器就應具備在高頻段工作的能力，BAW 非常適合在這種高頻段工作。BAW 濾波器還提供陡峭的過(guò)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。

在汽車(chē)的整個(gè)壽命期內,汽車(chē)應用中使用的濾波器必須能夠在極端溫度、濕度和振動(dòng)條件下運行可靠運行，而石英晶體濾波器在這種環(huán)境下無(wú)法工作。在汽車(chē)應用中的這些嚴苛條件下，采用 BAW 濾波器意味著(zhù)工程師現在可以淘汰尺寸大，和應用難度大的濾波器技術(shù)。

獨特的 BAW 濾波器具備所需的特性，能夠提供 5.9GHz 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 (Q) 高達 3000，尺寸遠小于傳統陶瓷或介質(zhì)濾波器。BAW 濾波器選擇性精度高，尺寸小巧，非常適合用于高級汽車(chē) RF 應用。這種濾波器一般用在高于 1.5GHz 且需要高性能的應用中。此外，此技術(shù)基本上能夠適應高達 7GHz 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) B47 頻段/Wi-Fi BAW 共存濾波器，它可以實(shí)現與 V2X 5.9GHz 頻段的 Wi-Fi 共存。這有助于在車(chē)輛與周?chē)h(huán)境之間建立可靠的連接。此外，它還包括兩個(gè)支持C-V2X 和 DSRC 系統的集成式前端模塊 (FEM)、一個(gè)數字步進(jìn)衰減器、發(fā)射/接收開(kāi)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 共存的連接環(huán)境中實(shí)現穩定的V2X 鏈路、足夠的傳輸線(xiàn)性功率和出色的接收性能。未來(lái)，我們會(huì )借助道路車(chē)輛領(lǐng)域的高科技電子創(chuàng )新以及無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的進(jìn)步，助力安全駕駛，隨著(zhù)我們不斷發(fā)展，關(guān)于該話(huà)題的內容也會(huì )越來(lái)越多。

（來(lái)源：Qorvo 高級營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理，作者 Ali Bawangaonwala，Qorvo 高級營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理）