汽车无线技术的创新

作者：Marvell公司连接业务部技术市场总监 Avinash Ghirnikar

虽然以往的数代汽车车型以及未来的汽车都仍然可归类为汽车，但它们之间却存在着巨大差异。 而且，可以肯定的是，未来这种差距注定会变得越来越大。当今汽车设计中出现的高度复杂性正在允许引入大量的新功能，从而提高安全性，增加操作性能，提升整体驾驶体验。

从传统的机械系统过渡到可以统称为线控系统（x-by-wire）的纯电子方式，可以降低车辆重量，从而提高燃油经济性。同样，高级驾驶员辅助系统（ADAS）的出现也为道路使用者提供了更高的安全等级。但这仅仅是一个开始，在未来的几年中，技术进步将使汽车出现更大的变化。

汽车制造商的一个主要目标是推动“互连汽车”的概念，这将使我们更接近自动驾驶的长远目标。借助于更广泛的各种不同通信技术，汽车将能够支持以前不可想象的功能和性能。

拥有高带宽以太网有线骨干网支持的无线技术将成为互连汽车的基础，通过这种无线方式，可以实现车对车（V2V）和车对基础设施（V2I）的通信。在本文中，我们将讨论在未来汽车设计中预计要发挥重要作用的各种无线通信协议。

重要的无线技术

将Wi-Fi融入汽车车型正变得越来越普遍。在目前阶段，Wi-Fi设计主要采用802.11ac技术，可以轻松地支持数百Mbps的数据速率。这种无线技术能够为智能手机等便携式电子产品提供一种与车载信息娱乐和导航系统连接的方式，并可提供通过其共享蜂窝连接（从而在汽车内部和周围提供Wi-Fi热点）的手段。不仅如此，人们还认识到，汽车生命周期的发展速度要比消费类电子产品慢得多。未来的汽车不再像以前一样具有永久固定的功能，不能从新的技术进步中获益，未来汽车需要具有一种升级的手段，但又不必为更新汽车功能而必须去寻求服务商的帮助。这意味着通过Wi-Fi实现固件无线（FOTA）更新将具有非常大的优势。

基于802.11ac的Wi-Fi技术与最新的蓝牙无线协议得到了互相补充。蓝牙5注定是互联汽车发展进程中一个非常有价值的技术，它显著提高了作用范围（是蓝牙4作用距离的四倍）和数据速率（相较以前的技术版本），因此，蓝牙5将具有广泛的用途。除了允许车辆乘客连接其便携式设备，实现音乐共享和免提等控制功能以外，也拥有许多其他潜在的好处。蓝牙5所具备的更高性能意味着车辆能够与分布在各处的信标实现互动通信，这将构成V2I网络的一部分。据此，道路收费、拥堵收费和各种有价值的信息服务将能够得以实现。根据预测，通过使用V2I网络，交通运行会变得更加平稳，并且会大大减少极度拥堵情况的发生。车辆将能够从交通信号灯处获得关于其停止/行进的信息，这样ADAS能够确定是不是要进行减速以便在信号灯变绿时准时到达，而不是事先没有任何信息，在接近红灯信号时紧急制动。这意味着车辆消耗的燃料将明显降低。

新兴的802.11p标准已经确定将会在车辆上得到广泛采用。它源于历史悠久的802.11 Wi-Fi技术基础，利用了其长期的成功采纳和无处不在的现实效果，并经过专门设计使其能够应对在汽车环境中部署所面临的挑战。802.11p位于5.9 GHz频段，包含7个通信信道（每个10 MHz宽），其中 6个是服务信道，另外一个信道则专注于控制任务。 802.11p的目的是提供超可靠、低延迟的连接，从而能够实现V2V和V2I通信。未来，它也将在智能交通系统（ITS）应用开始实施时提供支持。通过这种方式，车辆将能够发出关于它们当前位置、行驶的方向以及速度等数据。在V2I环境下，该技术可用于在汽车和周边市政基础设施之间传输数据，从而能够对交通拥堵、事故等进行更为先进的警告，也可以帮助确定哪里有停车位。在V2V环境中，它能够让车辆进行彼此间的通信，以便使一个车辆在识别出潜在危险后将信息传送给附近的其他车辆，从而使它们也意识到这些危险。

本文中讨论的这些先进无线技术在实现我们道路上的互连汽车方面注定要起着关键作用。由蓝牙5实现的作用范围扩展，802.11ac的强大数据速率功能和802.11p确保在高可靠性、低延迟汽车环境中实现Wi-Fi的完全有效，都具有相当大的吸引力。 Marvell的工程团队多年来一直在积极参与汽车行业，且充分认识到在提升性能和稳健性(robustness)方面所面临的挑战。为了使互联汽车真正成为现实，需要非常精湛的、高度集成的解决方案，能够把多种无线技术集成在一个紧凑型、汽车级封装内。Marvell最近发布的88W8987xA系列就是一个很好的例子，支持AEC-Q100的该无线SoC产品组合中的器件率先支持蓝牙5、802.11ac Wi-Fi（Wave 2）和802.11p，为工程师提供了更高的灵活性，以满足日益增长的车辆对无线连接的需求。

该产品系列包括3个引脚兼容器件：支持蓝牙5的802.11ac、支持蓝牙5的802.11p和支持蓝牙5的可切换式802.11ac / 802.11p。因此，工程师们会拥有各种不同的选择，使他们能够遵循更具成本效益的原则，减少平台上一些不必要的资源。根据汽车型号的需要可以选择不同的版本，经济型车型可以选择具有基本功能的版本，豪华车型则选择具有更高性能的版本。这些器件能够在不需要修改PCB的情况下进行互换，因此可以升级汽车车型所支持的功能，从而使其能够保证未来的需求。