解决联网汽车中的射频复杂性

　　车辆无线通信的复杂性正以惊人的速度增加，即将到来的 5G 将为进一步依赖射频技术铺平道路。如今，车辆可能依赖无线通信来实现十几个或更多功能，从安全功能和导航到信息娱乐和无钥匙进入。在接下来的几年里，这些功能将越来越多地扩展到包括自动驾驶，以及与基础设施和物联网的通信——尤其是在互联世界从 4G 过渡到 5G 时。

　　日益增长的射频复杂性已经给汽车制造商带来了巨大的挑战，而且随着汽车越来越依赖无线通信，这些挑战将会增加。为帮助实现向 5G 的飞跃，业界于 2016 年成立了 5G 汽车协会 （5GAA），以支持和指导 4G 和 5G 标准化、开发测试、推广解决方案并加速汽车产品的商用。与此同时，汽车制造商面临的挑战包括通过从 CAT4 调制解调器标准（150 Mbps 下载速度）迁移到 CAT16（1 Gbps）及更高标准来改进他们的设计以支持更快的蜂窝数据速率。

　　通信复杂性促使人们寻找经过验证的解决方案

　　RF 的复杂性和快速的变化正在挑战汽车制造商快速开发、测试、实施和向消费者交付产品的能力。设计必须集成高度复杂的无线系统，同时确保汽车行业期望的服务质量、可靠性和稳健性。此外，这些标准必须在生产设计中达到，因为在产品发布给消费者后重新设计通常是不可接受的，甚至是不可能的。

　　为了应对这些挑战，汽车制造商需要能够集成到车辆中的经过验证的无线组件和模块。为了获得它们，他们越来越多地转向在无线网络和移动通信行业拥有丰富经验的供应商，这些供应商多年来一直为智能手机制造商和移动网络运营商提供产品。这种背景还提供了宝贵的专业知识和指导，可以帮助汽车制造商了解和克服与标准合规性、区域要求和天线技术相关的潜在障碍。随着车辆集成越来越多的无线协议和频段，此类专业知识变得尤为重要。这有助于解决复杂的 4G 和 5G 挑战，

　　汽车通信设计的关键因素

　　随着无线通信越来越多地负责汽车的功能，一些设计因素对于在汽车设计中取得成功至关重要。

　　坚固性和可靠性。无线组件必须能够承受极端温度和湿度下的严格日常使用，以及经受住身体虐待。为确保产品在这些条件下继续可靠运行，为汽车使用而设计的射频组件必须符合特定的汽车行业标准。

　　IATF 16949是全球汽车行业质量管理体系标准；业界普遍期望零件在符合 IATF 16949 标准的设施中制造、组装和测试。此外，每个组件都必须在预发布认证阶段通过一系列行业标准测试：

　　AEC-Q100 定义了开关和功率放大器 （PA） 等有源组件的标准测试。

　　AEC-Q200 涵盖了对无源设备的类似测试，例如用于 Wi-Fi 和蜂窝通信的射频滤波器。

　　长寿。智能手机一般只能使用三到五年。然而，汽车通常在路上行驶的时间要长得多——10 年甚至更长。因此，RF 组件必须高度可靠，并且可以长期用作替换部件。

　　共存与干扰。由于当今汽车内有如此多的无线电，工程师必须始终意识到潜在的射频干扰问题并采取谨慎的方法来避免这些问题。RF 供应商提供各种共存滤波器，以解决这些干扰问题并符合政府法规。

　　区域无线标准。智能手机制造商和汽车制造商都必须遵守地区蜂窝标准和射频频谱分配。为了降低成本，智能手机供应商和汽车制造商都试图创建尽可能少的不同型号（库存单位或 SKU）。通常，这意味着四个 SKU，分别覆盖北美、中国、欧盟和世界其他地区。

　　DSDA（双卡双活）无线电。DSDA 技术使用两个独立的收发器和天线路径同时支持两个不同的蜂窝网络。这使汽车制造商能够提供特定的合同服务，同时让车主能够添加他们首选的运营商。虽然 DSDA 目前并未广泛使用，但随着市场的成熟，将会出现更多用例，从而使该技术更加广泛传播。

　　解决射频复杂性

　　从发展的角度来看，在预测 5G 很快会带来什么的同时，应对当前无线连接的增长是一项挑战。即使使用已在移动设备中验证的 4G 和 5G 无线技术，由于额外的射频复杂性和操作要求，也必须进行广泛的测试以保证汽车使用的可靠性和性能。在设计诸如远程信息处理控制单元 （TCU） 和天线集群等复杂子系统时，重要的是要牢记以下原则。

　　集成降低了射频复杂性。集成始终是降低复杂性的好方法。设计使用高度集成的射频前端 （RFFE） 越多，降低整体设计复杂性的机会就越大。这些器件将功率放大器 （PA）、开关、低噪声放大器 （LNA） 和滤波器等组件组合成一个预认证模块。通过降低 PCB 复杂性和对外部调整的需求，这加快了设计和整体上市时间。这些集成 RFFE 通过支持 CA、高级过滤和分集 RF 链进一步降低了复杂性。CA 已被全球运营商广泛部署，它聚合来自多个频段的频谱，以提供更高的数据速率并提高网络性能。CA 环境极其复杂，不同的网络运营商使用超过 300 种不同的频段组合。

　　性能经过验证的射频模块和组件。许多无线设备制造商已经拥有大量已在无线移动设备中使用的成熟技术。这些移动设备提供对全球无线网络的可靠和快速访问。使用这些经过验证的组件有助于保证汽车无线系统的高可靠性和性能。

　　共存和干涉滤光片。共存滤波器有助于减少干扰问题，这可能导致接收器灵敏度问题和监管违规。使用高度集成的射频模块时，多个无线电收发器彼此靠近运行。一个射频链的发射功率可能超过到达附近接收器的信号的功率电平，这可能会导致接收器灵敏度问题。因此，许多集成 RFFE 包括嵌入式滤波器，以减少干扰的可能性，特别是在相邻频段之间。例如，共存滤波器用于移动设备和汽车 Wi-Fi 系统，以使 Wi-Fi 能够与蜂窝频段 41 同时运行。

　　概括

　　到 2025 年，道路上的每辆新车都将以某种方式实现无线连接。汽车制造商将依靠无线通信来实现极其广泛的功能，包括车辆安全和控制。这些功能需要支持许多蜂窝技术——包括 2G、3G、4G 和 5G，以及 Wi-Fi、蓝牙和近场通信 （NFC）。随着汽车射频环境变得更加复杂和具有挑战性，使用已被证明在同样复杂的移动设备世界中可靠通信的技术将变得越来越重要。

　　作者：Berry Leonard，Connie MacKenzie，David Watson，David Schnaufer

　　审核编辑：郭婷