解决互联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，而即将到来的5G将为进一步依赖RF技术铺平道路。如今，车辆可能依靠无线通信来实现十几种或更多功能，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，特别是随着互联世界从4G过渡到5G。

　　不断增长的射频复杂性已经给汽车制造商带来了重大挑战，随着汽车越来越依赖无线通信，挑战将会增加。为了帮助实现向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） 及更高标准来改进其设计以支持更快的蜂窝数据速率。

　　通信复杂性促使搜索经验证的解决方案

　　射频的复杂性和快速的变化速度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、可靠性和鲁棒性。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产品通常是不可接受的，甚至是不可能的。

　　为了应对这些挑战，汽车制造商需要经过验证的无线组件和模块，以便将其集成到车辆中。为了获得这些产品，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向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，这些专业知识变得尤为重要。这有助于解决复杂的4G和5G挑战，例如多输入多输出（MIMO）和载波聚合（CA），这两种广泛使用的技术可用于提供更高的数据速率。

　　汽车通信设计的关键因素

　　随着无线通信成为汽车更多功能的责任，几个设计因素对于在汽车设计中取得成功至关重要。

　　坚固耐用，可靠性高。无线组件必须能够承受极端温度和湿度下的严苛日常使用，并经受住身体虐待。为了确保产品在这些条件下继续可靠运行，专为汽车用途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;该行业通常希望在符合IATF 16949标准的设施中制造，组装和测试零件。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 定义了有源元件的标准测试，例如开关和功率放大器 （PA）。

　　AEC-Q200涵盖了无源设备的类似测试，例如Wi-Fi和蜂窝通信中使用的RF滤波器。

　　长寿。智能手机通常只使用三到五年。然而，汽车通常会在路上停留更长的时间——10 年甚至更长时间。因此，射频组件必须高度可靠，并可作为较长时间的替换部件。

　　共存与干扰。当今汽车中存在如此多的无线电，工程师必须始终意识到射频干扰问题的可能性，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区域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尽可能少地创建不同的型号（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（双卡双待）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，同时为车主提供添加其首选承运人的能力。虽然DSDA目前尚未被广泛使用，但随着市场的成熟，将会出现更多的用例，使这项技术更加广泛。

　　解决射频复杂性

　　从发展的角度来看，在预测5G即将带来什么的同时，应对当前无线连接的增长是具有挑战性的。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RF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。在设计复杂的子系统（如远程信息处理控制单元 （TCU） 和天线集群）时，务必牢记以下原则。

　　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RF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） 和滤波器等组件集成到单个预认证模块中。这通过降低 PCB 复杂性和外部调谐需求，加快了设计和整体上市时间。这些集成 RFFE 通过支持CA、高级滤波和分集射频链进一步降低了复杂性。CA被全球运营商广泛部署，它聚合了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了300多种不同的频段组合。当今的移动设备RFFE通过解决许多这些组合来帮助解决CA问题，并且它们可以帮助解决车辆通信系统中的相同挑战。

　　具有成熟性能的射频模块和组件。许多无线设备制造商已经拥有大量已用于无线移动设备的成熟技术组合。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，干扰问题可能导致接收器灵敏度问题和不符合法规要求。当使用高度集成的RF模块时，多个无线电收发器彼此靠近工作。一个RF链的发射功率可能会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都包括嵌入式滤波器，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，使Wi-Fi能够与蜂窝频段41同时运行。

　　总结

　　到2025年，道路上的每一辆新车都将以某种方式无线连接。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。这些功能将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越来越复杂和具有挑战性，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。

　　审核编辑：郭婷