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連網汽車發展之先進無線技術需求
 

【作者: Jeff James、Avinash Ghirnikar】   2018年05月02日 星期三

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隨著現代車輛功能及性能整合能力的逐漸增加,使得汽車的燃料經濟效益、舒適性以及提供道路使用者的安全水準也邁出一大步。由於傳統的機械系統逐漸被完善的電子化設備取代,不但可以降低生產成本和車輛的整體重量,也有助於遏制燃料的耗費。藉由大幅採用先進駕駛輔助系統(ADAS)技術,可以在駕駛過程中消除人為的錯誤,進而減少交通事故的發生。


汽車連網普及性的提升有助於汽車產業持續邁向自動駕駛發展而成為產業的通用標準,尖端的無線技術(藉由乙太網基礎的高頻寬有線基礎設施支援)將使車輛到車輛(V2V)和車輛到基礎設施(V2I)的通訊受益。


智慧交通系統(ITS)服務的出現將使車輛能夠傳輸現行速度、位置和行進方向等相關的數據,相關的V2I / V2V技術將使汽車之間、以及汽車與固定基礎設施之間能夠傳輸有價值的訊息,進而可以事先警告交通堵塞或其他可能影響道路暢通的問題。車輛也能夠從附近的其他車輛接收資訊,讓他們意識到任何潛在的危險。



圖1 :  智慧交通系統服務的出現將使車輛能夠傳輸現行速度、位置和行進方向等相關的數據。(source: pymnts)
圖1 : 智慧交通系統服務的出現將使車輛能夠傳輸現行速度、位置和行進方向等相關的數據。(source: pymnts)

為北美專用短程通訊(DSRC)標準一部分的基本服務訊息(BSM)即是這種系統的第一個例證,透過這項服務,汽車可以與交通訊號燈進行停車–啟動週期的訊息互動,使ADAS能夠決定是否需要減速,以便在車輛到達時訊號燈剛好變綠,而不會隨後在加速啟動接近訊號燈時的最後一刻才緊急煞車,避免浪費燃料。


目前,在各種無線通訊協議中, Wi-Fi是一種在汽車設計中普遍使用的技術。儘管Wi-Fi協議不斷發展,但在汽車領域,目前主要依靠5GHz頻段的802.11ac技術,可以執行每秒數百萬位元(Mbps)的數據速率,能夠支援智慧手機和其他手持電子設備與車輛導航和訊息娛樂系統的連接互動。而且,它還可以在汽車內部和周圍提供Wi-Fi熱點,使汽車乘客共用行動裝置連接。除此之外,它還可用於執行穩件無線更新(FOTA),這對汽車製造商非常有利。採用這種方式,汽車製造商在研發出新功能之後,可以透過售後服務添加到車輛,免除了需要讓汽車回到服務站進行更新的麻煩。


預計在不久的將來,802.11p將在汽車市場強勁成長。該協議是Wi-Fi應用的擴展,使用5.9GHz頻段,專門用於汽車設計,可提供V2V和V2I通訊所需的高可靠、低延遲連接。它共有7個通訊通道(每個通道10MHz)頻寬,其中6個是服務通道,剩餘的一個通道用於任務控制。 802.11p已經過了將近十年的測試,並已經準備在第一時間就可迎接V2V和V2I通訊的來臨。 而2016年12月美國國家高速公路交通安全管理局(National Highway Traffic Safety Administration)的執行規章特別宣稱將應用該技術。


除了Wi-Fi之外,藍牙5在連網汽車的發展過程中也發揮著重要作用。藍牙5的運作距離超出前一代藍牙4.0的四倍,同時也支援更快的數據速率。除了能夠使乘客連接便攜式設備存取音樂內容,以及為駕駛員提供空手控制之外,藍牙5還有許多其他潛在應用有待開發。由於藍牙5具備的高性能,可整合此技術的車輛將能夠與位於路邊的2I信標進行互動,用來處理擁塞問題、支付收費以及迅速反應緊急事故的協助服務。


先進的汽車製造商、他們的一級供應商以及合作半導體供應商都認知,連網汽車的未來將非常依賴高度整合的無線解決方案的發展,這些解決方案需要具有汽車級的穩健性,並能夠以小型封裝包含多種協議,而這些正是促使Marvell推出符合AEC-Q100標準無線整合晶片(SoCs)的88W8987xA系列產品,並率先同時推出藍牙5搭配802.11ac(Wave 2)及802.11p等產品,為工程師提供設計新一代全新汽車連網所需的無線技術。


該系列產品包括可相容3種外形尺寸的SoCs,分別是具備藍牙5功能的802.11ac、802.11p以及可切換802.11ac / 802.11p功能的三種解決方案。根據不同的車型,可以選擇不同的版本。如此一來,經濟型汽車可以只選擇所需的基本功能,而豪華車型則可選擇具有更複雜的功能。這些都可以在無需更改PCB的情況下進行更換SoCs,使特定車型所具備的功能可以輕鬆升級。因此,該系列SoCs可建構成一種多功能且更符合經濟效益的平台,可依據日後的需求來調整。



圖2 :  88W8987xA系列產品符合AEC-Q100標準無線整合晶片。
圖2 : 88W8987xA系列產品符合AEC-Q100標準無線整合晶片。

透過本文詳述之無線技術的問世,我們正逐步邁向實現道路上完全汽車連網的目標。藍牙5所具備的運作距離擴增以及802.11ac的更高數據傳輸速率,加上802.11p具備的運作穩健性和低延遲特性,可確保汽車設計工程師能擁有所需的無線技術來協助完善他們的設計。


(本文作者Jeff James、Avinash Ghirnikar任職於Marvell公司)


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