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車載無線技術的創新
 

【作者: Avinash Ghirnikar】   2017年10月06日 星期五

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儘管都是車,但過往世代和未來世代之間將存在著巨大差異。甚至可以肯定的說,這種差距將會變得越來越大。為了提供更多新功能,以改善安全性,提高運行效率,提升整體駕馭體驗,汽車設計所涵蓋的科技將更為廣泛、更加複雜化。


車輛控制從傳統的純機械系統過渡到線傳系統(x-by-wire)的純電子操控方式,可以降低車輛重量,改進油耗。同時ADAS(高等駕駛輔助系統, Advanced Driver Assistance System)的出現也為道路使用者提供了更高的安全等級。而這僅僅是個開端,在未來的幾年中,隨著科技演進將使汽車出現更大的變化。


汽車製造商的一個主要目標是推動「連網汽車」(Connected-Car)的概念,這將使我們更接近自動駕駛的長遠目標。借助於各種不同的通信技術,汽車將能夠達成先前無法想像的功能和性能。


Wi-Fi(無線網路)將成為連網汽車的重要基礎,車輛通過Wi-Fi與高速Ethernet骨幹網路連結,可以實現車對車(V2V)和車對基礎設施(V2I)的通信。在本文中,我們將討論在未來汽車設計中預計要發揮重要作用的各種無線通信協定。


重要的無線技術

近來內建Wi-Fi的車型已經越來越普遍。現階段Wi-Fi設計主要採用802.11ac技術,透過Wi-Fi的連接,智慧型手機等攜帶式電子產品與車載資訊、娛樂、導航系統之間的數據傳輸速度可輕鬆高達數百Mbps,並可共享3G/4G Internet連線(在汽車內部和週邊提供Wi-Fi熱點)。不僅僅如此,一般人對汽車的使用年限要比消費性電子產品長得多。期間為了更新功能,車輛必須進廠安裝軟體,否則無法得到新功能、無法從新的技術進步中獲益。未來汽車需要提供一種升級方式。這意味著透過Wi-Fi無線更新軟體FOTA ( Firmware-Over-The-Air)將具有非常大的優勢。


除了802.11ac的Wi-Fi技術,藍牙無線協定 5.0 (Bluetooth 5.0)也是連網汽車發展進程中非常有價值的技術,相較於藍芽4.0,它顯著提高了運作範圍(BT 4.0距離的四倍)並維持相同的數據速率,因此,藍牙5將具有廣泛的用途。透過藍芽5.0連接攜帶式電子產品,除了音樂共享和免持聽筒(hands-free)功能以外,也擁有許多其他潛在的好處。


藍牙5所具備的更高性能意味著車輛能夠與分佈在各處的推播點(Beacon)互動通信,這將構成V2I網路的一部分。由此,道路收費、堵車收費和各種有價值的資訊 服務將能夠得以實現。根據預測,透過使用V2I網絡,交通運行會變得更加平穩,並且會大大減少極度擁堵路況的發生。車輛將能夠獲得交通燈號訊息,交換車輛停止/行進的資訊 ,這樣ADAS(高等駕駛輔助系統)能夠判斷是否需提前減速以便在信號燈變綠時準時到達,而不是事先沒有任何資訊 ,在接近紅燈信號時緊急煞停。這意味著車輛消耗的燃料將明顯降低。


新興的802.11p標準已經確定將會在車輛上得到廣泛採用。802.11p奠基於802.11


Wi-Fi技術長期成功且廣泛的被採納和佈建,並針對車載環境部署所面臨的挑戰輔以特別設計。運行於5.9 GHz頻段,包含7個訊號通道(每個10 MHz寬),其中 6個是服務通道(service channel),另外一個通道則專注於控制任務。 其目的是提供超級可靠、低延遲的連接,藉以實現V2V和V2I通訊。未來它也將在ITS(智慧交通系統Intelligent Transportation System)應用中提供支援。透過這種方式,車輛將能夠發出其當前位置、行駛的方向以及速度等數據。


在V2I環境下,該技術可提供車輛和週邊市政基礎設施之間資訊交換,從而能夠對交通擁塞、事故等提供預先的警告,也可以提供停車位資訊。在V2V環境中,它也可以能夠讓車輛進行彼此間的通信,以便使一個車輛在識別出潛在危險後將資訊 傳送給附近的其他車輛,從而使它們也意識到這些危險。


本文中討論的這些先進無線技術在實現連網汽車過程中占據了關鍵的角色。由BT 5.0擴展運作範圍,802.11ac提供強大數據傳輸速率以及802.11p確保Wi-Fi在車載系統中的高可靠度、低延遲,對於實現聯網汽車都是不可或缺的關鍵技術。為了促使連網汽車真正的實現,汽車業界需要一個高度集成的解決方案,能夠把多種無線技術集成在一個體積小、車用等級(Automotive-grade)封裝的晶片內。


在車用領域,Marvell工程團隊克服車載系統在性能和穩健性方面的高度要求與挑戰。Marvell最近發佈的88W8987xA系列符合車用AEC-Q100可靠度規範的無線SoC產品,率先支持BT5.0、802.11ac Wi-Fi(Wave 2)和802.11p,為工程師提供了更高的靈活度,以滿足日益增長的車輛無線連網需求。


88W8987xA系列包括3個接腳相容晶片:BT 5.0+ 802.11ac、BT5.0 + 802.11p以及 BT5.0 + 切換式802.11ac / 802.11p。經由晶片選擇的彈性,工程師們可開發共用平台,以獲得最佳成本效益,減少額外平台開發上的資源,再根據汽車型號需求來選擇不同版本晶片。經濟型車款可以選擇具有基本功能的版本,豪華車型則選擇具有更高性能的版本。這些元件能夠在不需要修改PCB的情況下進行互換,確保共用平台功能升級的未來性。


(本文作者Avinash Ghirnikar任職於Marvell公司連接事業部技術市場總監)


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