車輛無線通信的復雜性正以驚人的速度增加，即將到來的 5G 將為進一步依賴射頻技術鋪平道路。如今，車輛可能依賴無線通信來實現十幾個或更多功能，從安全功能和導航到信息娛樂和無鑰匙進入。在接下來的幾年里，這些功能將越來越多地擴展到包括自動駕駛，以及與基礎設施和物聯網的通信——尤其是在互聯世界從 4G 過渡到 5G 時。

日益增長的射頻復雜性已經給汽車制造商帶來了巨大的挑戰，而且隨著汽車越來越依賴無線通信，這些挑戰將會增加。為幫助實現向 5G 的飛躍，業界于 2016 年成立了 5G 汽車協會 （5GAA），以支持和指導 4G 和 5G 標準化、開發測試、推廣解決方案并加速汽車產品的商用。與此同時，汽車制造商面臨的挑戰包括通過從 CAT4 調制解調器標準（150 Mbps 下載速度）遷移到 CAT16（1 Gbps）及更高標準來改進他們的設計以支持更快的蜂窩數據速率。

通信復雜性促使人們尋找經過驗證的解決方案

RF 的復雜性和快速的變化正在挑戰汽車制造商快速開發、測試、實施和向消費者交付產品的能力。設計必須集成高度復雜的無線系統，同時確保汽車行業期望的服務質量、可靠性和穩健性。此外，這些標準必須在生產設計中達到，因為在產品發布給消費者后重新設計通常是不可接受的，甚至是不可能的。

為了應對這些挑戰，汽車制造商需要能夠集成到車輛中的經過驗證的無線組件和模塊。為了獲得它們，他們越來越多地轉向在無線網絡和移動通信行業擁有豐富經驗的供應商，這些供應商多年來一直為智能手機制造商和移動網絡運營商提供產品。這種背景還提供了寶貴的專業知識和指導，可以幫助汽車制造商了解和克服與標準合規性、區域要求和天線技術相關的潛在障礙。隨著車輛集成越來越多的無線協議和頻段，此類專業知識變得尤為重要。這有助于解決復雜的 4G 和 5G 挑戰，

汽車通信設計的關鍵因素

隨著無線通信越來越多地負責汽車的功能，一些設計因素對于在汽車設計中取得成功至關重要。

堅固性和可靠性。無線組件必須能夠承受極端溫度和濕度下的嚴格日常使用，以及經受住身體虐待。為確保產品在這些條件下繼續可靠運行，為汽車使用而設計的射頻組件必須符合特定的汽車行業標準。

IATF 16949是全球汽車行業質量管理體系標準；業界普遍期望零件在符合 IATF 16949 標準的設施中制造、組裝和測試。此外，每個組件都必須在預發布認證階段通過一系列行業標準測試：

AEC-Q100 定義了開關和功率放大器 （PA） 等有源組件的標準測試。

AEC-Q200 涵蓋了對無源設備的類似測試，例如用于 Wi-Fi 和蜂窩通信的射頻濾波器。

長壽。智能手機一般只能使用三到五年。然而，汽車通常在路上行駛的時間要長得多——10 年甚至更長。因此，RF 組件必須高度可靠，并且可以長期用作替換部件。

共存與干擾。由于當今汽車內有如此多的無線電，工程師必須始終意識到潛在的射頻干擾問題并采取謹慎的方法來避免這些問題。RF 供應商提供各種共存濾波器，以解決這些干擾問題并符合政府法規。

區域無線標準。智能手機制造商和汽車制造商都必須遵守地區蜂窩標準和射頻頻譜分配。為了降低成本，智能手機供應商和汽車制造商都試圖創建盡可能少的不同型號（庫存單位或 SKU）。通常，這意味著四個 SKU，分別覆蓋北美、中國、歐盟和世界其他地區。

DSDA（雙卡雙活）無線電。DSDA 技術使用兩個獨立的收發器和天線路徑同時支持兩個不同的蜂窩網絡。這使汽車制造商能夠提供特定的合同服務，同時讓車主能夠添加他們首選的運營商。雖然 DSDA 目前并未廣泛使用，但隨著市場的成熟，將會出現更多用例，從而使該技術更加廣泛傳播。

解決射頻復雜性

從發展的角度來看，在預測 5G 很快會帶來什么的同時，應對當前無線連接的增長是一項挑戰。即使使用已在移動設備中驗證的 4G 和 5G 無線技術，由于額外的射頻復雜性和操作要求，也必須進行廣泛的測試以保證汽車使用的可靠性和性能。在設計諸如遠程信息處理控制單元 （TCU） 和天線集群等復雜子系統時，重要的是要牢記以下原則。

集成降低了射頻復雜性。集成始終是降低復雜性的好方法。設計使用高度集成的射頻前端 （RFFE） 越多，降低整體設計復雜性的機會就越大。這些器件將功率放大器 （PA）、開關、低噪聲放大器 （LNA） 和濾波器等組件組合成一個預認證模塊。通過降低 PCB 復雜性和對外部調整的需求，這加快了設計和整體上市時間。這些集成 RFFE 通過支持 CA、高級過濾和分集 RF 鏈進一步降低了復雜性。CA 已被全球運營商廣泛部署，它聚合來自多個頻段的頻譜，以提供更高的數據速率并提高網絡性能。CA 環境極其復雜，不同的網絡運營商使用超過 300 種不同的頻段組合。

性能經過驗證的射頻模塊和組件。許多無線設備制造商已經擁有大量已在無線移動設備中使用的成熟技術。這些移動設備提供對全球無線網絡的可靠和快速訪問。使用這些經過驗證的組件有助于保證汽車無線系統的高可靠性和性能。

共存和干涉濾光片。共存濾波器有助于減少干擾問題，這可能導致接收器靈敏度問題和監管違規。使用高度集成的射頻模塊時，多個無線電收發器彼此靠近運行。一個射頻鏈的發射功率可能超過到達附近接收器的信號的功率電平，這可能會導致接收器靈敏度問題。因此，許多集成 RFFE 包括嵌入式濾波器，以減少干擾的可能性，特別是在相鄰頻段之間。例如，共存濾波器用于移動設備和汽車 Wi-Fi 系統，以使 Wi-Fi 能夠與蜂窩頻段 41 同時運行。

概括

到 2025 年，道路上的每輛新車都將以某種方式實現無線連接。汽車制造商將依靠無線通信來實現極其廣泛的功能，包括車輛安全和控制。這些功能需要支持許多蜂窩技術——包括 2G、3G、4G 和 5G，以及 Wi-Fi、藍牙和近場通信 （NFC）。隨著汽車射頻環境變得更加復雜和具有挑戰性，使用已被證明在同樣復雜的移動設備世界中可靠通信的技術將變得越來越重要。

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

審核編輯：郭婷