智能汽車是當今科技領域的熱門話題。相比于傳統汽車，智能汽車不僅能提供更加舒適、安全、高效的駕乘體驗，還能實現與其他車輛、基礎設施、云端等的互聯互通，從而打造一個智慧出行的生態系統。

汽車行業也因此正在經歷一場前所未有的變革，這場變革被稱為汽車的新四化，分別指的是：電氣化、網聯化、智能化、共享化。其中，網聯化是新四化的基礎和核心。網聯化是指汽車通過各種通信技術與車內設備、車際設備、云端設備進行車聯網，實現數據交換、信息共享和服務協同。 ?

那么，車聯網是如何實現的呢？車聯網與無線通信所使用的射頻前端芯片又是什么關系？本文就嘗試對以上技術做一個梳理。

? 車聯網中的通信技術

車聯網通信技術是指在交通環境中，實現車輛內部、路側單元、行人、云端服務之間的信息交互和協同的技術。根據連接范圍的不同，在此將車聯網通信技術分為三類討論，分別是：車內互聯、車際互聯和車云互聯。這三種互聯的應用范圍和特點分別是：

車云互聯：用于連接車輛與云端

車際互聯：用于連接車輛與周邊車輛、路側單元、行人

車內互聯：用于實現車內多種多樣的靈活互聯

圖：車聯網中的部分通信技術

以下就對這三種互聯技術展開介紹。

車云互聯

車云互聯是指將汽車和云端服務器連接起來，這樣就可以實現對車輛狀態、位置、行駛數據等信息的采集和傳輸，并提供基于云端計算和大數據分析的各種信息服務。

與云端互聯之后，車輛就可以實現很多豐富的功能。比如：

車輛遠程控制：通過手機可以遠程控制車輛啟動、開門、空調、音響等功能，可查看車輛實時狀態、故障診斷等功能

互聯導航：通過云端的地圖數據和路況信息，可以為駕駛者提供最優的導航路線，也可以根據駕駛者的偏好和出行場景，推薦附近的停車場、加油站、餐廳等服務點

內容下載：通過連接云端服務器，可以將音樂、視頻、新聞 、游戲等內容，下載到本地

車輛智能升級：通過蜂窩網絡，可以實現對車輛的軟件和固件的遠程升級，提高車輛的性能和安全性，也可以根據車主的需求，定制個性化的功能和設置

智能交通/智能城市管理：通過將車輛連接至云端，就可以實現城市車輛的統一管理，實現更好的資源配置以及交通智能優化

與云端互聯有諸多好處，也成為車聯網必須實現的功能之一。目前車聯網主要是通過與蜂窩網絡的連接，實現與云端服務器的互聯，實現數據傳輸。

蜂窩網絡是一種利用蜂窩狀的小區覆蓋服務區域，實現移動通信的網絡技術。由于網絡覆蓋的形狀像蜂窩的一個個小格子，所以由此得名。英文稱之為Cellular Network（細胞網絡），也是因為整個巨大的網絡像由一個個小的“細胞”構成。

我們熟悉的5G手機就是典型的蜂窩技術代表，而經常提到的2G/3G/4G/5G的通信制式演進，指的也是全球的蜂窩通信技術。蜂窩網絡的主要特點是：

蜂窩結構：通過將服務區域劃分為多個相鄰的正六邊形小區，可以簡化網絡規劃和管理，降低干擾和成本

移動性管理：通過在小區之間進行切換，可以保持移動用戶與網絡之間的通信連接，實現無縫漫游

頻率復用：通過將同一組頻率在不同的小區中重復使用，可以提高頻譜利用率和系統容量

蜂窩通信所用到的基站一般只覆蓋幾百米或數公里，通過全球數千萬個這樣的基站，就可以實現整個地球上主要地區的全球通信。基站不動，手機只要連接到任何一個基站，都相當于連接到了整個世界。蜂窩通信是全球人類共同的大工程。

圖：蜂窩移動通信示意圖

正是因為以上特點，自從1983年誕生以來，蜂窩通信快速迭代發展，經過40多年的發展，目前已經演進至第五代，也就是5G蜂窩通信網絡。這張網絡連接了全球人口，根據全球電信聯盟的統計和預測，2022年全球智能手機在網數已達到64億，而到2030年，這一數字將達到90億[1]。

在4G之前，蜂窩網絡主要給“人”用，其重要的通信載體是手機。但這一現象在5G到來之后迎來改變，5G的網絡定義將“物”的使用也考慮進來，力爭實現萬物互聯的網絡。

圖：蜂窩網絡的三次重要變革，力爭實現萬物互聯

對于車云互聯，最簡單的方法就是讓汽車可以接入蜂窩網絡。根據ABI的統計，2020年全球出售的新車中，41%的汽車具備聯網功能[2]。這些車輛的聯網功能基本均是由蜂窩網絡接入車云互聯來實現的。

車際互聯

盡管蜂窩網絡覆蓋范圍廣、產業鏈成熟，是汽車實現最初聯網功能的首選通信技術。但蜂窩網絡用作車際互聯使用的時候也有一些弊端。比如：

連接蜂窩網絡必須要基于基站建設，這就限制在車輛只能在有基站的地方使用

所有汽車都連接蜂窩網絡（接入網-核心網）進行通信，導致更大的時延

車輛直接互聯的創新場景，如車隊編隊、路側感知等功能無法有效實現

于是，業界就開始開發專門給汽車使用通信技術，這其中的代表技術就是3GPP組織所推動的C-V2X技術。C-V2X是一種為車輛設計的專門網絡，C-V2X的特點是：

C-V2X可以讓車輛與其他車輛、路側基礎設施和行人直接通信，從而提高道路安全和交通效率

C-V2X不依賴于網絡覆蓋，可以在沒有基站的情況下實現低時延、高可靠的直接通信

C-V2X可以利用5G技術提供更高的速度、更低的時延和更大的容量，從而支持更多的創新場景，如自動駕駛、車隊編隊、擴展傳感器、遠程駕駛等

C-V2X可以與現有的蜂窩網絡和生態系統兼容，降低部署成本和復雜度

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圖：C-V2X技術實現的車際互聯

和傳統蜂窩技術相比，C-V2X實現自組網的原因是引入了短距離接口，一般稱之為PC5接口，或者Side-link接口。稱之為Side-link的原因是因為這個連接只負責和旁邊（Side）物體連接（Link），又稱為PC5的原因是因為短距離互聯所需要的功率等級比較低，天線口為20dBm，是3GPP所定義的第5功率等級（Power Class 5）。

Uu接口與車云互聯中提到的蜂窩網絡互聯無異，因為連接的是用戶終端（User Equipment），這個連接在LTE時代的一些標準定義被稱為Uu，這個接口名稱也在C-V2X中被沿用下來。這個接口的技術規格與3GPP所定義的手機規格一致，并沒有新的特性。

圖：C-V2X技術中的兩種通信接口

PC5是為汽車等需要進行自組網互聯的物體所定義的通信規格，這是3GPP首次開始定義自組網網絡，通信規格對于3GPP來說是全新且充滿挑戰的。國內一些廠商在規格制定上也貢獻出自己的力量。在3GPP PC5低功率終端協議的定義中，國內領先的射頻前端廠商慧智微在5G NR Rel-18協議中參與Side-link/PC5相關的討論，進行提案并立項，推動PC5標準在3GPP的完善（詳見《5G協議再演進：慧智微3GPP提案正式立項》）。

如C-V2X名稱所示，C-V2X期待實現基于蜂窩網絡的汽車與任何物體的互聯（Cellular- Vehicle-to-everything），這里大家可能會有疑問，如果車與人要互連，來感受車旁邊的人的話，那是不是每個人都需要帶一個支持C-V2X的手機？如果沒有這部手機，是不是車輛就感受不到了呢？

其實在實現上，并不需要道路周邊所有設備都加裝C-V2X功能。汽車與道路周邊萬物的互聯可以通過路側的C-V2X路側單元（RSU，Road Side Unit）實現。而路側單元中可以加裝人體識別、熱感應、光學雷達等設備，用于感知道路周邊的環境情況，再通過C-V2X中的PC5接口告訴車輛，這樣就可以實現車輛對周邊環境的感知[4]。RSU與RSU之間，RSU與蜂窩基站之間，可以通過光纖或蜂窩網絡連接。

? 圖：C-V2X實現的對道路周邊信息感知

以上汽車與路側單元共同實現車輛對環境感知的方式叫“車路協同”。車路協同是C-V2X一大優勢，通過車路協同，汽車不再是一個單獨的個體，通過與路側的協同、感知、控制，可以完成更智能、更安全、更可控的網聯汽車。

如《車聯網，需要什么樣的射頻芯片？》所述，目前C-V2X的設計規劃及商業應用已經清晰，主要分為以下四個主要階段：

階段一：2020年之前，市場起步

階段二：2022至2022年，輔助駕駛

階段三：2022至2025年，無人駕駛階段1（特定場景）

階段四：2025年以后，無人駕駛階段2（完全無人駕駛）

現階段，中美兩大市場都明確了發展方向為C-V2X，專門用于短距離通信PC5接口的具體頻譜資源暫定為[7][8]：

美國：5.850-5.925GHz

中國：5.905-5.925GHz

日本：5.850-5.925GHz

目前C-V2X產業正在快速發展中，根據佐思汽研發布的報告，2022年已有20余款乘用車搭載C-V2X，包括蔚來ET7、別克GL8 Avenir、廣汽Aion V、北汽ARCFOX等車型。2022年1-6月，搭載C-V2X技術量產的乘用車約4.6萬輛，這一數字在2026年將超過200萬輛。未來五年實現數十倍的增長。

車內互聯

車內互聯技術主要實現汽車與車內物體的互聯，比如：手機、車鑰匙、臨時接入的國內平板電腦、筆記本電腦等。所使用到的通信技術一般為近距離的無線通信技術。

目前車內所使用到的近距離無線通信技術主要有：

Wi-Fi (Wireless Fidelity，無線保真) 技術：Wi-Fi技術是一種基于IEEE 802.11系列協議標準實現的無線通信技術，該通信協議于1996年由澳洲的研究機構CSIRO提出，Wi-Fi 憑借其獨特的技術優勢，是目前最為主流的無線局域網接入技術標準（蜂窩通信為廣域網通信標準）。Wi-Fi技術主要使用2.4GHz或5GHz的無線電頻段，支持多種網絡標準和安全協議，具有傳輸速度快、覆蓋范圍廣、兼容性強等特點，所以被廣泛應用于家庭、辦公、公共場所等各種場景；

藍牙 (Bluetooth) ：藍牙技術也是一種短距離無線通信技術，它可以在2.4GHz的ISM頻段上實現設備之間的數據和語音傳輸。藍牙技術由愛立信公司于1998年創立。相比于Wi-Fi技術，藍牙技術的特點是低功耗、低成本、低復雜度、高安全性和高可靠性，同時藍牙的數據傳輸速度也低于Wi-Fi。藍牙技術的應用領域非常廣泛，包括汽車、工業、醫療、消費電子、智能家居等；

NFC (Near Field Communication，近場通信) ：NFC技術是一種近距離無線通信技術，它可以實現電子設備之間的非接觸式點對點數據傳輸。NFC技術由RFID（非接觸式射頻識別）演變而來，NFC采用電磁耦合感應技術，電磁場頻率是13.56MHz。NFC技術有很多應用場景，例如移動支付、公交卡、門禁卡等。NFC技術的優點是方便快捷、安全可靠、低功耗、低成本等，其缺點是傳輸距離短、傳輸速率低、受干擾影響大等；

UWB（Ultra-Wide Band，超寬帶）：UWB技術的基本原理是通過發送和接收極短的脈沖信號來進行無線通信。由于采用正弦載波，而是利用納秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數據，因此其所占的頻譜范圍很大，其頻譜范圍一般是在3.1GHz~10.6GHz頻率范圍內的500MHz信號。UWB技術目前的應用主要是在高精度定位中。由于UWB的高定位精度特性，未來可能應用于對安全有高需求的定向通信場景中。

在車內設備通信中，一般采用多種通信技術結合的方式。下圖為部分車內設備使用到的通信技術。

圖：部分車內設備使用到的通信技術

在車內互聯上，一般采用多種通信技術靈活互聯的方式進行，可以根據場景的傳輸速率、成本、距離等，綜合選取最為合適的傳輸技術。另外，也可以使用多種技術相結合。

? 車載通信的技術實現

汽車通信功能是依靠T-Box或智能網聯模組來實現的。

T-Box全稱是Telematics Box（遠程通信盒子），T-Box與智能網聯模組中負責通信的主要功能模塊是“通信模塊”，而通信模塊中實現無線互聯的是射頻前端芯片。

以下就針對T-Box/智能網聯模組、通信模塊、射頻前端進行介紹。

T-Box/智能網聯模組的功能

T-Box中的“T”是Telematics的縮寫，Telematics是Tele-communications（電信）與Informatics（信息科學）的合成詞，是包含通信網絡及信息處理的功能模塊，T-box一方面接入汽車總線，掌握車輛信息、整車控制信息，一方面又負責接入通信網絡，實現網絡通信功能。T-Box的重要性在于T-Box汽車與外部設備之間的通信界面和功能實現，汽車的車云、車際、車內通信功能需要由T-Box實現。

T-Box一般放置于中控臺下方，由MCU、4G/5G通信模塊、Wi-Fi通信模塊等多個電路模塊構成。

圖：T-Box及通信模塊

智能網聯模組一般設計成SoC+通信模塊集成的模組形式，直接與智能座艙系統集成，其功能與T-Box功能類似。

通信模塊的功能

通信模塊是T-Box/智能網聯模組中負責無線通信的單元。

隨著協議的復雜，通信制式的增加，用于通信的射頻系統也變的非常復雜。如《除了調匹配，射頻人還要掌握系統知識》中提到，目前移動終端支持的頻段數目達30個，并且每個頻段都需要進行射頻調試和適配，這就使得射頻工作量極大。并且由于射頻知識也較為晦澀難懂，射頻專業人員招聘和培養相對困難，除非是年銷量極大的頭部手機公司，其他中小規模有無線互聯需求的公司，很難建立起完整的射頻開發和調試團隊。

雖然射頻技術復雜，工作量巨大，但其完成的功能卻極其簡單：射頻就是把終端想要發射的信息，通過一定的形式，發射出去；再把需要接收的信息，想辦法接收并把信息提取出來即可。

正是因為這種特點，物聯網行業出現出一批專門提供專業通信解決方案的公司。這些專業的通信、互聯解決方案公司將通信功能進行設計和包裝，以實現完成通信射頻復雜功能的同時，接口保持簡化。使用戶不再去關注射頻電路的實現，而是把精力放到上層的方案設計中來。

圖：物聯網模塊公司：將物聯網無線通信功能實現方式專業化的公司

目前物聯網模塊行業已經發展較為成熟，根據Counterpoint的統計，2022年全球物聯網模塊出貨將超6億片。其中根據2022年 Q1的統計，移遠、廣和通、日海等廠商是此市場主要供應商[10]。

在目前車載T-Box系統中，大部分方案也使用通信模塊來實現通信功能。下圖為廣和通旗下全球車載通信模塊領先廠商之一的Rolling Wireless的車載通信模塊產品。該產品集成了蜂窩通信、C-V2X、GNSS等功能[11]。

圖：Rolling Wireless提供的車載通信模塊產品方案

射頻前端的功能

通信模塊中的射頻連接功能是靠射頻前端芯片來實現。

射頻前端是無線通信模塊的核心組件，它負責信號的發射和接收，由于位于整個系統的最前端，所以稱為“射頻前端”。

圖：射頻前端的構成部分，及主要模塊

射頻前端包括功率放大器、低噪聲放大器、濾波器、開關，它們共同構成了信號的放大、切換、濾波等功能。射頻前端的性能直接影響到無線通信的速率、覆蓋范圍、功耗等指標。這些模塊的主要功能是：

功率放大器（PA，Power Amplifier）：是指在給定失真率條件下，能產生最大功率輸出的放大器。功率放大器的輸出功率能力，決定了系統能輸出的最大信號強度；

低噪聲放大器（LNA，Low Noise Amplifier）：是指噪聲系數很低的放大器，用于放大可能非常弱的信號。低噪聲放大器的能力，決定了系統接接收到的最小信號強度；

濾波器（Filter）：是指能夠根據信號頻率的不同，選擇性地通過或衰減信號的電路。主要用做濾除對其他頻段的干擾，或者從眾多干擾信號中抽取有用信號；

開關（Switch）：是指能夠控制通路通斷的器件。主要功能是鋪路架橋，為射頻信號提供必要的通路。

? 車聯網的芯片需求?

隨著汽車的智能化、網聯化，根據英飛凌的統計，智能電動車中使用的芯片價值量在單車834美元。前述提到的各種復雜通信功能，最終都需要芯片承載實現。汽車成為芯片使用的巨大市場。

汽車對芯片的需求也和消費類有大的不同。為了保證汽車的安全、可靠和高效運行，同時也要適應惡劣的環境條件和多樣的應用場景，針對車載應用的芯片，專門進行了車規級芯片需求。

車規級芯片和商用芯片在規格上有很大的不同，主要體現在以下幾個方面：

工作溫度范圍：車規級芯片需要能夠在極端的高溫和低溫下正常工作，一般要求在-40℃到85℃之間，甚至到125℃之間工作。而商用芯片一般只能在0℃到70℃之間工作；

工作穩定性：車規級芯片需要能夠抵抗汽車運行過程中產生的各種干擾，如電磁干擾、電壓波動、振動沖擊等，而商用芯片一般只能在相對穩定的環境下工作；

不良率：車規級芯片需要有很低的不良率，目標達到0 DPPM（Defect Part Per Million，每百萬失效數），而商用芯片一般要求為100 DPPM左右；

功能安全：車規級芯片需要遵循ISO 26262等功能安全標準，保證在出現故障時能夠及時檢測、隔離和恢復，避免造成嚴重后果，而商用芯片一般沒有這樣的要求；

認證流程：車規級芯片需要通過ITAF16949等質量管理體系認證，以及AEC-Q系列產品質量認證，證明其符合汽車行業的要求，而商用芯片一般只需要通過普通的質量檢測。

正是因為以上原因，車規芯片的價格也會高于商規芯片。成本提升的主要原因來自于應用于車載時，所做的必要的質量控制與標準認證。

??車聯網芯片的未來??

車聯網后，智能汽車可以利用先進的信息通信技術，實現車與車、車與路、車與人、車與云等多方面的網絡連接，提高交通安全、效率和智能化水平。車聯網將是未來智能汽車發展的大勢所趨。

在車聯網發展中，車聯網芯片也會隨之演進、優化，在未來車聯網芯片的發展中，我們看到有以下趨勢：

車聯網芯片的市場需求將持續增長，隨著5G、C-V2X等技術的推廣和應用，車聯網芯片需要支持多模雙通、高速率、低時延、高可靠性等特性，同時還需要滿足車規級的可靠性和安全性要求；

芯片廠與整車廠將有更多協同，隨著車聯網技術的發展，以及對車聯網技術的提升，目前“整車-T-Box-物聯網模塊-射頻前端芯片”的車聯網產業鏈條太過冗長，未來可能出現整車廠與射頻前端芯片廠商直接協同，推進車載射頻連接技術快速發展的情況；

標準化將逐步完善，車聯網芯片需要遵循統一的標準和規范，以保證兼容性和互操作性，同時也需要支持標準的前向演進能力，以適應未來的技術變化和業務需求。目前車聯網芯片的標準在伴隨行業發展逐步演進中，車聯網芯片的標準也將逐步完善。

? ? 總? 結? ??

百年以來，通信技術、電子技術的發展，將人類帶入了一下豐富多彩的智能世界。在這個世界里，電話、電腦、家用電器，這一切的物體，都在走向“移動”且“互聯”。

汽車也不例外，自發明之日起，汽車就是一個已經實現“移動”的大家伙，但如何讓汽車也實現“互聯”卻是通信從業者過去幾十年不斷努力的方向。

5G的到來，使移動通信的關注點不再局限于手機；汽車的電氣化也是智能化、網聯化有了基礎。“車聯網”終于得以完整實現。

因為應用環境、功能需求、可靠性需求的不同，車聯網對用于通信的射頻芯片也提出了更多不一樣的要求，射頻芯片廠商也在不斷地學習與提升，為車載應用提供更可靠、更便捷、更優性能的通信芯片。

編輯：黃飛