十多年前，車輛中的無線連接始于簡(jiǎn)單的藍(lán)牙和 Wi-Fi 功能，但在過去幾年中急劇增加。它從簡(jiǎn)單的藍(lán)牙免提配置文件 (HFP) 開始，也許還有一個(gè) Wi-Fi 熱點(diǎn)。緊隨其后的是支持藍(lán)牙的音頻流 (A2DP)，以及多角色、多用途的 Wi-Fi 和支持 Wi-Fi 的屏幕共享。

最近，更高級(jí)的功能已成為主流，包括無線傳感器數(shù)據(jù)收集、無線固件更新、連續(xù)數(shù)據(jù)上傳、電動(dòng)汽車充電控制和本地網(wǎng)絡(luò)連接，例如在停車場(chǎng)。

對(duì)無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蕾囍粫?huì)繼續(xù)增長(zhǎng)。隨著自動(dòng)駕駛系統(tǒng)在不同階段進(jìn)入市場(chǎng)，我們將看到汽車和不同基于云的系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸需求增加，車對(duì)車 (V2V) 連接的帶寬增長(zhǎng)相似。車聯(lián)網(wǎng)通信 (V2X) 由其自己的專用基于 Wi-Fi 的解決方案 (IEEE 802.11p/bd) 專門處理，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，可能與蜂窩 V2X (C-V2X) 相結(jié)合。

圖 1. 當(dāng)今的車輛中已經(jīng)出現(xiàn)了幾種無線技術(shù)，而且還會(huì)有更多技術(shù)出現(xiàn)。

然后是車載娛樂——太受歡迎了，而且就帶寬要求而言，要求太高，不容忽視。愛立信移動(dòng)報(bào)告預(yù)測(cè)，移動(dòng)視頻流量的百分比和流量將繼續(xù)增長(zhǎng)，從 2019 年第三季度的每月 63% 和 38 艾字節(jié)，到 2025 年占所有移動(dòng)數(shù)據(jù)流量的 75% 和每月 160 艾字節(jié)。隨著車載顯示器變得越來越流行并且信息娛樂系統(tǒng)正在改進(jìn)，預(yù)計(jì)這種視頻娛樂將在汽車中消費(fèi)。

車?yán)镌絹碓綌D

隨著無線連接的汽車應(yīng)用領(lǐng)域和用例數(shù)量的增加，信號(hào)擁塞的風(fēng)險(xiǎn)也在增加，這會(huì)影響性能。減少此類系統(tǒng)退化變得至關(guān)重要，因?yàn)閼?yīng)用程序的巨大組合，每個(gè)都有自己的一組特性和系統(tǒng)要求，對(duì) Wi-Fi 系統(tǒng)如何處理其資源提出了更高的要求。

Wi-Fi 6 是進(jìn)入汽車領(lǐng)域的最新一代 Wi-Fi 技術(shù)，有望通過加速和簡(jiǎn)化汽車連接來解決許多這些新出現(xiàn)的挑戰(zhàn)。未來幾年，Wi-Fi 6（在標(biāo)準(zhǔn)化社區(qū)中也稱為 802.11ax）有望成為許多汽車系統(tǒng)元素的關(guān)鍵推動(dòng)者，包括信息娛樂單元、遠(yuǎn)程信息處理控制單元和高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)。ABI Research估計(jì)，到 2023 年，汽車 Wi-Fi 芯片組出貨量的 50%（3500 萬件）和 2024 年的 70%（5000 萬件）將是 Wi-Fi 6。

圖 2. 越來越多的車輛內(nèi)部和周圍的用例爭(zhēng)奪相同的頻譜和資源，增加了信號(hào)擁塞和降低性能的可能性。

面向未來的解決方案

藍(lán)牙和原始 802.11b/g Wi-Fi 都在 2.4 GHz 頻段運(yùn)行，它們?cè)诖烁?jìng)爭(zhēng)相同的頻譜資源。隨著新興 Wi-Fi 用例的帶寬需求增加，越來越多的這些用例在 5 GHz 頻段、2.4 GHz 和 5 GHz 頻段的組合中得到解決，或者，一旦 Wi-Fi 6E 可用，在新的 6 GHz 頻段。隨著越來越多的數(shù)據(jù)流量遷移到更高的頻率，它將釋放 2.4 GHz 頻段上的資源，從而進(jìn)一步擴(kuò)展低成本、低功耗的藍(lán)牙連接。

除了依賴藍(lán)牙和 Wi-Fi，提供改進(jìn)的用戶體驗(yàn)、安全性和安保的用例應(yīng)該能夠利用 4G 和 5G 蜂窩技術(shù)，以高數(shù)據(jù)速率和低延遲實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)的覆蓋范圍和更廣泛的覆蓋范圍。在數(shù)據(jù)速率非常高且許多汽車位于有限地理區(qū)域內(nèi)的情況下，蜂窩網(wǎng)絡(luò)和 Wi-Fi 可以同時(shí)運(yùn)行。在預(yù)計(jì) Wi-Fi 將成為主要載體的用例中——在車庫、加油站或充電站或停車場(chǎng)——它將能夠自行處理高數(shù)據(jù)速率。

這些無線功能的價(jià)格，以及它們帶來的性能和功能的提高，將是車輛更高的功耗。然而，最新無線標(biāo)準(zhǔn)、芯片組演進(jìn)和高效軟件協(xié)議的進(jìn)展將為車輛提供遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出早期“車輪上的智能手機(jī)”概念的功能鋪平道路。

Wi-Fi 6 修復(fù)

Wi-Fi 6 有望成為全聯(lián)網(wǎng)汽車事實(shí)上的無線接口。與其前身相比，最顯著的改進(jìn)是提高了頻譜效率，使信道容量增加了四倍。這將允許它為每個(gè)接入點(diǎn)服務(wù)更多客戶端或啟用新的高帶寬用例，例如流式傳輸超高分辨率視頻。Wi-Fi 6 的靈活性使其更適合使用較小的數(shù)據(jù)塊為客戶端提供服務(wù)，而不會(huì)保留不必要的開銷。

此外，雖然以前的 Wi-Fi 版本是針對(duì)少數(shù)客戶的需求量身定制的，主要是在室內(nèi)，但 Wi-Fi 6 的重點(diǎn)是在更擁擠的環(huán)境中為眾多客戶提供體驗(yàn)質(zhì)量。汽車用例特別感興趣的是它帶來的更遠(yuǎn)范圍和更好的戶外覆蓋范圍方面的改進(jìn)。

Wi-Fi 6 高效支持低帶寬流量的能力使其非常適合物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的低復(fù)雜性、低功耗基于 Wi-Fi 的解決方案。在此用例中，目標(biāo)應(yīng)用程序?qū)⑹褂孟拗圃?20 MHz 帶寬的低功耗、低成本芯片實(shí)現(xiàn)。

引擎蓋下的外觀

Wi-Fi 6 是如何做到的？一方面，它在上行鏈路和下行鏈路中都使用正交頻分多址 (OFDMA) 數(shù)字調(diào)制方案。通過將每個(gè) OFDMA 傳輸通道劃分為小的子通道（資源單元），可以同時(shí)將數(shù)據(jù)包從接入點(diǎn)傳送到多個(gè)用戶，從而增加了可以同時(shí)通信的用戶數(shù)量。此外，它還減少了爭(zhēng)用和前導(dǎo)開銷，尤其是對(duì)于許多網(wǎng)絡(luò)中普遍存在的短數(shù)據(jù)包。

然后，OFDMA 使用更長(zhǎng)的正交頻域復(fù)用信號(hào)，通過在各個(gè)符號(hào)之間添加更長(zhǎng)的循環(huán)前綴，改進(jìn)了子信道的使用并提高了對(duì)多徑衰落的抵抗力。與新的 PHY 接頭一起，這在戶外環(huán)境中提供了增強(qiáng)的魯棒性。

Wi-Fi 6 進(jìn)一步在上行鏈路和下行鏈路中使用高達(dá) 8×8 多用戶多輸入多輸出 (MU-MIMO) 以提供更高的吞吐量和更多的空間流，以及 1024 正交幅度調(diào)制 (1024-QAM)短距離峰值吞吐量更高。

其他功能包括空間重用，也稱為 BSS 著色，它允許具有相同“顏色代碼”的多個(gè)通道組合以傳輸消息。目標(biāo)喚醒時(shí)間 (TWT) 允許客戶端在空閑時(shí)通過進(jìn)入低功耗模式來節(jié)省電量。

圖 3. 利用 OFDMA 數(shù)字調(diào)制方案，Wi-Fi 6 通過將每個(gè)傳輸通道劃分為小的子通道來增加帶寬容量，這些子通道可以同時(shí)將數(shù)據(jù)包從接入點(diǎn)傳送到多個(gè)用戶。資料來源：英特爾

由于它帶來了更高的容量和靈活性、更高的帶寬和更廣泛的覆蓋范圍，我們預(yù)計(jì)這一新的無線標(biāo)準(zhǔn)將被汽車行業(yè)所接受。確切地說，各個(gè)原始設(shè)備制造商和一級(jí)供應(yīng)商如何決定實(shí)施它還有待觀察。多年來，我們已經(jīng)看到不同的制造商在劃分車輛內(nèi)的多個(gè) Wi-Fi 系統(tǒng)方面的發(fā)展方向略有不同：根據(jù)其功能或應(yīng)用（遠(yuǎn)程信息處理控制單元、車載信息娛樂、高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)） ，電動(dòng)汽車充電控制），成本優(yōu)化的使用組合，或更物理的部署，例如車輛內(nèi)部或外部的通信。這種方法的多樣性是意料之中的，

Wi-Fi 和藍(lán)牙解決方案本身的實(shí)施方式也是如此。一些制造商更喜歡板載芯片實(shí)施，其中 Wi-Fi 芯片由 Tier 1 或 OEM 自己集成在 PCB 解決方案中。在極少數(shù)情況下，這可能會(huì)提供更定制化或更靈活的解決方案，并具有更優(yōu)化的材料清單。然而，在大多數(shù)情況下，來自第三方供應(yīng)商的預(yù)認(rèn)證模塊可為汽車制造商提供更多優(yōu)勢(shì)，包括縮短開發(fā)時(shí)間、簡(jiǎn)化 PCB 和設(shè)備設(shè)計(jì)，以及更容易遷移到下一代技術(shù)。這些優(yōu)勢(shì)確保了上市時(shí)間，提高了整體直接和間接成本，并降低了風(fēng)險(xiǎn)。

Wi-Fi 6：帶寬擁擠的解毒劑

隨著汽車制造商繼續(xù)提供越來越先進(jìn)的安全性、舒適性和便利性功能，Wi-Fi 作為可靠無線連接的關(guān)鍵推動(dòng)者的作用將繼續(xù)增長(zhǎng)，適用于車內(nèi)、車外和車間的使用案例列表。當(dāng)前幾代 Wi-Fi 技術(shù)在未來幾年仍將與汽車相關(guān)，但它們將無法滿足日益增長(zhǎng)的車內(nèi)和車外連接需求。通過增加帶寬容量，Wi-Fi 6 將通過為每個(gè)接入點(diǎn)服務(wù)更多的客戶并啟用新的高頻帶用例，同時(shí)擴(kuò)大戶外覆蓋范圍，為日益擁擠的擁擠提供解毒劑。

Fredrik L?neg?rd是 u-blox 產(chǎn)品中心短程無線電的高級(jí)產(chǎn)品營(yíng)銷經(jīng)理。

Peter Karlsson是 u-blox 產(chǎn)品中心短程無線電的技術(shù)主管。

審核編輯 黃昊宇