十多年前，車輛中的無線連接始于簡單的藍牙和 Wi-Fi 功能，但在過去幾年中急劇增加。它從簡單的藍牙免提配置文件 (HFP) 開始，也許還有一個 Wi-Fi 熱點。緊隨其后的是支持藍牙的音頻流 (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、電動汽車充電控制和本地網(wǎng)絡(luò)連接，例如在停車場。

對無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蕾囍粫^續(xù)增長。隨著自動駕駛系統(tǒng)在不同階段進入市場，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，車對車 (V2V) 連接的帶寬增長相似。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，從長遠來看，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。愛立信移動報告預(yù)測，移動視頻流量的百分比和流量將繼續(xù)增長，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，預(yù)計這種視頻娛樂將在汽車中消費。

車里越來越擠

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

Wi-Fi 6 是進入汽車領(lǐng)域的最新一代 Wi-Fi 技術(shù)，有望通過加速和簡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)鍵推動者，包括信息娛樂單元、遠程信息處理控制單元和高級駕駛輔助系統(tǒng)。ABI Research估計，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)部和周圍的用例爭奪相同的頻譜和資源，增加了信號擁塞和降低性能的可能性。

面向未來的解決方案

藍牙和原始 802.11b/g Wi-Fi 都在 2.4 GHz 頻段運行，它們在此競爭相同的頻譜資源。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，從而進一步擴展低成本、低功耗的藍牙連接。

除了依賴藍牙和 Wi-Fi，提供改進的用戶體驗、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)速率和低延遲實現(xiàn)更遠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 可以同時運行。在預(yù)計 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——它將能夠自行處理高數(shù)據(jù)速率。

這些無線功能的價格，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)、芯片組演進和高效軟件協(xié)議的進展將為車輛提供遠遠超出早期“車輪上的智能手機”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)汽車事實上的無線接口。與其前身相比，最顯著的改進是提高了頻譜效率，使信道容量增加了四倍。這將允許它為每個接入點服務(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)，而不會保留不必要的開銷。

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

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 OFDMA 傳輸通道劃分為小的子通道（資源單元），可以同時將數(shù)據(jù)包從接入點傳送到多個用戶，從而增加了可以同時通信的用戶數(shù)量。此外，它還減少了爭用和前導(dǎo)開銷，尤其是對于許多網(wǎng)絡(luò)中普遍存在的短數(shù)據(jù)包。

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

Wi-Fi 6 進一步在上行鏈路和下行鏈路中使用高達 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”的多個通道組合以傳輸消息。目標(biāo)喚醒時間 (TWT) 允許客戶端在空閑時通過進入低功耗模式來節(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將數(shù)據(jù)包從接入點傳送到多個用戶。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，各個原始設(shè)備制造商和一級供應(yīng)商如何決定實施它還有待觀察。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 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（遠程信息處理控制單元、車載信息娛樂、高級駕駛員輔助系統(tǒng)） ，電動汽車充電控制），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 和藍牙解決方案本身的實施方式也是如此。一些制造商更喜歡板載芯片實施，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)認證模塊可為汽車制造商提供更多優(yōu)勢，包括縮短開發(fā)時間、簡化 PCB 和設(shè)備設(shè)計，以及更容易遷移到下一代技術(shù)。這些優(yōu)勢確保了上市時間，提高了整體直接和間接成本，并降低了風(fēng)險。

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)鍵推動者的作用將繼續(xù)增長，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 將通過為每個接入點服務(wù)更多的客戶并啟用新的高頻帶用例，同時擴大戶外覆蓋范圍，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產(chǎn)品營銷經(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