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摘要：Wi-Fi 和 5G 被認為是自動駕駛汽車的推動力，其挑戰在于這些技術如何協同工作并共存——頻譜干擾可能會對車輛的運行和乘客安全產生不利影響。本文討論了支持車輛互聯的技術，以及高選擇性濾波器解決方案如何解決 Wi-Fi 與 V2X 間的共存，以實現車輛通信。

00引言

1）車輛互聯基礎知識

為了讓真正的自動駕駛汽車能夠在沒有人工干預的情況下導航，所有類型的數據都必須與其它車輛及周圍的基礎設施連續且實時地共享。

這將通過車聯萬物（V2X）通信系統來實現。V2X 包括車對車（V2V）、車對基礎設施（V2I）、車對網絡（V2N）和車對行人（V2P）等多個層面的通信。

V2X 基于 5.9 GHz 專用短距通信，專為快速移動的物體而設計。即使在非視線條件下，也可以建立可靠的無線電鏈路。這種可信鏈路使駕駛員能夠意識到前方的危險，從而減少潛在的汽車碰撞、死亡和傷害。

此外，V2X 能夠預警即將發生的交通擁堵并建議替代路線，以此提升全球運輸效率并減少 CO2 排放，并帶來減少車輛維護的額外收益。

實現自主汽車的全部潛力相對復雜，因為 V2X 既可以是采用蜂窩技術創建直接通信鏈路的 C-V2X（蜂窩車聯網），也可以是基于 IEEE 802.11p 標準的 DSRC（專用短程通信），后者還曾一度是唯一可用的 V2X 技術。

不同的汽車制造商和國家/地區都在支持一種或另一種標準，但是都利用相同的頻譜來解決相同的問題，并且各標準間可以共存。

2）了解鏈接技術

為了更好地理解實現信號共存的挑戰，我們必須研究與車輛連接性有關的技術及其功能（圖1）。因為每種技術都有自身的特點，它們必須在不降低其它技術性能的情況下進行互動。

圖1. 車輛互聯技術

這些技術包括：

用于汽車安全的 V2X（DSRC、C-V2X）： V2X 將同車輛、路邊基礎設施以及整個環境進行通信，以提高安全性并為自動駕駛開辟道路。

面向車輛OEM服務的4G/5G云連接：用于4G/5G連接的應用程序可以包括遠程診斷和監控汽車運行情況、進行空中下載軟件更新、執行遠程操作，以及操作共享自動駕駛車隊。

用于行車體驗的4G/5G云連接：駕駛員和乘客都能夠使用這種連接來享受全新行車體驗，涵蓋從基于增強現實的導航，到后座娛樂與音樂流媒體服務。

打造卓越車內體驗和汽車經銷商服務的Wi-Fi：駕駛員和乘客可以享受許多基于Wi-Fi的增強型車內體驗。例如，整個車輛的有效Wi-Fi連接可以支持將超高清（ultra-HD）視頻流傳輸至多個顯示器，并獲得兼容設備及無線倒車攝像頭的屏幕鏡像。Wi-Fi還可以支持汽車經銷商服務，從而實現自動檢入、診斷數據傳輸和軟件更新。

藍牙：駕駛員和乘客可通過藍牙傳輸高保真音樂，并從一些實用服務中受益，例如將智能手機用作遙控鑰匙。

SDARS（衛星數字音頻無線電服務）：借助與基于衛星的無線服務的連接，無論身在何處，車輛乘員都可以收聽到自己鐘愛的無線廣播節目。

015G 和 LTE 的共存挑戰

基于對各種技術功能/優勢的理解，我們可以更好地應對共存挑戰——特別是與 5G 和 LTE 的兼容性。

5G，即第五代蜂窩技術，可以提高數據速率，減少等待時間并增強無線服務的靈活性。5G 頻譜分為 Sub-6 GHz 和毫米波。

Wi-Fi 工作在 2.4 GHz、5.2 GHz 和 5.6 GHz 頻譜，并且 2.4 GHz Wi-Fi 必須與 LTE B40 和 B41 頻段共存。憑借更大的帶寬，能夠在 5 GHz 頻段中將更多信道捆綁在一起，因而 5 GHz Wi-Fi 可以獲得比 2.4 GHz 更高的數據速率。這意味著無線電設計師必須使用正確的濾波器產品——在相鄰頻段具備足夠的衰減以提供良好的接收器靈敏度——以充分利用更寬頻段所帶來的全部優勢。

當自動駕駛汽車中的乘客使用 5.6 GHz 熱點時會出現新的挑戰，即 5.6 GHz Wi-Fi 與 V2X 的共存問題（圖2）。擁有可靠 V2X 無線電鏈路的唯一方法是確保接收器的靈敏度降幅相對較低。這只有通過適當的濾波器方案才能實現，此類解決方案可為 5.6 GHz Wi-Fi 提供足夠的帶外衰減（圖3及圖4）。

圖2 V2X 與 5 GHz Wi-Fi 共存

02高性能濾波——為何 LTCC 還不夠

越來越多的功能增加了汽車中不同無線電設備的數量，如今的 1 輛車上有多達 5 種無線電設備（即 V2X、4G/5G、Wi-Fi、藍牙、SDARS）。這意味著多個無線電收發器在彼此十分接近的不同頻段中工作。如果 1 個 RF 鏈的發射功率超過到達附近接收器信號的功率水平，則可能導致接收器靈敏度問題。

共存濾波器有助于減少這些“攻擊信號”帶來的干擾，其不僅會引發接收器靈敏度問題，還會導致不合規。但是，并非所有聲稱具有共存功能的過濾器都適合該工作。例如，圖3 中的曲線比較了 B47 體聲波（BAW）濾波器和低溫共燒陶瓷（LTCC）寬帶濾波器的性能及系統影響。

圖3 QPQ2200Q 與 LTCC 的比較：寬帶性能

LTCC 僅過濾寬帶頻率。B47 BAW 濾波器提供了與 LTCC 濾波器相似的插損，但還帶來了對 5 GHz UNII 1-3 頻段的高抑制性能。B47 BAW 濾波器可以代替 Tx/Rx 路徑上的 LTCC 濾波器，也可以僅放置在 Rx 端。圖4 顯示了 LTCC 濾波器如何對 UNI-3 頻段不產生抑制，以及在 UNII-2 和 UNI-1 頻段產生不良抑制。

圖4 QPQ2200Q 與 LTCC 的比較：B47 BAW 濾波器對 5GHz UNII 1-3 頻段的抑制

接下來，讓我們從系統和實現的角度來比較 LTCC 和 B47 V2X 共存過濾器。圖5 比較了創建 1000 m V2X 鏈路所需的 V2X-Wi-Fi 天線隔離。左圖顯示了一個 V2X 系統（TCU + 有源天線），在發送路徑上只有 1 個 LTCC 濾波器，需要大于 80 dB 的天線隔離，這在實際應用中可能很難實現。右圖顯示了 1 個 V2X 系統，TCU 中的 B47 V2X 共存濾波器和有源天線僅需 15 dB 的天線隔離度便可獲得 1000 m 的 V2X 鏈路。如果設計/系統工程師能夠達到 20 dB 以上的天線隔離，他們可能只需要在有源天線中安裝 1 個 V2X 共存濾波器。除了車內 Wi-Fi，在選擇濾波解決方案時還需要考慮另一個用例，即汽車是否具有內置 Wi-Fi 功能。也就是說，此時天線的隔離度由用手機建立 Wi-Fi 熱點的乘客決定。

圖5 V2X——實現可靠 V2X 鏈路所需的 Wi-Fi 天線隔離：QPQ2200Q B47 vs. LTCC

Qorvo 的濾波器產品采用 BAW 專利技術；該技術經過優化以可滿足復雜的選擇性要求，標準封裝覆蓋從（1.5~6） GHz 的范圍。例如，Qorvo QPQ2200Q 濾波器為世界首款解決自動駕駛車輛 V2X 與 5.6 GHz Wi-Fi 間共存的濾波器。另一個示例是 Qorvo QPQ2254Q 2.4 GHz Wi-Fi 濾波器，設計用于實現與 LTE B40 和 B41 的共存。此類濾波器占板面積小于陶瓷濾波器，從而增加了設計靈活性。

然而，即使 BAW 帶通濾波器也不是解決 V2X 環境中共存問題的完整解決方案，我們還必須考慮陷波濾波器的重要作用。盡管上文所討論的帶通濾波器提供了足夠的帶外抑制性能，但 Qorvo QPQ230Q 陷波濾波器在 5 GHz Wi-Fi 路徑上的 V2X 頻段中對 Rx 頻段噪聲進行“陷波”處理，以防止 Rx 頻段噪聲耦合回 V2X 系統，并引起靈敏度下降，如系統計算器所示（圖6）。圖7 表明，如果在 5 GHz Wi-Fi 路徑上不使用陷波濾波器，則 V2X 接收器將有高達 18 dB 的靈敏度降幅；相比之下，基于 BAW 技術優勢精心設計的陷波濾波器可達成幾乎為零的靈敏度降幅。

圖6 在 5 GHz 路徑上具有 V2X 陷波（QPQ2230Q）的 Wi-Fi 前端

圖7 在有無 QPQ2230Q 陷波濾波器的不同情況下，Rx 頻段的噪聲和靈敏度降幅

V2X 需要與電子自動收費系統（ETC）共存，這是另一個需要特別注意的關鍵挑戰。其問題在于，ETC 頻譜（歐洲為 5795~5815 MHz，中國為 5790~5800 MHz UL 和 5830~5840 MHz DL）太接近 V2X 頻譜（北美及歐洲為 5855~5925 MHz，中國為 5905~5925 MHz）。

解決此問題的 1 種方法是在 V2X 路徑上使用經過適當設計的濾波器對 ETC 頻譜進行陷波處理。

現在，讓我們看看中國的頻譜狀況（圖8）。如左圖所示，除非在 ETC 無線電中解決這一問題，否則 ETC 無法與 V2X 共存。如果在 V2X 無線電中使用設計良好的濾波器，則符合 -65 dBm/MHz 的 ETC 規范裕度，如右圖所示。