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本文作者 Ali Bawangaonwala,Qorvo 高級營銷經理

Wi-Fi 和 5G 是促進無人駕駛汽車發展的推動因素。頻譜干擾會對車輛駕駛和乘客安全造成不利影響，因此這些技術的協同工作和共存方式仍是個挑戰。本文討論支持車輛連接的技術，以及高選擇性濾波器解決方案如何應對 V2X 與 Wi-Fi 共存挑戰，以實現車輛通信。

車輛連接的基礎

為了讓真正的無人駕駛汽車在無人干預的情況下導航，必須與其他車輛和周圍基礎設施持續實時共享所有類型的數據。

這將通過車對萬物 (V2X) 通信系統實現。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) 通信。

V2X 以 5.9GHz 專用短距離通信技術為基礎，適用于快速移動物體。即使在非視線條件下，它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出現危險狀況，從而減少潛在的汽車碰撞和傷亡事故。

此外，通過發出即將出現交通擁堵的警告并提供可選路線建議，V2X 可提高全球運輸效率，并減少二氧化碳排放量，同時還可以降低車輛維護需求。

由于 V2X 可以是 C-V2X（基于蜂窩技術的車對萬物），即采用蜂窩技術創建直接通信鏈路，也可以是 DSRC（專用短距通信），即以 IEEE 802.11p 標準為基礎，并且曾經是唯一可用的 V2X 技術，所以實現無人駕駛汽車的全部潛力比較復雜。

然而，不同汽車制造商和國家/地區支持一種或另一種標準，然而，可以使用相同頻譜來解決同一問題，且可以共存。

了解連接技術

為了更好地了解共存挑戰，我們必須了解車輛連接中涉及的技術及其功能（圖 1）。因為每種技術有其自己的特性，所以它們能夠交互且不會降低其他技術的性能。

圖 1：車輛連接技術

這些技術包括：

用于汽車安全的 V2X（DSRC 和 C-V2X）：V2X 將與車輛、路邊基礎設施和整體環境進行通信，以提高安全性，并創建一條自動駕駛路徑。
適用于車輛 OEM 服務的 4G/5G 云連接：4G/5G 連接應用可包括遠程診斷和監控汽車運行、進行空中軟件更新、執行遠程操作以及操控共享的自動駕駛車隊。
可帶來 4G/5G 云連接的車內體驗：駕駛員和乘客可以使用這種連接來享受全新的車內體驗，包括基于增強現實的導航、后座娛樂系統以及音樂流媒體服務等。
可提供優質車內體驗和汽車經銷商服務的 Wi-Fi：駕駛員和乘客可享受許多基于 Wi-Fi 的增強車內體驗。例如：整輛車的高效 Wi-Fi 連接可支持將超高清 (UHD) 視頻流傳輸至多個顯示屏，并支持兼容設備和無線備用攝像頭的屏幕鏡像。Wi-Fi 還可以支持汽車經銷商服務，實現自動登記、診斷數據傳輸和軟件更新。
Bluetooth：駕駛員和乘客可通過藍牙播放高保真音樂，還可以享受一些實用服務，如將智能手機用作遙控鑰匙。
SDARS（衛星數字音頻廣播服務）：通過與基于衛星的無線電服務相連接，無論車輛使用者在哪里，都可以連接到喜愛的無線電廣播。

5G 和 LTE 的共存挑戰

通過了解各種技術的功能/優勢，我們可以更好地了解共存挑戰，尤其是與 5G 和 LTE 的兼容性。

5G（第五代蜂窩技術）可提高數據速率，減少延遲并提高無線服務的靈活性。5G 頻譜分為 6 GHz 以下頻譜和毫米波。

Wi-Fi 在 2.4GHz、5.2GHz 和 5.6GHz 頻譜下運行，且 2.4GHz Wi-Fi 必須與 LTE B40 和 B41 頻段共存。5GHz Wi-Fi 的數據速率高于 2.4GHz，這是因為 5GHz 頻段的帶寬更大，可以將更多信道捆綁在一起。這意味著射頻工程師必須使用正確的濾波器產品（即在相鄰頻段中具有足夠衰減性能，實現好的接收靈敏度），從而充分利用更寬的頻段。

圖 2：V2X 與 5GHz Wi-Fi 共存

當自動駕駛汽車中的乘客使用 5.6GHz 熱點時，5.6GHz Wi-Fi 與 V2X（圖 2）的共存就成為另一個挑戰。實現可靠 V2X 無線電鏈路的唯一方式就是確保相對低的接收器靈敏度劣化。只有使用在 5.6GHz Wi-Fi 提供足夠帶外衰減的適當濾波器解決方案，才有可能實現這一目標（圖 3 和圖 4）。

高性能濾波解決方案——為什么 LTCC 不足夠

越來越多的功能陣列增加了汽車中不同無線電的數量，如今，一輛汽車擁有多達 5 個無線電（即 V2X、4G/5G、Wi-Fi、藍牙、SDARS）。這意味著多個無線電收發器彼此靠近，在不同頻段中運行。如果一個 RF 鏈的發射功率超過附近接收器接收的信號功率水平，則會產生接收器靈敏度問題。

共存濾波器有助于減少這些 “干擾信號” 產生的干擾，從而避免接收器靈敏度問題和不符合法規的問題。然而，并非所有聲稱具有共存功能的濾波器都適合該應用。例如：圖 3比較了 B47 體聲波 (BAW) 濾波器和低溫共燒陶瓷 (LTCC) 寬帶濾波器的性能和系統影響。

圖 3：QPQ2200Q 與 LTCC 進行比較：寬頻性能。

?……如今，一輛汽車擁有多達 5 個無線電……

LTCC 只能過濾寬帶頻率。B47 BAW 濾波器具有與 LTCC 濾波器類似的插入損耗，但具有較高的 5GHz UNII 1-3 頻段抑制性能。B47 BAW 濾波器可在 Tx/Rx 路徑中取代 LTCC 濾波器，或只放置在 Rx 側。圖 4 說明了LTCC 濾波器如何不抑制 UNI-3 頻段，以及如何對 UNII-2 和 UNI-1 頻段提供較差的抑制度。

圖 4：QPQ2200Q 與 LTCC 進行比較：B47 BAW 濾波器可抑制 5GHz UNII 1-3 頻段。

接下來，我們從系統和實現角度來比較 LTCC 與 B47 V2X 共存濾波器。圖 5 比較了實現 1,000 米 V2X 鏈路所需的 V2X 和 Wi-Fi 天線隔離。左圖顯示的 V2X 系統（TCU + 有源天線）在 Tx 路徑上只有一個 LTCC 濾波器，此時要求大于 80dB 的天線隔離，這在實踐中可能比較難以實現。右圖顯示的 V2X 系統在 TCU 中有一個 B47 V2X 共存濾波器，實現 1,000 米 V2X 鏈路，只需要 15dB 天線隔離的有源天線。如果設計/系統工程師能夠實現超過 20dB 的天線隔離，那么他們可能只需要在有源天線中安裝一個 V2X 共存濾波器。除了車內 Wi-Fi，在決定濾波器解決方案時還需要考慮另一個使用案例，即車輛是否具有新引入的 Wi-Fi 功能。也就是說，天線隔離由乘客使用的手機 Wi-Fi 熱點決定。

圖 5：實現可靠 V2X 鏈路所需的 V2X 和 Wi-Fi 天線隔離：QPQ2200Q B47 與 LTCC 進行比較。

Qorvo 的濾波器產品采用已獲專利的 BAW 技術，經過優化可滿足復雜的選擇性要求，標準頻率范圍為 1.5GHz 至 6GHz。例如：Qorvo QPQ2200Q 濾波器是全球首款解決自動駕駛汽車中 V2X 和 5.6GHz Wi-Fi 共存問題的濾波器。另一個示例是 Qorvo QPQ2254Q 2.4GHz Wi-Fi 濾波器，其設計支持 Wi-Fi 2.4G 與 LTE B40 和 B41 同時共存。這些濾波器的尺寸比陶瓷濾波器更小，從而提高了設計靈活性。

然而，即使是 BAW 帶通濾波器也不能完全解決 V2X 環境中的共存問題。我們還必須考慮陷波濾波器所發揮的重要作用。上文討論的帶通濾波器可提供足夠的帶外抑制，而 Qorvo 的 QPQ2230Q 陷波濾波器可 “消除” 5GHz Wi-Fi 路徑在 V2X 的 Rx 頻段產生的噪聲，從而防止 Rx 頻段噪聲耦合到 V2X 系統中，導致靈敏度劣化問題，如系統計算器（圖 6）中所示。圖 7 顯示，如果 5GHz Wi-Fi 路徑上未使用陷波濾波器，V2X 接收器中會出現高達 18dB 的靈敏度劣化，而采用 BAW 技術優勢且精心設計的陷波濾波器，其靈敏度劣化幾乎為零。

圖 6：5GHz 路徑上帶有 V2X 陷波濾波器 (QPQ2230Q) 的 Wi-Fi 前端。

圖 7：使用和不使用 QPQ2230Q 陷波濾波器時的 Rx 頻段噪聲和靈敏度劣化。

另一個需要高度重視的關鍵挑戰就是，V2X 需要與電子收費 (ETC) 共存。此時的問題在于，ETC 頻譜（歐洲為 5795-5815MHz，中國為 5790-5800MHz UL，5830-5840MHz DL）過于接近 V2X 頻譜（北美和歐洲為 5855-5925MHz，中國為 5905-5925MHz），如圖 8中所示。

圖 8：全球 ETC 頻譜與 V2X 共存。

解決這個問題的一種方法就是在 V2X 路徑上使用設計合理的濾波器來剔除 ETC 頻譜。讓我們來了解一下歐洲的情況。圖 9 比較了在 V2X FEM 輸入端使用和不使用陷波濾波器的頻譜泄露。左圖顯示 PA 輸出端的頻譜泄露無法通過 ETC 規格要求 (-65dBm/MHz)，因此 V2X 無法與 ETC 共存，除非在 ETC 無線電中，或者通過一些軟件規避的方法解決了這個問題。右圖顯示，如果在 V2X 無線電中插入了精心設計的陷波濾波器，則 V2X 可以與 ETC 共存。