想象這樣一個(gè)世界：您的汽車能在您看到交通擁堵之前就發(fā)出預(yù)警，實(shí)時(shí)為您推薦最快路線，甚至在緊急情況下自動(dòng)呼救——而這一切您無(wú)需動(dòng)一根手指。這并非科幻小說(shuō)情節(jié)，而是車聯(lián)網(wǎng)所帶來(lái)的現(xiàn)實(shí)。

這些配備互聯(lián)網(wǎng)連接和先進(jìn)傳感器的智能汽車，能夠與其它車輛、基礎(chǔ)設(shè)施以及外部系統(tǒng)無(wú)縫通信，從而提升安全性、效率和便利性。從導(dǎo)航輔助到安全警報(bào)，再到無(wú)線軟件更新，互聯(lián)技術(shù)正在徹底改變駕駛體驗(yàn)。事實(shí)上，2023年麥肯錫的一項(xiàng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，50%的車主渴望拓展車內(nèi)連接功能的使用，而電動(dòng)汽車（EV）購(gòu)買者的興趣更為濃厚，占比高達(dá)69%。隨著這項(xiàng)技術(shù)的不斷發(fā)展，聯(lián)網(wǎng)汽車有望重新定義我們所熟知的出行方式。

正如任何新技術(shù)的發(fā)展歷程一樣，通往更安全互聯(lián)車輛的道路也并非一帆風(fēng)順。本文將帶您了解車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的現(xiàn)狀，剖析工程師們所面臨的障礙，并重點(diǎn)介紹推動(dòng)該行業(yè)邁向更安全未來(lái)的創(chuàng)新解決方案。

圖1，車聯(lián)網(wǎng)

5.9GHz頻譜如何鋪就安全之路

5.9GHz頻段在汽車安全和智能交通系統(tǒng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用；其適用于短距離通信，專為高速移動(dòng)場(chǎng)景設(shè)計(jì)。5.9GHz頻段專門分配給“車對(duì)萬(wàn)物（V2X）”通信；該通信技術(shù)能夠增強(qiáng)道路安全、緩解交通擁堵并提升整體交通效率。V2X通信作為一項(xiàng)前沿技術(shù)，讓車輛能與周圍環(huán)境進(jìn)行交互，包括車對(duì)車（V2V）、車對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施（V2I）、車對(duì)行人（V2P），以及更廣泛的車對(duì)網(wǎng)絡(luò)（V2N）等場(chǎng)景。這種通信系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)共享交通狀況、潛在危險(xiǎn)和信號(hào)燈時(shí)間等信息，顯著增強(qiáng)了道路安全、交通效率和自動(dòng)駕駛能力。借助專用短距通信（DSRC）和蜂窩車對(duì)萬(wàn)物（C-V2X）等技術(shù)，V2X有助于減少交通事故、優(yōu)化油耗，并提升整體出行體驗(yàn)。隨著智慧城市倡議的不斷推進(jìn)，V2X在智能交通系統(tǒng)的發(fā)展中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。具體詳情請(qǐng)參見(jiàn)表1。

表1，V2X在智能交通系統(tǒng)發(fā)展中的作用

應(yīng)對(duì)信號(hào)挑戰(zhàn)

在V2X通信中，5.9GHz頻段的工程設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)涵蓋信號(hào)傳播、天線設(shè)計(jì)、干擾管理以及環(huán)境適應(yīng)性等多個(gè)方面。信號(hào)傳播問(wèn)題源于物理障礙物和大氣條件的影響；而天線設(shè)計(jì)則必須在尺寸和效率之間取得平衡，以實(shí)現(xiàn)有效的信號(hào)傳輸與接收。干擾管理對(duì)于減輕同一頻段內(nèi)其它設(shè)備造成的干擾舉足輕重；環(huán)境適應(yīng)性則確保V2X系統(tǒng)能在城市和鄉(xiāng)村等不同環(huán)境中可靠運(yùn)行。有效應(yīng)對(duì)這些技術(shù)難題對(duì)于順利實(shí)施V2X通信系統(tǒng)、提升道路安全和交通效率而言非常關(guān)鍵。接下來(lái)，讓我們深入探討這些挑戰(zhàn)及其解決方案：

高頻信號(hào)傳播問(wèn)題

5.9GHz頻段作為V2X通信的核心頻段，容易受到建筑物、樹(shù)木、車輛等障礙物的影響，同時(shí)也易受其它同頻無(wú)線電信號(hào)的干擾。這使得在基礎(chǔ)設(shè)施密集的城市環(huán)境中保持穩(wěn)定連接成為一大挑戰(zhàn)。確保在視距（LOS）和非視距（NLOS）條件下均能實(shí)現(xiàn)可靠通信，對(duì)于V2X系統(tǒng)的有效性至關(guān)重要。這需要采用先進(jìn)的天線和接收器設(shè)計(jì)，以及信號(hào)處理技術(shù)，以減輕干擾并保持強(qiáng)大的連接。

圖2，5.9GHz頻譜波長(zhǎng)較短，極易受到衰減和信號(hào)阻塞的影響。

為緩解這些問(wèn)題，采用包含專用放大器、濾波器和開(kāi)關(guān)的強(qiáng)大射頻（RF）前端模塊成為關(guān)鍵；它能夠增強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度、減少損耗；如下圖3所示。此外，先進(jìn)的材料和封裝技術(shù)能夠顯著降低視距和非視距條件下的信號(hào)阻塞，有助于保持可靠的連接。

圖3，配備高度集成射頻前端模塊的eCall系統(tǒng)架構(gòu)

利用多天線與MIMO技術(shù)應(yīng)對(duì)信號(hào)挑戰(zhàn)

多輸入/多輸出（MIMO）天線系統(tǒng)在V2X通信中發(fā)揮著決定性的作用；它能夠?qū)崿F(xiàn)波束成形、空間分集，并提高了可靠性。然而，將多個(gè)天線集成到車輛中會(huì)增加系統(tǒng)的復(fù)雜性，因?yàn)樘炀€的位置對(duì)性能有顯著影響。工程人員須謹(jǐn)慎優(yōu)化天線在車頂、保險(xiǎn)杠、后視鏡或其它位置的布局，以最大限度地減少干擾、提高信號(hào)效率并確保無(wú)縫連接。工程人員還須在設(shè)計(jì)約束和性能要求之間取得平衡，以獲得穩(wěn)健、可靠的V2X通信。

干擾與頻譜共享

用于V2X通信的5.9GHz頻段與其它無(wú)線系統(tǒng)（如Wi-Fi和雷達(dá)）存在頻段重疊，可能會(huì)引發(fā)同頻干擾，進(jìn)而破壞信號(hào)的可靠性。為應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，采用先進(jìn)的抗干擾技術(shù)（如濾波）十分必要。濾波技術(shù)有助于減少信號(hào)干擾，確保關(guān)鍵安全信息在擁堵的無(wú)線環(huán)境中也能及時(shí)、無(wú)延遲地傳輸，從而維持穩(wěn)定的通信。

可采用自適應(yīng)濾波和頻率捷變技術(shù)來(lái)動(dòng)態(tài)管理干擾；這在5.9GHz頻段尤為關(guān)鍵，因?yàn)樵擃l段與其它無(wú)線系統(tǒng)（如Wi-Fi和雷達(dá)）的頻段重疊現(xiàn)象十分常見(jiàn)。此外，動(dòng)態(tài)頻譜分配和先進(jìn)的頻譜共享方法有助于緩解同頻干擾，確保關(guān)鍵安全信息的無(wú)延遲傳輸。

圖4，此圖展示了5GHz頻段，以及車聯(lián)網(wǎng)所使用無(wú)線技術(shù)帶寬的擁堵情況

環(huán)境與移動(dòng)性挑戰(zhàn)

V2X通信必須在各種環(huán)境條件下可靠運(yùn)行，包括雨、霧、雪等極端天氣，這些天氣條件可能會(huì)降低信號(hào)質(zhì)量，減少傳輸效率。此外，車輛的高速移動(dòng)還會(huì)引入多普勒效應(yīng)，導(dǎo)致信號(hào)失真和同步問(wèn)題，進(jìn)而影響實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換。為克服這些障礙，需要采用先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)和通信策略，以確保無(wú)論天氣條件或車速如何，V2X連接都能保持無(wú)縫且準(zhǔn)確。

優(yōu)化RF信號(hào)傳輸有助于抵消雨、霧、雪等環(huán)境因素以及車輛高速移動(dòng)產(chǎn)生的多普勒頻移影響。通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)整，這些系統(tǒng)能夠在不斷變化的外部條件下維持穩(wěn)定的通信連接。

此外，專為在惡劣環(huán)境中保持穩(wěn)健性能而設(shè)計(jì)的組件有助于在各種溫度和天氣情況下保持正常運(yùn)作。這種級(jí)別的適應(yīng)性確保了V2X通信的可靠性；無(wú)論外部因素如何變化，都能最終支持更安全、更高效的車輛運(yùn)行。

功耗與成本效益

在V2X通信中，平衡低功耗與強(qiáng)大的遠(yuǎn)距離連接能力是一項(xiàng)關(guān)鍵挑戰(zhàn)；因?yàn)檫^(guò)高的能耗會(huì)加重車輛電池的負(fù)擔(dān)。為應(yīng)對(duì)這一問(wèn)題，采用先進(jìn)的RF前端設(shè)計(jì)和節(jié)能型收發(fā)器舉足輕重，這能在確保最佳性能的同時(shí)，最大限度地降低能耗。工程人員必須開(kāi)發(fā)出具有成本效益的解決方案，在不犧牲電池壽命的前提下提升連接性能；從而使V2X系統(tǒng)既高效又經(jīng)濟(jì)可行，便于大規(guī)模推廣。

低功耗設(shè)計(jì)對(duì)于在最小能耗下保持性能至關(guān)重要，尤其是在車輛中——其能源管理已成為設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題。此外，采用高度集成的模塊來(lái)減少對(duì)多個(gè)獨(dú)立組件的需求，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可行的集成，可以在保持高性能的同時(shí)降低整體系統(tǒng)成本——這是推動(dòng)V2X技術(shù)廣泛采用的一個(gè)重要因素。

后記

基于5.9GHz V2X通信的車聯(lián)網(wǎng)汽車技術(shù)，有望帶來(lái)更安全的道路交通、更少的擁堵，以及更便捷、更高效的駕駛體驗(yàn)。要實(shí)現(xiàn)這一愿景，需要解決一系列工程挑戰(zhàn)——從減輕高頻信號(hào)損失、集成多個(gè)天線，到管理干擾以及確保在極端條件下的穩(wěn)健性能。此外，超低延遲和安全數(shù)據(jù)交換也同樣是不可或缺的要求；其不僅能防范網(wǎng)絡(luò)威脅，還能為碰撞規(guī)避和其它全功能提供瞬時(shí)決策支持。當(dāng)然，這些障礙也推動(dòng)著創(chuàng)新。通過(guò)先進(jìn)的信號(hào)處理、優(yōu)化的天線架構(gòu)以及節(jié)能型設(shè)計(jì)，工程師們打造的解決方案正不斷突破車聯(lián)網(wǎng)的邊界。隨著行業(yè)持續(xù)優(yōu)化技術(shù)方案并加快部署進(jìn)程，車聯(lián)網(wǎng)將在塑造現(xiàn)代交通方面發(fā)揮越來(lái)越重要的變革性作用——引領(lǐng)我們走向一個(gè)將車輛、基礎(chǔ)設(shè)施與駕駛員無(wú)縫互聯(lián)的未來(lái)，造福全人類。