Teknologian jakaminen

한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina

Ajatus ajoneuvoista, jotka jakavat tietoa ja tekevät yhteistyötä toistensa kanssa tehdäkseen liikkumisesta turvallisempaa, vihreämpää ja hauskempaa, on erittäin houkutteleva. Tähän konseptiin liittyvät erilaiset teknologiat, jotka tunnetaan yhteisnimellä C-ITS, lupaavat lieventää liikenneruuhkia, vähentää liikenteen ympäristövaikutuksia ja merkittävästi vähentää kuolemaan johtaneiden liikenneonnettomuuksien määrää.

Tässä luvussa tutkin kytkettyjä autoja ja autodataa, mahdollisuuksia ja käyttötapauksia sekä RF-puolijohteita kytketyissä autoissa.

Yhdistetyt autot ja data

Autot ovat muuttumassa itsenäisistä, ensisijaisesti kuljetukseen käytetyistä esineistä kehittyneiksi Internetiin yhdistetyiksi päätepisteiksi, jotka usein pystyvät kaksisuuntaiseen viestintään. Nykyaikaisten yhdistettyjen autojen tuottamat uudet tietovirrat ohjaavat innovatiivisia liiketoimintamalleja, kuten ajokilometreihin perustuvia vakuutuksia, mahdollistavat uusia autoelämyksiä ja luovat pohjan autoalan teknologioiden, kuten autonomisen ajon ja V2V-viestinnän, kehitykselle.

Tulevaisuuden yhdistettyjen, itseohjautuvien autojen toteuttamiseen on kaksi päätapaa. Toinen teknologia perustuu IEEE 802.11p -standardiin, ja toinen hyödyntää C-V2X:ää matkapuhelininfrastruktuurissa. Kuinka nämä kaksi lähestymistapaa sekoittuvat ja liittyvät toisiinsa. Lopulta ne kaikki yhdistetään LTE/5G-infrastruktuuriverkkoihin, vain eri tavoin.

Erilaisten viestimien käyttöönoton myötä autojen sähköiset viestintäjärjestelmät ovat lisääntyneet merkittävästi. Kuten kuvasta 3-4 näkyy, auton sisällä on useita RF-etupään (RFFE) ketjuja ja antenneja, kuten Wi-Fi, matkapuhelin, Bluetooth jne. Lisäksi joissakin kuvassa 3-4 mainituissa standardeissa on enemmän kuin yksi tai kaksi signaalipolkua.

Monet näistä RF-ketjuista edistävät uutta autojen järjestelmäälyä.

Ensinnäkin tämä järjestelmä kerää älykkäästi tietoja antureista, kameroista ja ajoneuvon sisäisistä yhteyksistä tarjotakseen tärkeitä tietoja ja palveluita. RF-komponentit, kuten vahvistimet, kytkimet, suodattimet ja pitkälle integroidut moduulit, lisäävät tärkeitä toimintoja autojen käsittely- ja viestintäjärjestelmiin. Kun päivitämme automaattisempiin autoihin, nämä järjestelmät ja niiden toiminnot monimutkaistuvat.

Lisäksi uudet RF-ketjut, kuten millimetriaalto (mmWave), siirtyvät autoihin, ja ne tarjoavat kolminkertaisen tarkkuuden ja tiedonsiirtonopeuden nykyisiin järjestelmiin verrattuna. Tämä antaa suunnittelijoille mahdollisuuden ottaa käyttöön älykkäämpää ajoneuvon sisäistä viestintää ja tunnistusta, mikä auttaa autoja havaitsemaan ja välttämään muita autoja, jalankulkijoita, esineitä ja laitteita.

Aivan kuten solukkoteknologiamarkkinoiden kehityksessä on ollut ylä- ja alamäkiä, automarkkinoiden tuleva muutos ei ole sujuvaa. Asiakkaat vaikuttavat autojen suunnitteluun, säätimet ohjaavat ja vaikuttavat tekniikan muotoon, ja LTE/5G-yhteys autojen ympärillä kehittyy edelleen. RF-suunnitteluinsinöörien on tasapainotettava suorituskyky ja mahdollisuudet sovelluksissaan vastatakseen markkinoiden vaatimuksiin.

Nykypäivän älypuhelimissa on enemmän laskentatehoa kuin NASA:lla oli, kun se lähetti kaksi astronauttia kuuhun vuonna 1969. Mitä teemme kaikella käytettävissämme olevalla raa'alla laskentateholla Tietenkin verkkoviestintään?

Nykyaikaisissa autoissa on enemmän laskentatehoa ja teknologista kehittyneisyyttä kuin älypuhelimissa. Siksi häiriöt eri teknologioiden ja RF-signaalien välillä nykyaikaisissa ajoneuvoissa ovat jatkuva haaste suunnittelijoille.

Jotta voidaan varmistaa, että kaikki nämä tekniikat voivat toimia rinnakkain, RFFE-moduulissa on yhdistettävä tarkat suodatusominaisuudet, PA-suorituskyky ja PA-tehokkuus, jotta ne voivat toimia yhdessä. Lisäksi näiden komponenttien on kyettävä toimimaan ankarissa ympäristöolosuhteissa täyttääkseen tiukat autoteollisuuden laatustandardit. Lopulta CA- ja DSDA-teknologioiden järjestelmävaatimukset asettivat lisähaasteita.

Tämä edellyttää, että ymmärrämme ensin RF-suorituskykyparametrit. Ymmärretään, että radiotaajuuteen liittyviä keskeisiä suorituskykyparametrihaasteita ovat vastaanottimen herkkyys, lineaarisuus, selektiivisyys sekä lämmöntuotto ja stabiilisuus.

1. Vastaanottimen herkkyys

Vastaanottimen herkkyys osoittaa, kuinka heikon tulosignaalin vastaanotin pystyy vastaanottamaan. Mitä alhaisemman tehotason vastaanotin pystyy vastaanottamaan, sitä suurempi on vastaanottimen herkkyys. Vastaanottimen herkkyys määritellään yleensä pieneksi tulosignaaliksi, joka vaaditaan tietyn signaali-kohinasuhteen (SNR) tuottamiseksi vastaanottimen lähtöportissa.

Vastaanottimen (RX) herkkyys on yksi langattoman viestinnän radiovastaanottimen tärkeimmistä ominaisuuksista. Vastaanottimen herkkyys edustaa sen kykyä poimia matalan tason signaaleja. Koska signaalitaso on kääntäen verrannollinen lähetysetäisyyteen, matalan herkkyyden omaava järjestelmä tarkoittaa hyvää vastaanottoaluetta. Toisin sanoen korkeampi vastaanottimen herkkyys vastaa pidempää kantamaa.

Vastaanottimen herkkyys määritellään pieneksi tulosignaaliksi, joka tarvitaan tietyn lähtösignaalin tuottamiseen vaaditulla signaali-kohinasuhteella (SNR). Se lasketaan kertomalla lämpökohinan pohja RX-kohinaluvulla (NF) ja halutulla pienellä SNR:llä. Alhaisempi melutaso tarkoittaa parempaa suorituskykyä.

Autoteollisuudessa useat tekijät voivat johtaa korkeampaan meluarvoon kuin muissa sovelluksissa tai luoda ylimääräisiä SNR-haasteita. Näitä haasteita ovat mm.

● Joissakin autosovelluksissa erittäin pitkät RF-koaksiaalikaapelit voivat lisätä kohinaa ja signaalin menetystä.

● Äärimmäiset lämpötilat tai lämpötilapoikkeamat RF-kaapeleissa ja komponenteissa voivat lisätä melua, mikä vaikuttaa RFFE-laitteiden suorituskykyyn.

Pitkien kaapeleiden häviöiden aiheuttaman kohinatason vähentämiseksi suunnittelijat käyttävät matalakohinaisia ​​vahvistimia (LNA) ja yrittävät sijoittaa RFFE:n lähemmäs antennia. Tämä lyhentää kaapelin pituutta, mikä lisää järjestelmän NF-arvoa ja vähentää kaapelin sisäänvientihäviöitä.

High-Q, pienihäviöiset RF-suodattimet auttavat vähentämään lämpötilan vaihtelun vaikutuksia. Ne auttavat myös vähentämään linkkibudjetin lisäyshäviöitä ja viereisen kaistan häiriöitä.

Korkea Q-arvo eli laatutekijä osoittaa, että resonaattori menettää pienen energiasuhteen varastoituneeseen energiaan. High-Q RF -suodattimen estonauha on kapeampi ja jyrkempi.

Toinen suunnittelunäkökohta on taajuusalue. Korkeammilla taajuuksilla matalan kohinaluvun saaminen on vaikeampaa. Autojen siirtyessä yhä korkeammille taajuusalueille, kuten matkapuhelinverkkoihin ja Wi-Fi-verkkoon, melua koskevien vaatimusten täyttäminen vaikeutuu. Tämä trendi ei todennäköisesti muutu, ja odotamme taajuusalueen laajenevan vähitellen mmWave-alueelle, kuten 28 GHz tai 34 GHz. Siksi meluluku tulee jatkossakin olemaan haaste ajoneuvojen järjestelmille.

2. Lineaarisuus

PA-lineaarisuus kuvaa PA:n kykyä vahvistaa signaalia aiheuttamatta säröä. Tämä termi viittaa RF-vahvistimen ensisijaiseen tehtävään, joka on lisätä tulosignaalin tehotasoa muuttamatta signaalin sisältöä.

Lineaarisuus on kriittinen järjestelmissä, jotka käyttävät mitä tahansa taajuusmodulaatiomekanismia signaalin amplitudin muutoksien koodaamiseen. Tietoliikenteessä ja signaalinkäsittelyssä taajuusmodulaatio koodaa tietoa kantoaaltoon muuttamalla aallon hetkellistä taajuutta. Nämä modulaatiomekanismit vaihtelevat amplitudimodulaatiosta (AM) Wi-Fi:ssä käytettävään kompleksiseen kvadratuuriamplitudimodulaatioon (QAM). Modulaatiomekanismi riippuu vastaanottimen kyvystä havaita signaalin amplitudin ja vaiheen eroja. Signaalin amplitudin ja vaiheen muutosten säilyttämiseksi on käytettävä lineaarista PA:ta. Jos lähetetty signaali on vääristynyt, vastaanottimen on vaikea saada takaisin modulaation amplitudiosaan koodattua tietoa. Signaalin vaimennus voi vaikuttaa negatiivisesti järjestelmän kantamaan ja datanopeuteen.

Vastaanotettu signaali voi sisältää ei-toivottuja suuren amplitudin kaistan ulkopuolisia signaaleja. Nämä ei-toivotut signaalit voivat aiheuttaa vääristymiä vastaanottimessa, heikentäen halutun signaalin signaali-kohinasuhdetta, vaikuttaen kantamaan ja tiedonsiirtokykyyn. Suodattimia voidaan käyttää näiden signaalien vaimentamiseen ja lineaarisuusvaatimusten vähentämiseen. Siksi kaistanpäästösuodattimen käyttö vähentää kaistan ulkopuolisten häiritsevien signaalien lineaarisuusvaatimuksia.

Epälineaariset etupään PA-järjestelmät voivat tuottaa spektrin regeneraatiota, joka voi häiritä viereisiä kanavia. Spektrin regenerointi on tärkeä vääristymismekanismi epälineaarisissa laitteissa, kuten PA:issa langattomissa sovelluksissa. Kasvaneet tehotasovaatimukset, lämpötila ja linkin budjetti voivat kaikki aiheuttaa lineaarisuusongelmia. Kaistan reunasuodattimien käyttö auttaa vähentämään vierekkäisten kanavien käyttäjien aiheuttamia epälineaarisia vääristymiä. Lisäksi RFFE-vastaanottopään rinnakkaiselosuodatin voi myös vähentää signaalin häiriöitä ja auttaa parantamaan vastaanotinkaistan signaali-kohinasuhdetta.

3. Selektiivisyys

Selektiivisyys mittaa radiovastaanottimen kykyä vastata vain viritettyyn signaaliin samalla kun se hylkää muut signaalit samalla taajuudella, kuten toisen lähetyksen viereisellä kanavalla.

Erilaiset häiriöt voivat vaikuttaa autojen langattomiin viestintäjärjestelmiin. Autojen RF-suunnittelijoiden on otettava huomioon sekä sisäiset että ulkoiset radiovastaanotinta ympäröivät RF-signaalit.

Suodattimet voivat vaimentaa ei-toivottuja signaaleja samalla kun halutut signaalit kulkevat vain pienellä häviöllä, mikä parantaa vastaanottimen selektiivisyyttä. Ne auttavat myös vähentämään viereisen kaistan häiriöitä. Kun autossa olevien taajuuskaistojen ja radioiden keskimääräinen määrä kasvaa ja standardien määrä kasvaa, kehittyneiden suodatintekniikoiden, kuten vähän kulkeutuvien akustisten akustisten aaltosuodattimien, käyttö voi auttaa insinöörejä ratkaisemaan häiriöhaasteita.

Lämmön vähentäminen on myös toinen näkökohta suunniteltaessa langattomia RFFE-laitteita autojärjestelmiin. Käytä korkealaatuisia RF-suodatustekniikoita vähentääksesi lämmön vaikutusta lisäyshäviöön. Kuten kuvasta 4-1 näkyy, korkean Q:n matalan poikkeaman suodatustekniikan käyttö voi auttaa vähentämään häiriöitä lämpöryöminnän aikana. Low-drift-suodattimilla on matalan lämpötilan taajuuskerroin (TCF), joka auttaa vähentämään lisäyshäviöitä, vähentämään vierekkäisten kanavien häiriöitä ja vähentämään linkkibudjetin rajoituksia.

“”

4. Lämmitys ja vakaus

Lämpötilapoikkeamat autoissa voivat olla hyvin suuria. Autojen rasitusolosuhteet vaihtelevat -40 °C:sta 150 °C:seen. Siksi autoteollisuuden suunnittelijoiden ja toimittajien on validoitava ja testattava komponentit ja järjestelmät näitä ääriolosuhteita varten (katso kuva 4-2).

“”

Järjestelmäsuunnittelussa insinöörit tekevät usein kompromisseja lineaarisuuden, tehon ja tehokkuuden välillä. Kuumuus heikentää järjestelmän yleistä suorituskykyä, kuten suorituskykyä, signaalialuetta ja häiriönpoistoa. Siksi on tärkeää suunnitella järjestelmä käyttämällä RFFE-komponentteja, jotka vähentävät lämpöä. Optimoitujen korkean lineaaristen tehovahvistimien tai etupään moduulien käyttö vähentää yleistä lämmöntuotantoa.

Toinen tärkeä tekijä, joka vaikuttaa autossa syntyvän lämmön määrään, on kaapelihäviö. Kaapelihäviöt lisäävät linkin budjettia, mikä tarkoittaa, että lähetys (TX) RFFE PA:n on kompensoitava lisäämällä lähtötehoa häviöiden vähentämiseksi. Kun lähtöteho kasvaa, järjestelmän tuottama lämpö kasvaa ja energiatehokkuus laskee.

Opi muista autoteollisuuden RF-haasteista

Autojen RF-järjestelmissä suorituskykyparametrien lisäksi on otettava huomioon kaksi tärkeää asiaa:

Kehitä komponentteja, jotka täyttävät Automotive Electronics Councilin (AEC) tiukat autoteollisuuden laatustandardit.

Täyttää Carrier Aggregation (CA)- ja DSDA-tekniikoiden järjestelmävaatimukset.

1. Yhdistä IATF- ja AEC-standardeihin

Kun autotekniikka kehittyy kohti edistyneempiä kuljettajaa avustavia järjestelmiä ja autonomisia ajoneuvoja, riskit kasvavat. Autoteollisuus on kehittänyt tiukat laatustandardit komponenttien valmistukseen ja testaukseen varmistaakseen, että yhä monimutkaisemmat RF-komponentit eivät toimi väärin sen jälkeen, kun ne on upotettu elektronisiin järjestelmiin.

Koko valmistus- ja testausprosessin ajan autoteollisuuden valmistajien on täytettävä tietyt alan standardit. Kolme keskeistä kriteeriä ovat:

● International Automotive Promotion Group (IATF) 16949: Tätä autoteollisuuden laatujärjestelmästandardia käytetään maailmanlaajuisesti. Autonvalmistajat uskovat yleisesti, että komponenttien valmistus-, kokoonpano- ja testausvalmistajien tulisi olla akkreditoituja IATF 16949 -standardin mukaisesti.

● Automotive Electronics Council (AEC) Q100: Määrittää aktiivisten komponenttien, kuten kytkimien ja PA:iden, standarditestit.

● AEC-Q200: Määrittää Wi-Fi-viestinnässä ja matkapuhelinviestinnässä käytettävien passiivisten laitteiden, kuten RF-suodattimien, standarditestauksen.

Jotkut testit rajoittuvat autoteollisuuteen, kuten ELFR-testaus, joka edellyttää useiden näytteiden (joissa on 800 komponenttia) altistamista vähintään 125 °C:n ympäristölle, sekä tehon ja lämpötilan syklistä (PTC) Testaus edellyttää, että näyte altistetaan vuorotellen korkeille ja matalille lämpötiloille, joiden lämpötila vaihtelee välillä –40 °C ja alle 125 °C.

Muut testit suoritetaan ankarammissa olosuhteissa tai suuremmissa erissä, jotta saadaan parempi tilastollinen perusta tuotantokomponenttien luotettavuuden määrittämiselle.

2. CA ja DSDA

Carrier aggregation (CA) mahdollistaa mobiiliverkko-operaattoreiden yhdistää useita yksittäisiä LTE-operaattoreita kaistanleveyden ja bittinopeuden lisäämiseksi.Kantoaaltojen yhdistämistekniikkaa käytetään yhdistämään useita saatavilla olevan taajuuden LTE-komponenttikantoaaltoja (CC:t).

● Tukee laajempia vierekkäisiä tai ei-vierekkäisiä kaistansisäisiä tai kaistanvälisiä signaalilohkoja

● Paranna verkon suorituskykyä uplink-, downlink- tai kaksisuuntaisena

● Nosta huipputiedonsiirtonopeus 1 Gt/s (Gbps) huippukuormitusnopeuteen

● Kasvata verkon kokonaiskapasiteettia hyödyntääksesi pirstoutuneita taajuuksia

Komponenttioperaattori (CC) on LTE-kanava, joka on yleensä määritetty yhdelle käyttäjälle. Tämä on vakava haaste RF-suunnittelijoille. Autoissa CA tarjoaa gigabit-luokan LTE-yhteyden. Näiden nopeuksien saavuttamiseksi ajoneuvomodeemi käyttää edistynyttä digitaalista signaalinkäsittelyä (256 QAM) ja 4x4 MIMOa, mikä tukee monia 4 kantoaallon yhdistämistä.

MIMO on langattoman viestinnän antennitekniikka, joka käyttää useita antenneja sekä lähettimessä että vastaanottimessa. Antennit viestintäpiirin molemmissa päissä on ryhmitelty yhteen virheiden minimoimiseksi ja tiedonsiirtonopeuksien optimoimiseksi.

CA-haasteita autoissa ovat mm.

● Downlink-herkkyys: Monet CA-sovellukset vaativat RF-suodattimia, dupleksereita tai monimutkaisia ​​multipleksereitä käyttävän arkkitehtuurin. Nämä RF-suodattimet auttavat varmistamaan eristyksen eri TX- ja RX-polkujen välillä, mikä auttaa saavuttamaan järjestelmän herkkyyden. Kun järjestelmään lisätään lisää taajuuskaistoja käyttämällä monimutkaisempaa suodatusta (kuten multipleksereitä), suunnittelijoiden on varmistettava, että eri taajuuskaistat toimivat yhdessä.

● Yliaallojen generointi: Yliaallot tuotetaan epälineaarisilla komponenteilla, kuten PA:illa, dupleksereilla ja kytkimillä. Suunnittelijoiden on tehtävä huolellisesti kompromisseja suunnitelmissaan varmistaakseen, että sähköisiä harmonisia voidaan vähentää suorituskyvystä tinkimättä.

● Desensibilisaatio: Yliaallot ja TX-vuoto vähentävät järjestelmän herkkyyttä, jota kutsutaan herkkyyden poistamiseksi. Desensibilisaatio on herkkyyden heikkeneminen kohinalähteiden vuoksi, joita usein synnyttää sama radiolaite. Tämä johtaa vastaanottimen suorituskyvyn heikkenemiseen, mikä estää kohdesignaalien oikean havaitsemisen. Korkea kytkimen eristys ja suodattimen vaimennus voivat vähentää merkittävästi signaalipolkujen välisiä häiriöitä.

DSDA-tekniikka käyttää kahta itsenäistä lähetin-vastaanotinta ja antennipolkua kahdessa aktiivisessa CC:ssä. Tämän ansiosta OEM-valmistajat voivat hyödyntää tiettyjä sopimusten mukaisia ​​operaattoripalveluita samalla, kun omistajat voivat lisätä suosikkioperaattorinsa. Liikenteenharjoittajien avulla autonomistajat voivat lisätä autonsa kodin datasopimukseen ja hyötyä siitä. Haittapuolena on, että DSDA lisää järjestelmän virrankulutusta, mikä lisää lämmöntuotantoa ja lisää myös RFFE-monimutkaisuutta. Lämmöntuoton vähentämiseksi suunnittelijoiden on käytettävä lineaarisia ja tehokkaita RFFE-moduuleja.

CA:n tapaan DSDA vaatii myös vakaan, vähän poikkeavaa suodatusta saavuttaakseen järjestelmän ja autonvalmistajan suunnittelutavoitteet. Kun CC:iden määrä kasvaa, myös yksittäisten kaistasuodattimien ja monimutkaisten multiplekserien merkitys kasvaa.