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802.11ax连结能力在汽车环境中的价值主张
 

【作者: Jeff James、Avinash Ghirnikar】2019年04月24日 星期三

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现今社会对持续存取资料的依赖,为相关通讯技术设下了全新且大幅提高的期??。 基本上,民众随时随地都想要跟在家中一样,享有相同的连结能力;其中有一个特别重要的地方,那就是在民众的车里,因为大家待在车子里的时间很长 (通勤上下班或开车出游从事休闲活动)。


汽车无线连结能力必须符合下列三大条件:当然速度必须够快━支援享受丰富刺激多媒体服务所需的资料传输速率。 其次,在要求更为严苛的环境中(与消费性电子产业相比),维持高稳定度。 最後,安全性必须提高,才能保护传输/接收的资料。


路上有越来越多的车辆使用高阶无线连结能力,资料耗用量因而大增,取得足量的可用空中媒体成为一大技术挑战。每一台车都需要与其他邻近车辆共用网路,而在车辆堵塞率高的地区,可能必须与数百台车共用网路。


其中一个解决办法,就是透过使用 LTE/5G 通讯技术。 然而这个方法是否有经济可行性仍不确定,因为它仰赖使用获得授权的无线网路。这可能会造成财务支出增大,并对不同服务相关的商业模式产生不利影响。


现在新兴的802.11ax Wi-Fi 标准俨然成为替代解决方法。 此标准已针对高使用者密度的状况最隹化,相较於先前的 Wi-Fi 技术,显然有更优异的能力与增进更多的频谱效率。 由於采用正交频分多址(OFDMA)方法,其可同时处理大量的资料串流。 此外,其多通道 MIMO (MU-MIMO) 能力可大幅提高整体覆盖率。


藉由使用 802.11ax,可透过更符合经济效益(相较於透过采用蜂巢网路)的方式来运用车对路(V2I)通讯。此外,该标准支援低延迟操作,这代表驾驶人(或车辆的 ADAS 系统)可即时发现潜在问题(如车前意外),原因在於其可在邻近车辆或基础设施之间传输资讯;而後驾驶人或相关系统即可采取适当回应,进而避免危险发生。


此连结能力也同样可运用在车载资通讯/分析活动。从众多散布在现代化车辆中的不同感应器取得的所有资料均可安全传回云端(以便制造商确认效能指标、评估提供下一次维护的时间,或找出任何急需解决的显着问题)。车辆如同 802.11ax 基地台 (STA),可将此类资料上传至任何邻近的 802.11ax 存取点(AP),而不会发生目前应用现况中因其他车辆皆竞相争用 AP 频宽所致的延迟问题。空间、频率及时间重复使用均可受惠於 802.11ax 所支援的OFDMA与MU-MIMO技术,媒体可与其他各方共用,而非只是彼此争用。


802.11ax 连结能力的另一项功能是在车辆出厂後,可提供车辆韧体无线更新。汽车制造商总是持续改进其车款;因此,车厂希??在每台车辆的生命周期中推出每个新功能时,都能及时实施部署。如此一来,车辆的使用年限就可延长,更换周期也会比像智慧型手机之类的产品长上许多。


为车辆实施新功能并不需要将车辆驶回经销商处;在经销商处实施新功能必须直接透过缆线介面执行,对车主来说不仅极其不便,也会因技师必须亲自执行这项作业,而产生必定可观的成本。 定期透过无线更新套用韧体会是更好的选择;只要有足够的频宽和安全性即可。


经由安全可靠的无线平台对所有相关车款同时进行无线更新,对制造商而言有着显着的後勤与经济效益。车主对此必然也会欣然接受,因为他们不必抽空把车辆驾回经销商处进行更新。即使需要在车辆售出之前进行更新(车辆入港等候运送时,或停放在制造厂的车辆存放场时),相较於直接接触实体的方式,以无线方式更新的好处也显而易见。 由於执行工作所需的人力资源更少,作业效率将会高出许多,同时也可节省可观的时间成本与费用。


现在我们再回到车辆乘员及其需求上。 对於与国内环境现况应用类似的方法,需在车内提供的 Wi-Fi 端点数量大幅增加,因此,连结能力必须相应进化。相较於前几代技术,802.11ax 存取点具备 OFDMA 能力,将可连结至更多的手持式装置。因而可在传送数位娱乐内容的同时,确保提供良好的使用者体验,并避免任何让人沮丧的状况发生。



图一 : Marvell 的 88Q9098 802.11ax Combo SoC
图一 : Marvell 的 88Q9098 802.11ax Combo SoC

率先针对汽车部署将802.11ax无线连结能力解决方案引入市场的Marvell,具备满足上述所有使用实例所需的技术。88Q9098是与AEC-Q100 Grade 2 相容的系统单晶片(SoC),包含 2x2 plus 2x2 同步双 Wi-Fi,以及双模式Bluetooth 5/Bluetooth Low Energy(BLE)与802.11p功能,可提供千兆级的资料供应能力。


由於此无线连结组合装置是特别为汽车设计使用而生产,若要因应汽车操控的严苛要求,应以配备此装置为宜,而不宜采用现有以消费者为目标的SoC并重新设定其使用目标。 该装置运作温度介於摄氏-40度 至 -105度之间,将一系列保护机制相互整合後,可抵御静电放电(ESD)电击及电磁干扰(EMI)。


其他重要功能包括即时雷达侦测,当雷达讯号出现在已遭占用的频道时,另一个频道会快速移入,并执行透过椭圆曲线加解密方式(ECC)进行的对称密码编译,使资料串流不致遭受骇客威胁。



图二 : 88Q9098 的功能图表
图二 : 88Q9098 的功能图表

802.11ax 通讯协定意味着民众在住家/办公室享有的 Wi-Fi 效能体验和在车内可获得的存取体验,不再有差异。藉由实施汽车最隹化解决方案,无缝无线连结能力有可能获得实现,且民众针对某些生活层面所依赖的服务,也可有效普及化 - 民众可随时随地获取到。


(本文作者Jeff James、Avinash Ghirnikar任职於Marvell 公司)


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