車載通信主要有哪些創(chuàng)新技術(shù)？

電子電氣架構(gòu)在2007年由德爾福(DELPHI)首先提出E/E架構(gòu)的概念，具體就是在功能需求、法規(guī)和設(shè)計要求等特定約束下，把汽車里的傳感器、中央處理器、電子電氣分配系統(tǒng)、軟件硬件通過技術(shù)手段整合在一起;通過這種結(jié)構(gòu)，將動力總成、傳動系統(tǒng)、信息娛樂系統(tǒng)等信息轉(zhuǎn)化為實際的電源分配的物理布局、信號網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、診斷、電源管理等電子電氣解決方案。由分布式 ECU 向域控制/中央集中架構(gòu)方向發(fā)展。 從博世對 E/E 架構(gòu)定義來看， 汽車 E/E 架構(gòu)的升級路徑表現(xiàn)為分布式(模塊化→集成化)、 域集中(域控制集中→跨域融合)、 中央集中式(車載電腦→車-云計算)。

即為分布式 ECU(每個功能對應(yīng)一個 ECU)逐漸模塊化、集成向域控制器(一般按照動力域、底盤域、車身域、信息娛樂域和 ADAS 域等)，然后部分域開始跨域融合發(fā)展(如底盤和動力域功能安全、信息安全相似)，并發(fā)展整合為中央計算平臺(即一個電腦)，最后向云計算和車端計算(中央計算平臺)發(fā)展。 其中車端計算主要用于車內(nèi)部的實時處理，而云計算作為車端計算的補充，為智能汽車提供非實時性(如座艙部分場景可允許微秒級別的延遲)的數(shù)據(jù)交互和運算處理。

目前我們正處于從過去的分布式EE架構(gòu)邁向域集中式EE架構(gòu)的轉(zhuǎn)變過程中，預(yù)計到2025年左右就會完成這一轉(zhuǎn)變。從2025年以后，將開啟跨域的融合時代，也就是轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸醒?區(qū)域”(Central & Zonal)計算的EE架構(gòu)時代。

隨著整車電子電氣架構(gòu)朝著域集中再到中央集成的發(fā)展，為支持自動駕駛、車聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)的應(yīng)用，在系統(tǒng)的運行過程中對所涉及的大量數(shù)據(jù)的傳輸速率、安全性、抗干擾性等方面的要求不斷提高，在此背景之下傳統(tǒng)的CAN/LIN等車載網(wǎng)絡(luò)通信漸漸無法滿足車載主干通信網(wǎng)絡(luò)的要求了。隨之而來的是如CAN-FD、HDBase、CAN-XL、TCP、DDS、SOME/IP、5G等高帶寬、低延時、多冗余、高可靠的新車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用。

表1 車載網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)發(fā)展方向

高帶寬低延時

CAN-FD(XL)、HDBase、10M-Base-T1、100MBase-T1、1000MBase-T1、2.5/5/10GBase-T1CAN-FD、UDP、TSN

高可靠車云協(xié)同

TCP、SOME/IP、TSN、DDSLTE、LTE-V2X、5G-V2X

高帶寬

低延時

CAN-FD(XL)、HDBase、10M-Base-T1、100MBase-T1、1000MBase-T1、2.5/5/10GBase-T1

CAN-FD、UDP、TSN

高可靠

車云協(xié)同

TCP、SOME/IP、TSN、DDS

LTE、LTE-V2X、5G-V2X

在當前各主機廠車型的電子電氣架構(gòu)正處于域/域融合往中央集成發(fā)展的過程中，整車通過以太網(wǎng)為主干網(wǎng)絡(luò)形成域之間的信息交互，而域內(nèi)子網(wǎng)絡(luò)由于對數(shù)據(jù)的要求略低，則仍然采用成本更低的CAN為通信網(wǎng)絡(luò)，不過隨著技術(shù)及數(shù)據(jù)要求的提高，CAN通信也正朝著CAN-FD轉(zhuǎn)變。

圖1 以太網(wǎng)為主干網(wǎng)絡(luò)的域/中央集成電子電氣架構(gòu)

二、CAN/CAN-FD/CAN-XL

CAN總線屬于共享式通信，其通信速率相對較低，在汽車傳輸數(shù)據(jù)量激增的當下，其已經(jīng)漸漸無法滿足使用需求。而CAN FD總線在繼承了CAN總線的絕大多數(shù)特性的同時，不僅提高可帶寬同時通信的速率也進一步得以提升，最高通信速率可達8MBit/s，在高帶寬高傳輸速率之下總線負載反而得到了降低，同時CAN FD 又可很好兼容現(xiàn)有CAN網(wǎng)絡(luò)，因此CAN正逐漸朝CAN-FD轉(zhuǎn)變。

在以以太網(wǎng)為主網(wǎng)絡(luò)的拓撲架構(gòu)中，CAN-FD的通信速率雖較之傳統(tǒng)CAN得以提升，但該提升的速率在某一環(huán)境之下仍無法滿足使用要求，但若使用帶寬更高的以太網(wǎng)，則在成本等方面又難以做到最佳，因此一種介于CAN-FD與100BASE-T1以太網(wǎng)之間的新技術(shù)即CAN-XL被提出。

智能汽車是當今科技領(lǐng)域的熱門話題。相比于傳統(tǒng)汽車，智能汽車不僅能提供更加舒適、安全、高效的駕乘體驗，還能實現(xiàn)與其他車輛、基礎(chǔ)設(shè)施、云端等的互聯(lián)互通，從而打造一個智慧出行的生態(tài)系統(tǒng)。 汽車行業(yè)也因此正在經(jīng)歷一場前所未有的變革，這場變革被稱為汽車的新四化，分別指的是：電氣化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化、共享化。其中，網(wǎng)聯(lián)化是新四化的基礎(chǔ)和核心。網(wǎng)聯(lián)化是指汽車通過各種通信技術(shù)與車內(nèi)設(shè)備、車際設(shè)備、云端設(shè)備進行車聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換、信息共享和服務(wù)協(xié)同。

那么，車聯(lián)網(wǎng)是如何實現(xiàn)的呢?車聯(lián)網(wǎng)與無線通信所使用的射頻前端芯片又是什么關(guān)系?本文就嘗試對以上技術(shù)做一個梳理。

車聯(lián)網(wǎng)中的通信技術(shù)

車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)是指在交通環(huán)境中，實現(xiàn)車輛內(nèi)部、路側(cè)單元、行人、云端服務(wù)之間的信息交互和協(xié)同的技術(shù)。根據(jù)連接范圍的不同，在此將車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)分為三類討論，分別是：車內(nèi)互聯(lián)、車際互聯(lián)和車云互聯(lián)。這三種互聯(lián)的應(yīng)用范圍和特點分別是：

車云互聯(lián)：用于連接車輛與云端

車際互聯(lián)：用于連接車輛與周邊車輛、路側(cè)單元、行人

車內(nèi)互聯(lián)：用于實現(xiàn)車內(nèi)多種多樣的靈活互聯(lián)

圖：車聯(lián)網(wǎng)中的部分通信技術(shù)

以下就對這三種互聯(lián)技術(shù)展開介紹。

車云互聯(lián)

車云互聯(lián)是指將汽車和云端服務(wù)器連接起來，這樣就可以實現(xiàn)對車輛狀態(tài)、位置、行駛數(shù)據(jù)等信息的采集和傳輸，并提供基于云端計算和大數(shù)據(jù)分析的各種信息服務(wù)。

與云端互聯(lián)之后，車輛就可以實現(xiàn)很多豐富的功能。比如：

車輛遠程控制：通過手機可以遠程控制車輛啟動、開門、空調(diào)、音響等功能，可查看車輛實時狀態(tài)、故障診斷等功能

互聯(lián)導(dǎo)航：通過云端的地圖數(shù)據(jù)和路況信息，可以為駕駛者提供最優(yōu)的導(dǎo)航路線，也可以根據(jù)駕駛者的偏好和出行場景，推薦附近的停車場、加油站、餐廳等服務(wù)點

內(nèi)容下載：通過連接云端服務(wù)器，可以將音樂、視頻、新聞 、游戲等內(nèi)容，下載到本地

車輛智能升級：通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)，可以實現(xiàn)對車輛的軟件和固件的遠程升級，提高車輛的性能和安全性，也可以根據(jù)車主的需求，定制個性化的功能和設(shè)置

智能交通/智能城市管理：通過將車輛連接至云端，就可以實現(xiàn)城市車輛的統(tǒng)一管理，實現(xiàn)更好的資源配置以及交通智能優(yōu)化

與云端互聯(lián)有諸多好處，也成為車聯(lián)網(wǎng)必須實現(xiàn)的功能之一。目前車聯(lián)網(wǎng)主要是通過與蜂窩網(wǎng)絡(luò)的連接，實現(xiàn)與云端服務(wù)器的互聯(lián)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

蜂窩網(wǎng)絡(luò)是一種利用蜂窩狀的小區(qū)覆蓋服務(wù)區(qū)域，實現(xiàn)移動通信的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。由于網(wǎng)絡(luò)覆蓋的形狀像蜂窩的一個個小格子，所以由此得名。英文稱之為Cellular Network(細胞網(wǎng)絡(luò))，也是因為整個巨大的網(wǎng)絡(luò)像由一個個小的“細胞”構(gòu)成。

我們熟悉的5G手機就是典型的蜂窩技術(shù)代表，而經(jīng)常提到的2G/3G/4G/5G的通信制式演進，指的也是全球的蜂窩通信技術(shù)。蜂窩網(wǎng)絡(luò)的主要特點是：

蜂窩結(jié)構(gòu)：通過將服務(wù)區(qū)域劃分為多個相鄰的正六邊形小區(qū)，可以簡化網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和管理，降低干擾和成本

移動性管理：通過在小區(qū)之間進行切換，可以保持移動用戶與網(wǎng)絡(luò)之間的通信連接，實現(xiàn)無縫漫游

頻率復(fù)用：通過將同一組頻率在不同的小區(qū)中重復(fù)使用，可以提高頻譜利用率和系統(tǒng)容量

蜂窩通信所用到的基站一般只覆蓋幾百米或數(shù)公里，通過全球數(shù)千萬個這樣的基站，就可以實現(xiàn)整個地球上主要地區(qū)的全球通信?；静粍樱謾C只要連接到任何一個基站，都相當于連接到了整個世界。蜂窩通信是全球人類共同的大工程。