2020年12月07日 | Wi-Fi6 将在汽车中取得广泛进展

车载无线连接始于十年前，具有简单的蓝牙和Wi-Fi功能，并在过去几年中急剧增加。它始于简单的蓝牙免提功能，以及Wi-Fi热点。随后是蓝牙音频流（A2DP），以及多角色，多功能Wi-Fi和屏幕共享。

最近，更高级的功能已成为主流，包括无线传感器数据收集，空中固件更新（OTA），连续数据上传，电动汽车充电控制以及例如停车场中的本地网络连接。

对无线数据传输的依赖只会继续增长，随着自动驾驶系统进入不同阶段，我们将看到汽车与不同的基于云的系统之间的数据传输需求增加，而车对车（V2V）连接的带宽增长也相似。车对所有通信（V2X）由其自己的专用基于Wi-Fi的解决方案（IEEE 802.11p/bd）专门处理，从长远来看，可能与蜂窝V2X（C-V2X）结合在一起。

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图1当今汽车中已经存在几种无线技术，并且还会有更多的无线技术。

流量最重要的来源是车载娱乐信息，根据《爱立信移动性报告》预测，移动视频流量的百分比和流量将从2019年第三季度的每月63％和38埃字节持续增长，到2025年将占所有移动数据流量的75％和每月160埃字节，就带宽要求而言，太过苛刻了。随着车载显示器的日益普及和信息娱乐系统的不断完善，这种视频娱乐技术中的一部分有望用于汽车。

汽车内部的信号越来越拥挤

随着无线连接的汽车应用领域和用例增加，信号拥塞的风险也随之增加，这会影响性能。减少此类系统退化变得至关重要，因为每种应用都有各自的特点和系统要求，因此它们对Wi-Fi系统如何处理其资源提出了更高要求。

Wi-Fi 6是汽车领域的最新一代Wi-Fi技术，它有望通过加快和简化汽车连接性来解决许多新兴挑战。在未来的几年中，Wi-Fi 6（在标准化社区中也称为802.11ax）有望成为许多汽车系统元素（包括信息娱乐单元，远程信息处理控制单元和高级驾驶员辅助系统）的关键推动力。 ABI Research估计，到2023年，Wi-Fi6将占汽车Wi-Fi芯片组出货量的50％（3500万个），到2024年将达到70％（5000万个）。

图2车辆中及其周围越来越多的应用争夺相同的频谱和资源，从而增加了信号拥塞的可能性并会降低性能。

面向未来的解决方案

蓝牙和原始802.11b/g Wi-Fi均在2.4 GHz频段内运行，它们在同一频段竞争相同的频谱资源。随着新兴Wi-Fi用例对带宽的需求增加，越来越多的需求在5 GHz频带，2.4 GHz和5 GHz频带的组合中得到解决，或者当Wi-Fi 6E可用时，则在新的6 GHz频段。随着越来越多的数据流量迁移到更高的频率，它将释放2.4 GHz频带上的资源，从而进一步扩展了低成本，低功耗的蓝牙连接。

除了依靠蓝牙和Wi-Fi之外，提供改善的用户体验，功能安全性和信息安全性的应用还应该能够利用4G和5G蜂窝技术，以更高的数据速率和较低的延迟实现更广泛的覆盖范围。如果数据速率很高并且许多汽车都在有限的地理区域内，则蜂窝和Wi-Fi可以同时运行。预计Wi-Fi将成为主要承载者的应用中（在车库，加油站，充电站或停车场），它将能够自行处理高数据速率。

这些无线功能所带来的性能和功能的增加，将使车辆的功耗更高。但是，随着最新无线标准的进展，芯片组的发展以及高效的软件协议将为车辆提供超越早期“车轮上的智能手机”概念的功能铺平道路。

Wi-Fi 6的优势

Wi-Fi 6有望成为全连接汽车的无线接口。与前代产品相比，最显着的改进是提高了频谱效率，使信道容量提高了四倍。这将允许它为每个接入点服务更多的客户端，或者启用新的高带宽用例，例如传输超高分辨率视频。Wi-Fi 6的灵活性使其更适合使用较小的数据块为客户提供服务，而无需保留不必要的开销。

此外，虽然以前版本的Wi-Fi是为满足少数客户端（主要是室内用户）的需求而量身定制的，但Wi-Fi 6的重点是改善拥挤的环境中更多客户端体验质量。对于汽车应用而言，特别有趣的是它将带来更长距离和更好的户外覆盖率方面的改进。

Wi-Fi 6有效支持低带宽流量的能力使其非常适合物联网领域的低复杂度，低功耗的解决方案。在这种使用情况下，目标应用将使用20 MHz带宽的低功耗、低成本芯片。

引擎盖之下的奥秘

Wi-Fi 6的功能如何？首先，它在上行链路和下行链路中都使用正交频分多址（OFDMA）数字调制方案。通过将每个OFDMA传输信道划分为多个小的子信道（资源单元），这些子信道可以同时将包从一个接入点传送到多个用户，这增加了可以同时通信的用户数量。此外，它减少了争用和前期开销，尤其是对于许多网络中普遍存在的短数据包而言。

OFDMA使用更长的正交频域多路复用信号，通过在各个符号之间添加更长的循环前缀，从而改善了子信道的利用，并可减少多路径衰减。与新的PHY连接器一起，可在室外环境中增强鲁棒性。

Wi-Fi 6还在上行链路和下行链路中最多使用8×8多用户多输入多输出（MU-MIMO），以通过更多空间流提供更高的吞吐量，并为1024个正交幅度调制（1024-QAM）短距离时更高的峰值吞吐量。

其他功能包括空间复用，也称为BSS着色，它允许具有相同“颜色代码”的多个通道合并以传输消息。目标唤醒时间（TWT）使客户端可以在空闲时进入低功耗模式以节省功耗。

图3利用OFDMA数字调制方案，Wi-Fi 6通过将每个传输信道划分为小的子信道来增加带宽容量，这些子信道可以同时将包从接入点传送到多个用户。

由于增加的容量和灵活性、更高的带宽以及更广泛的覆盖范围，我们希望这一新的无线标准将被汽车行业所接受。确切地说，各个OEM和Tier1将如何决定实施还有待观察。多年来，我们已经看到不同的制造商如何在其在车辆内划分多个Wi-Fi系统的方式上朝着略有不同的方向发展：根据他们的功能或应用（电动控制单元，车载信息娱乐系统，高级驾驶员辅助系统，电动汽车的充电控制），成本优化的组合或更具物理性的部署，例如车辆内部或外部的通信。技术也将随着应用和使用领域的不断增加而不断发展，这种演进是可以预期的。

Wi-Fi和蓝牙解决方案本身的实现方式也是如此。一些制造商偏爱板载芯片实施，其中Wi-Fi芯片由Tier1或OEM自己集成在PCB解决方案中。这可能会提供更具定制性或灵活性的解决方案，并具有更优化的材料清单。但是，在大多数情况下，第三方供应商提供的预先认证的模块为汽车制造商提供了更多优势，包括缩短开发时间，简化PCB和设备设计，以及更轻松地迁移至下一代技术。这些优势确保了上市时间，减少了直接或间接的总成本并降低了开发风险。

Wi-Fi 6：解决带宽拥挤问题的方法

随着汽车OEM继续提供越来越先进的安全性，舒适性和便利性功能，Wi-Fi作为可靠无线连接的关键推动者的作用将继续增长，以扩大车辆内、车辆外和车辆之间的用例范围。当前的车规Wi-Fi技术还将在未来几年内不断发展，但它们无法满足对车内和车外连接日益增长的需求。通过增加带宽容量，Wi-Fi 6将通过在每个接入点为更多客户端提供服务并启用新的高带宽用例，同时扩大室外覆盖范围，来解决拥挤问题。