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802.11ax連結能力在汽車環境中的價值主張
 

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

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現今社會對持續存取資料的依賴,為相關通訊技術設下了全新且大幅提高的期望。 基本上,民眾隨時隨地都想要跟在家中一樣,享有相同的連結能力;其中有一個特別重要的地方,那就是在民眾的車裡,因為大家待在車子裡的時間很長 (通勤上下班或開車出遊從事休閒活動)。


汽車無線連結能力必須符合下列三大條件:當然速度必須夠快-支援享受豐富刺激多媒體服務所需的資料傳輸速率。 其次,在要求更為嚴苛的環境中(與消費性電子產業相比),維持高穩定度。 最後,安全性必須提高,才能保護傳輸/接收的資料。


路上有越來越多的車輛使用高階無線連結能力,資料耗用量因而大增,取得足量的可用空中媒體成為一大技術挑戰。每一台車都需要與其他鄰近車輛共用網路,而在車輛堵塞率高的地區,可能必須與數百台車共用網路。


其中一個解決辦法,就是透過使用 LTE/5G 通訊技術。 然而這個方法是否有經濟可行性仍不確定,因為它仰賴使用獲得授權的無線網路。這可能會造成財務支出增大,並對不同服務相關的商業模式產生不利影響。


現在新興的802.11ax Wi-Fi 標準儼然成為替代解決方法。 此標準已針對高使用者密度的狀況最佳化,相較於先前的 Wi-Fi 技術,顯然有更優異的能力與增進更多的頻譜效率。 由於採用正交頻分多址(OFDMA)方法,其可同時處理大量的資料串流。 此外,其多通道 MIMO (MU-MIMO) 能力可大幅提高整體覆蓋率。


藉由使用 802.11ax,可透過更符合經濟效益(相較於透過採用蜂巢網路)的方式來運用車對路(V2I)通訊。此外,該標準支援低延遲操作,這代表駕駛人(或車輛的 ADAS 系統)可即時發現潛在問題(如車前意外),原因在於其可在鄰近車輛或基礎設施之間傳輸資訊;而後駕駛人或相關系統即可採取適當回應,進而避免危險發生。


此連結能力也同樣可運用在車載資通訊/分析活動。從眾多散佈在現代化車輛中的不同感應器取得的所有資料均可安全傳回雲端(以便製造商確認效能指標、評估提供下一次維護的時間,或找出任何急需解決的顯著問題)。車輛如同 802.11ax 基地台 (STA),可將此類資料上傳至任何鄰近的 802.11ax 存取點(AP),而不會發生目前應用現況中因其他車輛皆競相爭用 AP 頻寬所致的延遲問題。空間、頻率及時間重複使用均可受惠於 802.11ax 所支援的OFDMA與MU-MIMO技術,媒體可與其他各方共用,而非只是彼此爭用。


802.11ax 連結能力的另一項功能是在車輛出廠後,可提供車輛韌體無線更新。汽車製造商總是持續改進其車款;因此,車廠希望在每台車輛的生命週期中推出每個新功能時,都能及時實施部署。如此一來,車輛的使用年限就可延長,更換週期也會比像智慧型手機之類的產品長上許多。


為車輛實施新功能並不需要將車輛駛回經銷商處;在經銷商處實施新功能必須直接透過纜線介面執行,對車主來說不僅極其不便,也會因技師必須親自執行這項作業,而產生必定可觀的成本。 定期透過無線更新套用韌體會是更好的選擇;只要有足夠的頻寬和安全性即可。


經由安全可靠的無線平台對所有相關車款同時進行無線更新,對製造商而言有著顯著的後勤與經濟效益。車主對此必然也會欣然接受,因為他們不必抽空把車輛駕回經銷商處進行更新。即使需要在車輛售出之前進行更新(車輛入港等候運送時,或停放在製造廠的車輛存放場時),相較於直接接觸實體的方式,以無線方式更新的好處也顯而易見。 由於執行工作所需的人力資源更少,作業效率將會高出許多,同時也可節省可觀的時間成本與費用。


現在我們再回到車輛乘員及其需求上。 對於與國內環境現況應用類似的方法,需在車內提供的 Wi-Fi 端點數量大幅增加,因此,連結能力必須相應進化。相較於前幾代技術,802.11ax 存取點具備 OFDMA 能力,將可連結至更多的手持式裝置。因而可在傳送數位娛樂內容的同時,確保提供良好的使用者體驗,並避免任何讓人沮喪的狀況發生。



圖一 : Marvell 的 88Q9098 802.11ax Combo SoC
圖一 : Marvell 的 88Q9098 802.11ax Combo SoC

率先針對汽車部署將802.11ax無線連結能力解決方案引入市場的Marvell,具備滿足上述所有使用實例所需的技術。88Q9098是與AEC-Q100 Grade 2 相容的系統單晶片(SoC),包含 2x2 plus 2x2 同步雙 Wi-Fi,以及雙模式Bluetooth 5/Bluetooth Low Energy(BLE)與802.11p功能,可提供千兆級的資料供應能力。


由於此無線連結組合裝置是特別為汽車設計使用而生產,若要因應汽車操控的嚴苛要求,應以配備此裝置為宜,而不宜採用現有以消費者為目標的SoC並重新設定其使用目標。 該裝置運作溫度介於攝氏-40度 至 -105度之間,將一系列保護機制相互整合後,可抵禦靜電放電(ESD)電擊及電磁干擾(EMI)。


其他重要功能包括即時雷達偵測,當雷達訊號出現在已遭佔用的頻道時,另一個頻道會快速移入,並執行透過橢圓曲線加解密方式(ECC)進行的對稱密碼編譯,使資料串流不致遭受駭客威脅。



圖二 : 88Q9098 的功能圖表
圖二 : 88Q9098 的功能圖表

802.11ax 通訊協定意味著民眾在住家/辦公室享有的 Wi-Fi 效能體驗和在車內可獲得的存取體驗,不再有差異。藉由實施汽車最佳化解決方案,無縫無線連結能力有可能獲得實現,且民眾針對某些生活層面所依賴的服務,也可有效普及化 - 民眾可隨時隨地獲取到。


(本文作者Jeff James、Avinash Ghirnikar任職於Marvell 公司)


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