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摘要：本文簡述了電磁波的不同頻段，并對低/中頻、藍牙、5G、DSRC及UWB等通信技術進行車載應用分析。

關鍵詞：無線通信；5G；UWB

時代更替，智能化汽車成為各大汽車主機廠研發的重點，而實現智能化關鍵技術就是互聯/無線通信。雖然無線通信技術很早在汽車領域應用，但淺嘗輒止。智能車輛讓無線通信技術再一次深耕汽車領域。本文分析各種無線通信技術，作為開發安全智能汽車的技術支撐，以便更好研究和應用。

1無線通信

電磁波是由同向且互相垂直的電場與磁場在空間中衍生發射的震蕩粒子波，具有波粒二象性，如圖1所示。由同相振蕩且互相垂直的電場與磁場在空間中以波的形式移動，其傳播方向垂直于電場與磁場構成的平面。電磁波符合以下公式：（1）式中：c——光速（也是電磁波速度），m/s；f———信號頻率，Hz；λ———信號波長，m。電磁波的不同的頻段劃分［1］見表1。由于頻度范圍和波長范圍都很廣的特點，主要對低/中頻、藍牙、5G、DSRC及UWB等通信技術進行車載應用分析。

2應用技術淺析

2.1低/中頻通信應用

低頻技術應用代表主要是汽車防盜和無鑰匙系統。頻段范圍125~134kHz或更低，主要通過電感耦合的方式進行工作，即通過讀寫線圈和感應線圈間變壓器耦合作用實現通信。低頻傳輸數據量特別小，因此應用場景功能簡單。中頻技術的產品應用主要有汽車遙控鑰匙，主要范圍315~433MHz，技術已經很成熟，原理和低頻類似，不過多贅述。車載化優點：技術成熟，且設備成本低。車載化缺點：①發射頻率低，易被干擾以及被破解；②不滿足大數據量通信需求。

2.2高頻通信應用

2.2.1藍牙通信藍牙是一種短距離高頻的無線通信技術，主要頻段在2.4~2.485GHz，主要是由底層硬件、中間協議和高層應用組成模塊。藍牙技術有可一配多、頻段全球通用、可自動傳輸以及安全性/抗干擾能力強等特點。傳輸距離隨著藍牙換代升級，已有支持100m范圍或更高的性能出現。車載化優點：①協議支持一對多，頻段通用，協議安全可靠且成本低廉；②已實現藍牙免提通信、車載藍牙娛樂、藍牙遠程診斷和藍牙防盜技術，有技術拓展優勢。車載化缺點：通信距離增加和發射功率有關，通信定位誤差大。2.2.2移動通信高頻技術應用代表是手機通信以及發展中的車聯通信技術。以5G移動通信技術為代表，根據國際頻段劃分，中國的5G主要頻段為2.5~4.9GHz。5G通信側重于數據量的傳輸、大量節點同時通信時系統可靠性。因此我們需要了解香農公式［1］：C＝Blog2（1+S/N）（2）式中：B———頻譜帶寬，Hz；S———信號功率；N———噪聲功率；C———最大傳輸速率，bit/s。由公式（2）可知，提升B或增加S/N都可以實現速率C的提升，結合公式（1）和表1頻段劃分，得出高速率、大數據量通信的代價需要增加通信基站的數量。5G新型微基站的誕生已解決第1步關鍵問題，而5G的推廣應用也推進了微基站被大量布置覆蓋，這樣就為智能汽車通信提供天然的通信平臺。此外，被定義為6G的太赫茲技術也已突破，中國已太赫茲芯片，超高頻、超大容量的通信性能也備受期待。車載化優點：①通信容量大、速率高；②借用通信基站，低成本實現車聯網。車載化缺點：新通信基站的覆蓋切換存在一定社會接受度阻力。2.2.3DSRC通信DSRC是專用短距離通信（DedicatedShortRangeCom－munications，DSRC），可實現在特定小區域內（通常數十米）對高速運動下移動目標的識別和雙向通信。主要頻段5.86~5.925GHz。DSRC由OBU（on-boardunit）、RSU（road-sideunit）和專用通信鏈路組成。DSRC通信協議是為OBU和RSU之間通信交互而制定，分別由物理層、數據鏈路層和應用層組成。OBU和RSU之間上行鏈路和下行鏈路的交互通信框架如圖2所示。結合通信需求DSRC以定點被動傳輸通信為例，通信流程可分為建立連接、信息交互和連接釋放3個基本過程［2］。車載化優點：通信速率高以及通信延遲低等特點，已被廣泛用于ETC系統中。車載化缺點：①RSU安裝布置問題：需在道路旁進行RSU布置，安裝數量、距離以及抗擾能力均有要求；②設備布網問題：DSRC技術需大量載體平臺。2.2.4UWB通信UWB（UltraWideband，超寬帶）是一種不需要使用載波，而是依靠持續的、時間非常短的基帶脈沖信號（通常情況下）傳輸數據通信技術。具有隱蔽性好、抗噪聲抗干擾能力強、多徑分辨率高、穿透能力強、功耗低、頻帶寬以及通信定位準確等優點。UWB是一種占空比很低沖擊脈沖，占比低達0.5%，可看成基帶信號。脈沖是單周期高斯脈沖，可映射為數百個脈沖，如圖3所示。有很寬的頻譜，單周期脈沖寬度在ns級，頻率范圍在3.1~10.6GHz。UWB作為一種新型的通信技術，在多點定位方面的優異特性，滿足日常車輛近程應用場景，定位原理如圖4所示。實現方式是把傳輸信息和一組重復周期的脈沖序列進行一定方式的調制，驅動放大，再耦合到天線發出去；在接收端UWB天線接收信號經濾波解調運算，恢復出所傳輸的信息。車載化優點：①通信容量大、速率高、延遲和誤碼率低；②定位誤差低。車載化缺點：①芯片成本較高；②部分信道已被占用，但短距離通信可用。

3總結

無線通信技術作為未來汽車不可或缺的一種技術，快速、準確、可靠以及低成本等要素是檢驗該技術是否能夠應用于汽車、智能車聯的重要指標。原則如下1）無線通信技術滿足智能車聯的通信大容量和快連接切換要求。2）無線通信技術標準化車載芯片或擴拓展芯片是推廣應用的重要因素。3）無線通信技術避免通信信道頻段的干擾以及滿足車載EMC測試標準要求。對比上述幾種無線通信技術優缺點，具有遠程大容量通信的5G技術和近程高準確的UWB通信技術結合，將最終成為未來車載無線通信的關鍵技術。如車輛外部信息感知簡圖5，兩種無線通信技術將會在車輛的外部信息感知系統中有不可或缺地位。

參考文獻：

［1］DavidTse，PramodViswanath.無線通信基礎［M］.北京：人民郵電出版社，2007.

［2］拉都.波佩斯庫-澤雷廷.車聯網通信技術［M］.北京：機械工業出版社，2016.

［3］吳探詩.基于GNSS和UWB組合的無縫定位研究［D］.阜新：遼寧工程技術大學，201.

作者：喻尚 楊艷 張正軒 黃娜 單位：陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院