接上一篇：詳解智能座艙通信技術(shù)（一）
3.4 DP ALT Mode
DP ALT mode 允許通過(guò)一根電纜，使用標準的Type-C接口，承載USB2.0, USB 10Gbps, DP, VBus等信號，如下圖所示應用實(shí)例：
Type-C的管腳定義如下：
在USB-IF組織發(fā)布的USB/DP ALT mode V1.0規范中，采用同一個(gè)Type-C接口，可以承載如下的信號組合：
1）USB 10Gbps 4lane (正反插) + USB2.0+VBus：這就是USB 10Gbps的常規連接方式；
2）DP 4Lane+USB2.0+VBus：這時(shí)，高速的4對lane全部給DP使用，同時(shí)支持USB2.0和供電，Aux_CH用于DP交互和信號傳輸質(zhì)量的協(xié)商，CC用于檢測識別插入：
3）DP 2Lane+USB3 2Lane+USB2.0+VBus：這時(shí)，2對高速差分線(xiàn)給DP使用，2對給USB 10Gbps使用，同時(shí)還支持USB2.0和VBus供電。
4）Virtual Link(非標準模式)：這種模式非USB-IF組織定義的DP ALT mode 范疇，是部分公司定義的私有協(xié)議，可用于VR應用。在這種模式下，4對高速差分線(xiàn)全部給DP使用，2對 USB D+/D-將被用于USB 10Gbps，當作Tx+/Tx- 和 Rx+/Rx-來(lái)使用。
5）如何觸發(fā)DP ALT Mode
Type-C Alt Mode 大致配置流程如下：
-
USB 連接 通過(guò)CC偵測到；
-
VBUS 引腳 提供默認電源配置 5V@500mA；
-
VBUS 所需的額外USB電力傳輸可以進(jìn)行協(xié)商，Battery Charge 1.2（BC 1.2）或USB PD 都可以選擇；
-
使用 結構化 供應商定義報文（VDM） 需要USB PD 來(lái)發(fā)送來(lái)協(xié)商 Alt Mode 握手；
-
USB 枚舉；
-
如果 DP Alt Mode 協(xié)商已經(jīng)完成，繼續進(jìn)行DP link training來(lái)建立DP連接；
-
USB和DP通道準備就緒進(jìn)行Type-C 數據和視頻信號傳輸；
3.5 車(chē)規
在智能座艙環(huán)境下，USB Type-C接口和線(xiàn)纜還需要滿(mǎn)足車(chē)規的標準。這里車(chē)規的含義，包括環(huán)境溫度和接插件的穩固程度。除了暴露給用戶(hù)可見(jiàn)的Type-C接口與消費類(lèi)電子相似之外，其他與車(chē)內零部件連接的接插件和線(xiàn)纜都要滿(mǎn)足車(chē)規的標準，以應對惡劣的車(chē)內環(huán)境，以及更長(cháng)的使用周期限制。
一般來(lái)說(shuō)，車(chē)內使用的USB接口與線(xiàn)纜，需要考慮如下幾個(gè)因素：
-
傳輸距離：通常來(lái)說(shuō)，USB 10Gbps信號線(xiàn)傳輸長(cháng)度在1米到5米之間。如果超過(guò)2米，一般都要在Sink端增加Redriver芯片，否則信號眼圖將會(huì )閉合，無(wú)法傳輸；
-
工作溫度：接插件和線(xiàn)纜的工作溫度要滿(mǎn)足AEC-Q100 Grade2的標準，也就是達到-40°~+105°；
-
電磁屏蔽：由于車(chē)內電磁屏蔽的要求，線(xiàn)纜需要帶屏蔽層才能保證較好的EMC電磁兼容性；
-
穩固程度：由于汽車(chē)運行環(huán)境存在顛簸，所以一般消費級的連接器無(wú)法應用在車(chē)內，需要考慮專(zhuān)用的接插器件，保證連接的穩固；
3.6 Redriver
中繼器，有一個(gè)接收器和一個(gè)發(fā)射器，在接收器端，它通過(guò)它的均衡器（EQ）扮演著(zhù)一個(gè)信號調節的角色。本質(zhì)上講，接收器為輸入頻道損耗提供補償，如果不這么做，會(huì )導致額外的時(shí)鐘抖動(dòng)。經(jīng)過(guò)均衡后的信號便會(huì )被發(fā)射器中繼。發(fā)射器同樣可以選擇去加重（DE）或者預加重（PE），DE 是信號低頻分量的衰減，而PE 則是高頻分量的增強。這兩個(gè)技術(shù)都可以預補償中繼器發(fā)射端的輸出信號損耗。
當信號經(jīng)過(guò)被動(dòng)式的媒介比如PCB走線(xiàn)時(shí)，它會(huì )線(xiàn)性衰減。無(wú)論線(xiàn)路輸入端信號幅度如何，PCB線(xiàn)路都會(huì )使它衰減一定比率。一個(gè)完善的中繼器應當恰恰相反，無(wú)論其輸入端的幅值如何，將信號放大一定比率。這樣的中繼器便是線(xiàn)性中繼器，他的作用就是移除PCB走線(xiàn)的影響。
四、短距無(wú)線(xiàn)連接
隨著(zhù)汽車(chē)智能化的發(fā)展與新型電子電氣架構的演進(jìn)，傳統車(chē)內有線(xiàn)通信技術(shù)存在著(zhù)諸多痛點(diǎn)：
1）線(xiàn)束長(cháng)度增加：由于智能化與自動(dòng)化的發(fā)展，車(chē)內傳感器和執行器均大幅增加。采用有線(xiàn)技術(shù)連接，則線(xiàn)束長(cháng)度，重量，成本會(huì )帶來(lái)更大影響；
2）線(xiàn)束安裝困難：線(xiàn)束安裝強依賴(lài)于人工，線(xiàn)束安裝的成本占人工成本的50%；基于有線(xiàn)連接的車(chē)載部件難以靈活升級，更增加了后期的維護與升級成本；
3）接插件數量多：由于線(xiàn)束連接，導致車(chē)內接插件數量顯著(zhù)增加。由于車(chē)內電磁干擾等影響，一定場(chǎng)景下有接插件失效的危險；
因此，為了滿(mǎn)足車(chē)輛生產(chǎn)制造過(guò)程中的成本控制，靈活部署，降低重量等需求，并且在座艙娛樂(lè )系統中方便用戶(hù)體驗，以車(chē)內短距無(wú)線(xiàn)連接代替部分有線(xiàn)連接，完成數據傳輸和控制功能成為發(fā)展重點(diǎn)。當前，電池管理系統，車(chē)載信息娛樂(lè )系統，無(wú)鑰匙進(jìn)入，胎壓監測等車(chē)載應用出現了無(wú)線(xiàn)化的需求。車(chē)載應用功能對短距無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)提出了“低時(shí)延，高可靠，精同步，高并發(fā)，高安全，低功耗”的要求。下面將介紹用于智能座艙的車(chē)內短距無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，而用于車(chē)云一體化和車(chē)聯(lián)網(wǎng)的5G+V2X通信模塊則暫不涉及。
4.1 Wi-Fi
Wi-Fi是IEEE 發(fā)布的802.11協(xié)議家族，其發(fā)展歷程和技術(shù)原理紛繁復雜，在此不多做介紹。目前在車(chē)內座艙環(huán)境中，為了引入對用戶(hù)設備無(wú)線(xiàn)連接的支持，以及車(chē)機手機互聯(lián)的需要，智能座艙域控制器中需要增加Wi-Fi模塊的支持。
802.11協(xié)議發(fā)展歷程
Wi-Fi 帶寬計算：
整機速率 = 空間流數量 * 1/(Symbol+GI) * 編碼方式 * 碼率 * 有效子載波數量
1）空間流數量
空間流，即Wi-Fi AP與Station之間建立的空間數據流。2*2代表有2條數據流。8*8就代表有8條空間數據流。對于發(fā)送方來(lái)說(shuō)，有幾條空間流，就需要有幾根天線(xiàn)。
2）Symbol與GI
Symbol就是時(shí)域上的傳輸信號，相鄰的兩個(gè)Symbol之間需要有一定的空隙（GI），以避免Symbol之間的干擾。不同Wi-Fi標準下的間隙也有不同，一般來(lái)說(shuō)傳輸速率較快時(shí)GI需要適當增大。
3）編碼方式 (bit數/Symbol)
編碼方式就是調制技術(shù)，即1個(gè)Symbol里面能承載的bit數量。從Wi-Fi 1到Wi-Fi 6，每次調制技術(shù)的提升，都能至少給每條空間流速率帶來(lái)20%以上的提升。
4）碼率
理論上應該是按照編碼方式無(wú)損傳輸，但現實(shí)沒(méi)有這么美好。傳輸時(shí)需要加入一些用于糾錯的信息碼，用冗余換取高可靠度。碼率就是排除糾錯碼之后實(shí)際真實(shí)傳輸的數據碼占理論值的比例。
5）有效子載波數量
載波類(lèi)似于頻域上的Symbol，一個(gè)子載波承載一個(gè)Symbol，不同調制方式及不同頻寬下的子載波數量不一樣。
下表給出了Wi-Fi速率的計算表格：
對于Wi-Fi6 8*8的配置來(lái)說(shuō)，最大可支持空間8流，因此802.11ax在8*8的條件下，最大帶寬為 1.2Gbps * 8 = 9.6Gbps；
注意，如果AP和手機建立連接，而手機只支持2*2，那么單個(gè)手機與AP的連接也只有2流，其最大速率只有2.4Gbps；有些Wi-Fi 模組支持雙頻并發(fā)(DBS with dual mac)，此時(shí)代表在2.4GHz 和 5G Hz兩個(gè)頻段上并發(fā)傳輸，速率標記為2*2+2*2，實(shí)際最高帶寬可接近3Gbps。
4.2 BT
藍牙 (BlueTooth) 技術(shù)是一種無(wú)線(xiàn)數據與語(yǔ)音通信的開(kāi)放性全球規范，它以低成本的近距離無(wú)線(xiàn)連接為基礎，為固定設備或移動(dòng)設備之間的通信環(huán)境建立通用的無(wú)線(xiàn)電空中接口（Radio Air Interface），將通信技術(shù)與計算機技術(shù)進(jìn)一步結合起來(lái)，使各種3C設備在沒(méi)有電線(xiàn)或電纜相互連接的情況下，能在近距離范圍內實(shí)現相互通信或操作。簡(jiǎn)單的說(shuō)，藍牙技術(shù)是一種利用低功率無(wú)線(xiàn)電在各種3C設備間彼此傳輸數據的技術(shù)。藍牙工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工業(yè)、科學(xué)、醫學(xué)）頻段，使用IEEE802.15協(xié)議。
藍牙規范可分為兩個(gè)層次：
1）Core Specification（核心規范）：用于規定藍牙設備必須實(shí)現的通用功能和協(xié)議層次。它由軟件和硬件模塊組成，兩個(gè)模塊之間的信息和數據通過(guò)主機控制接口（HCI）的解釋才能進(jìn)行傳遞。這個(gè)是必選。
2）Profiles（藍牙應用規范）：它從應用場(chǎng)景的角度為藍牙技術(shù)的使用制定了不同的規范。這也是和大眾日常生活接觸最多的一部分。藍牙支持很多Profiles，它是可選的。
Core Specification 包含2種技術(shù)：BR和LE，這兩種技術(shù)，都包括了搜索，管理，連接等機制，但它們之間是獨立發(fā)展的，因此BT設備最好能同時(shí)支持BR和LE，這樣在設備進(jìn)行互聯(lián)時(shí)，可以根據實(shí)際需要，確保最大的兼容
1.Basic Rate (BR)
BR也稱(chēng)為經(jīng)典藍牙技術(shù)，它包括可選（optional）的EDR（Enhanced Data Rate）技術(shù)，以及交替使用的（Alternate）的MAC層和PHY層擴展（簡(jiǎn)稱(chēng)AMP）。對于EDR來(lái)說(shuō)，最高傳輸速率可以達到2.1Mbps；對于A(yíng)MP來(lái)說(shuō)，它借用了Wi-Fi的PHY層和MAC層，因此最高速率可以達到54Mbps。由于EDR采用的是BT自身的PHY層，而AMP采用的是Wi-Fi的MAC與PHY，因此EDR和AMP是需要交替使用的(Alternate mode)。簡(jiǎn)單的說(shuō)就是兩個(gè)BT設備先在EDR上完成了點(diǎn)對點(diǎn)的連接，然后再協(xié)商是否都遷移到AMP上去，以實(shí)現更高的傳輸速率。
2.Low Energy (LE)
LE的重點(diǎn)是低功耗。它主要通過(guò)幾個(gè)低功耗組件來(lái)實(shí)現藍牙設備的發(fā)現，管理，連接等功能。
1）GATT：表示服務(wù)器屬性和客戶(hù)端屬性，描述了屬性服務(wù)器中使用的服務(wù)層次，特點(diǎn)和屬性。BLE設備使用它作為藍牙低功耗應用規范的服務(wù)發(fā)現。
2）ATT：實(shí)現了屬性客戶(hù)端和服務(wù)器之間的點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)議。ATT客戶(hù)端給ATT服務(wù)器發(fā)送請求命令，ATT服務(wù)器端向ATT客戶(hù)端發(fā)送回復和通知。
3）SMP：用于生成對等協(xié)議的加密密鑰和身份密鑰。SMP管理加密密鑰和身份密鑰的存儲，它通過(guò)生成和解析設備的地址來(lái)識別藍牙設備。
4）L2CAP：管理連接間隔，例如10ms同步一次。它對LL進(jìn)行一次簡(jiǎn)單封裝，LL只關(guān)心數據本身，L2CAP就要區分是加密通道還是普通通道，同時(shí)還對連接間隔進(jìn)行管理。
藍牙常用的一些Profile：
1.A2DP：
全稱(chēng)為 Advances Audio Distribution Profile ，高質(zhì)量音頻分發(fā)規范，定義了如何將立體聲(Stereo)質(zhì)量的音頻通過(guò)流媒體的方式從媒體源傳輸到接收器上，A2DP使用Asynchronous Connectionless Link（ACL，藍牙異步傳輸）信道傳輸高質(zhì)量音頻內容，它依賴(lài)于Generic Audio/Video Distribution Profile（GAVDP，通用音頻/視頻分發(fā)規范）。A2DP必須支持低復雜度及Sub-bandCodec（SBC，低帶寬編解碼）。A2DP有兩種應用場(chǎng)景分別是播放和錄音。
1）播放場(chǎng)景是具有藍牙功能的播放器通過(guò)A2DP向藍牙耳機或藍牙立體聲揚聲器傳送高質(zhì)量音頻。
2）錄音場(chǎng)景是具有藍牙功能的麥克風(fēng)通過(guò)A2DP向藍牙錄音器傳送高質(zhì)量音頻。
2.AVRCP(Audio/Vedio Remote control profile)
音視頻遠程控制規范，它可以控制音視頻流的協(xié)議，進(jìn)行暫停，播放，停止，音量控制等。AVRCP協(xié)議定義了2個(gè)角色：
1）Target：被控制的目標設備，接收命令并按命令響應，例如電視，手機等；
2）Controller：遠程控制端設備，發(fā)送控制命令到Target端，例如遙控器等；
3. HFP (Hands-Free Profile)
免提通話(huà)規范。定義了藍牙音頻網(wǎng)關(guān)設備如何通過(guò)藍牙免提設備撥打和接聽(tīng)電話(huà)。HFP包括兩個(gè)角色：Audio Gateway（AG，音頻網(wǎng)關(guān)）和Hands-Free Unit（HF，免提設備）。
1）AG 是音頻輸入和輸出的設備，典型的AG設備是手機。
2）HF是執行音頻網(wǎng)關(guān)的遠程音頻輸入輸出設備，如耳機或者車(chē)載音響系統。
3）和HFP相關(guān)的規范有Headset Profile(HSP，耳機規范)，Phonebook Access Profile(PBAP，電話(huà)簿訪(fǎng)問(wèn)規范)。
藍牙的發(fā)展歷程
4.3 UWB
UWB(Ultra Wide Band, 超寬帶)技術(shù)是一種使用1GHz以上頻率帶寬的無(wú)線(xiàn)載波通信技術(shù)。它不采用正弦載波，而是利用納秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數據，因此其所占的頻譜范圍很大，盡管使用無(wú)線(xiàn)通信，但其數據傳輸速率可以達到幾百兆比特每秒以上。使用UWB技術(shù)可在非常寬的帶寬上傳輸信號，美國聯(lián)邦通信委員會(huì )（FCC）對UWB技術(shù)的規定為：在3.1~10.6GHz頻段中占用500MHz以上的帶寬。
UWB的特點(diǎn)很多，其中一個(gè)特點(diǎn)是定位精確。
“沖激脈沖具有很高的定位精度。采用UWB技術(shù)，很容易將定位與通信合一，而常規無(wú)線(xiàn)電難以做到這一點(diǎn)。UWB技術(shù)具有極強的穿透能力，可在室內和地下進(jìn)行精確定位，而GPS(全球定位系統)只能工作在GPS定位衛星的可視范圍之內。與GPS提供絕對地理位置不同，超寬帶無(wú)線(xiàn)電定位器可以給出相對位置，其定位精度可達厘米級，此外，超寬帶無(wú)線(xiàn)電定位器在價(jià)格上更為便宜?！?/span>
在智能座艙上，目前UWB有3個(gè)應用方向：
1.無(wú)鑰匙進(jìn)入系統
2. 汽車(chē)迎賓系統
由于UWB具有定位精確的特性，因此可以在較遠的地方就能感知到攜帶UWB鑰匙的乘客靠近。此時(shí)可以啟動(dòng)相對應的迎賓系統，給用戶(hù)以更佳的體驗感受。
3. 車(chē)內兒童檢測
歐洲NCAP計劃從2023年1月起增加對車(chē)內兒童存在檢測的評分，各項規定非常細致。美國正在立法要求所有新車(chē)預裝兒童存在檢測功能，預計在2025年全面實(shí)施。據說(shuō)國內相關(guān)規范也在評估制訂中。
“將兒童單獨留在停放的車(chē)內，即使只有幾分鐘，也可能導致中暑和死亡，尤其是當汽車(chē)暴露在陽(yáng)光下時(shí)。兒童無(wú)法自行下車(chē)，再加上對高溫的耐受性較低，因此要求兒童不得留在車(chē)內無(wú)人看管。溫度可以在短短15分鐘內達到臨界水平，讓窗戶(hù)半開(kāi)著(zhù)幾乎不能減少威脅。與車(chē)禍相比，兒童死于車(chē)輛相關(guān)中暑的情況較少發(fā)生，但這些完全可以避免的死亡的性質(zhì)值得特別關(guān)注，因為解決車(chē)內兒童體溫過(guò)高問(wèn)題的技術(shù)已經(jīng)存在?！币陨衔淖謥?lái)自歐洲NCAP關(guān)于兒童存在檢測的測試與評估標準的直接翻譯。
用于車(chē)內兒童檢測的技術(shù)，直接傳感器方式有攝像頭，毫米波雷達，UWB雷達等幾種方式。
UWB雷達發(fā)射UWB脈沖信號，并接收該脈沖信號經(jīng)障礙物反射后的回波，通過(guò)對回波擾動(dòng)的分析來(lái)判斷UWB雷達附近是否存在物體（或人）。具體來(lái)講，UWB雷達通過(guò)接收到的CIR（Channel Impulse Response信道脈沖響應）來(lái)探測周?chē)矬w及其運動(dòng)?？梢酝ㄟ^(guò)它來(lái)檢測兒童的呼吸，心跳等。
相比攝像頭，UWB雷達沒(méi)有隱私風(fēng)險，可以穿透毯子，后向安全座椅等。相比毫米波雷達，它的成本相對較低，且沒(méi)有無(wú)線(xiàn)電合規的風(fēng)險。
根據2021年11月我國工信部頒布的《汽車(chē)雷達無(wú)線(xiàn)電管理暫行規定》：24G毫米波雷達已經(jīng)禁止在新車(chē)上使用；77G毫米波雷達主要用于自適應巡航、防撞、盲點(diǎn)探測等應用；60G毫米波雖是目前艙內雷達使用的主要頻段，但工信部本次規定尚未包含對60GHz頻段的說(shuō)明。
4.4 星閃SparkLink
星閃無(wú)線(xiàn)短距通信技術(shù)SparkLink，主要由星閃聯(lián)盟制定和發(fā)布。針對包括汽車(chē)領(lǐng)域在內的關(guān)鍵應用場(chǎng)景及其需求，定義了從接入層到基礎應用層的端到端標準體系。
星閃技術(shù)提供SLB（SparkLink Basic，星閃基礎接入技術(shù)）和SLE（Sparklink Low Energy，星閃低功耗接入技術(shù)）兩種無(wú)線(xiàn)通信接口。
一方面，SLB支持20s的單向時(shí)延、99.999%的傳輸可靠性和1s的同步精度，主要用于承載以車(chē)載主動(dòng)降噪、無(wú)線(xiàn)投屏、工業(yè)機械運動(dòng)控制等為代表的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，其顯著(zhù)特征是低時(shí)延、高可靠、精同步和高并發(fā)等。
另一方面，SLE支持250s的雙向交互、低至-110dBm的接收機靈敏度和多達256個(gè)用戶(hù)的并發(fā)接入，主要用于承載包括耳機音頻傳輸、無(wú)線(xiàn)電池管理系統、工業(yè)數據采集在內的具備低功耗要求的業(yè)務(wù)場(chǎng)景。
在汽車(chē)領(lǐng)域，星閃技術(shù)的主要應用場(chǎng)景有：
1）車(chē)載主動(dòng)降噪
2）無(wú)鑰匙進(jìn)入
3）車(chē)載免提通話(huà)
4）車(chē)機手機互聯(lián)
5）無(wú)線(xiàn)電池管理系統
6）營(yíng)運車(chē)輛全景環(huán)視
7）無(wú)線(xiàn)氛圍燈
文章來(lái)源：智能座艙研究
轉自汽車(chē)電子與軟件
