接上一篇：詳解智能座艙通信技術（一）
3.4 DP ALT Mode
DP ALT mode 允許通過一根電纜，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(guī)范中，采用同一個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(guī)連接方式；
2）DP 4Lane+USB2.0+VBus：這時，高速的4對lane全部給DP使用，同時支持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，2對高速差分線給DP使用，2對給USB 10Gbps使用，同時還支持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-來使用。
5）如何觸發(fā)DP ALT Mode
Type-C Alt Mode 大致配置流程如下：
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USB 連接 通過CC偵測到；
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VBUS 引腳 提供默認電源配置 5V@500mA；
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VBUS 所需的額外USB電力傳輸可以進行協(xié)商，Battery Charge 1.2（BC 1.2）或USB PD 都可以選擇；
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使用 結構化 供應商定義報文（VDM） 需要USB PD 來發(fā)送來協(xié)商 Alt Mode 握手；
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USB 枚舉；
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如果 DP Alt Mode 協(xié)商已經(jīng)完成，繼續(xù)進行DP link training來建立DP連接；
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USB和DP通道準備就緒進行Type-C 數(shù)據(jù)和視頻信號傳輸；
3.5 車規(guī)
在智能座艙環(huán)境下，USB Type-C接口和線纜還需要滿足車規(guī)的標準。這里車規(guī)的含義，包括環(huán)境溫度和接插件的穩(wěn)固程度。除了暴露給用戶可見的Type-C接口與消費類電子相似之外，其他與車內(nèi)零部件連接的接插件和線纜都要滿足車規(guī)的標準，以應對惡劣的車內(nèi)環(huán)境，以及更長的使用周期限制。
一般來說，車內(nèi)使用的USB接口與線纜，需要考慮如下幾個因素：
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傳輸距離：通常來說，USB 10Gbps信號線傳輸長度在1米到5米之間。如果超過2米，一般都要在Sink端增加Redriver芯片，否則信號眼圖將會閉合，無法傳輸；
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工作溫度：接插件和線纜的工作溫度要滿足AEC-Q100 Grade2的標準，也就是達到-40°~+105°；
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電磁屏蔽：由于車內(nèi)電磁屏蔽的要求，線纜需要帶屏蔽層才能保證較好的EMC電磁兼容性；
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穩(wěn)固程度：由于汽車運行環(huán)境存在顛簸，所以一般消費級的連接器無法應用在車內(nèi)，需要考慮專用的接插器件，保證連接的穩(wěn)固；
3.6 Redriver
中繼器，有一個接收器和一個發(fā)射器，在接收器端，它通過它的均衡器（EQ）扮演著一個信號調(diào)節(jié)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，會導致額外的時鐘抖動。經(jīng)過均衡后的信號便會被發(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。這兩個技術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)過被動式的媒介比如PCB走線時，它會線性衰減。無論線路輸入端信號幅度如何，PCB線路都會使它衰減一定比率。一個完善的中繼器應當恰恰相反，無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性中繼器，他的作用就是移除PCB走線的影響。
四、短距無線連接
隨著汽車智能化的發(fā)展與新型電子電氣架構的演進，傳統(tǒng)車內(nèi)有線通信技術存在著諸多痛點：
1）線束長度增加：由于智能化與自動化的發(fā)展，車內(nèi)傳感器和執(zhí)行器均大幅增加。采用有線技術連接，則線束長度，重量，成本會帶來更大影響；
2）線束安裝困難：線束安裝強依賴于人工，線束安裝的成本占人工成本的50%；基于有線連接的車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(shù)量多：由于線束連接，導致車內(nèi)接插件數(shù)量顯著增加。由于車內(nèi)電磁干擾等影響，一定場景下有接插件失效的危險；
因此，為了滿足車輛生產(chǎn)制造過程中的成本控制，靈活部署，降低重量等需求，并且在座艙娛樂系統(tǒng)中方便用戶體驗，以車內(nèi)短距無線連接代替部分有線連接，完成數(shù)據(jù)傳輸和控制功能成為發(fā)展重點。當前，電池管理系統(tǒng)，車載信息娛樂系統(tǒng)，無鑰匙進入，胎壓監(jiān)測等車載應用出現(xiàn)了無線化的需求。車載應用功能對短距無線通信技術提出了“低時延，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內(nèi)短距無線通信技術，而用于車云一體化和車聯(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)展歷程和技術原理紛繁復雜，在此不多做介紹。目前在車內(nèi)座艙環(huán)境中，為了引入對用戶設備無線連接的支持，以及車機手機互聯(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(shù)量 * 1/(Symbol+GI) * 編碼方式 * 碼率 * 有效子載波數(shù)量
1）空間流數(shù)量
空間流，即Wi-Fi AP與Station之間建立的空間數(shù)據(jù)流。2*2代表有2條數(shù)據(jù)流。8*8就代表有8條空間數(shù)據(jù)流。對于發(fā)送方來說，有幾條空間流，就需要有幾根天線。
2）Symbol與GI
Symbol就是時域上的傳輸信號，相鄰的兩個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，一般來說傳輸速率較快時GI需要適當增大。
3）編碼方式 (bit數(shù)/Symbol)
編碼方式就是調(diào)制技術，即1個Symbol里面能承載的bit數(shù)量。從Wi-Fi 1到Wi-Fi 6，每次調(diào)制技術的提升，都能至少給每條空間流速率帶來20%以上的提升。
4）碼率
理論上應該是按照編碼方式無損傳輸，但現(xiàn)實沒有這么美好。傳輸時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際真實傳輸?shù)臄?shù)據(jù)碼占理論值的比例。
5）有效子載波數(shù)量
載波類似于頻域上的Symbol，一個子載波承載一個Symbol，不同調(diào)制方式及不同頻寬下的子載波數(shù)量不一樣。
下表給出了Wi-Fi速率的計算表格：
對于Wi-Fi6 8*8的配置來說，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)，此時代表在2.4GHz 和 5G Hz兩個頻段上并發(fā)傳輸，速率標記為2*2+2*2，實際最高帶寬可接近3Gbps。
4.2 BT
藍牙 (BlueTooth) 技術是一種無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性全球規(guī)范，它以低成本的近距離無線連接為基礎，為固定設備或移動設備之間的通信環(huán)境建立通用的無線電空中接口（Radio Air Interface），將通信技術與計算機技術進一步結合起來，使各種3C設備在沒有電線或電纜相互連接的情況下，能在近距離范圍內(nèi)實現(xiàn)相互通信或操作。簡單的說，藍牙技術是一種利用低功率無線電在各種3C設備間彼此傳輸數(shù)據(jù)的技術。藍牙工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工業(yè)、科學、醫(yī)學）頻段，使用IEEE802.15協(xié)議。
藍牙規(guī)范可分為兩個層次：
1）Core Specification（核心規(guī)范）：用于規(guī)定藍牙設備必須實現(xiàn)的通用功能和協(xié)議層次。它由軟件和硬件模塊組成，兩個模塊之間的信息和數(shù)據(jù)通過主機控制接口（HCI）的解釋才能進行傳遞。這個是必選。
2）Profiles（藍牙應用規(guī)范）：它從應用場景的角度為藍牙技術的使用制定了不同的規(guī)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：BR和LE，這兩種技術，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設備最好能同時支持BR和LE，這樣在設備進行互聯(lián)時，可以根據(jù)實際需要，確保最大的兼容
1.Basic Rate (BR)
BR也稱為經(jīng)典藍牙技術，它包括可選（optional）的EDR（Enhanced Data Rate）技術，以及交替使用的（Alternate）的MAC層和PHY層擴展（簡稱AMP）。對于EDR來說，最高傳輸速率可以達到2.1Mbps；對于AMP來說，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)。簡單的說就是兩個BT設備先在EDR上完成了點對點的連接，然后再協(xié)商是否都遷移到AMP上去，以實現(xiàn)更高的傳輸速率。
2.Low Energy (LE)
LE的重點是低功耗。它主要通過幾個低功耗組件來實現(xiàn)藍牙設備的發(fā)現(xiàn)，管理，連接等功能。
1）GATT：表示服務器屬性和客戶端屬性，描述了屬性服務器中使用的服務層次，特點和屬性。BLE設備使用它作為藍牙低功耗應用規(guī)范的服務發(fā)現(xiàn)。
2）ATT：實現(xiàn)了屬性客戶端和服務器之間的點對點協(xié)議。ATT客戶端給ATT服務器發(fā)送請求命令，ATT服務器端向ATT客戶端發(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，它通過生成和解析設備的地址來識別藍牙設備。
4）L2CAP：管理連接間隔，例如10ms同步一次。它對LL進行一次簡單封裝，LL只關心數(shù)據(jù)本身，L2CAP就要區(qū)分是加密通道還是普通通道，同時還對連接間隔進行管理。
藍牙常用的一些Profile：
1.A2DP：
全稱為 Advances Audio Distribution Profile ，高質(zhì)量音頻分發(fā)規(guī)范，定義了如何將立體聲(Stereo)質(zhì)量的音頻通過流媒體的方式從媒體源傳輸?shù)浇邮掌魃希珹2DP使用Asynchronous Connectionless Link（ACL，藍牙異步傳輸）信道傳輸高質(zhì)量音頻內(nèi)容，它依賴于Generic Audio/Video Distribution Profile（GAVDP，通用音頻/視頻分發(fā)規(guī)范）。A2DP必須支持低復雜度及Sub-bandCodec（SBC，低帶寬編解碼）。A2DP有兩種應用場景分別是播放和錄音。
1）播放場景是具有藍牙功能的播放器通過A2DP向藍牙耳機或藍牙立體聲揚聲器傳送高質(zhì)量音頻。
2）錄音場景是具有藍牙功能的麥克風通過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(guī)范，它可以控制音視頻流的協(xié)議，進行暫停，播放，停止，音量控制等。AVRCP協(xié)議定義了2個角色：
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)
免提通話規(guī)范。定義了藍牙音頻網(wǎng)關設備如何通過藍牙免提設備撥打和接聽電話。HFP包括兩個角色：Audio Gateway（AG，音頻網(wǎng)關）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(zhí)行音頻網(wǎng)關的遠程音頻輸入輸出設備，如耳機或者車載音響系統(tǒng)。
3）和HFP相關的規(guī)范有Headset Profile(HSP，耳機規(guī)范)，Phonebook Access Profile(PBAP，電話簿訪問規(guī)范)。
藍牙的發(fā)展歷程
4.3 UWB
UWB(Ultra Wide Band, 超寬帶)技術是一種使用1GHz以上頻率帶寬的無線載波通信技術。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(shù)據(jù)，因此其所占的頻譜范圍很大，盡管使用無線通信，但其數(shù)據(jù)傳輸速率可以達到幾百兆比特每秒以上。使用UWB技術可在非常寬的帶寬上傳輸信號，美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）對UWB技術的規(guī)定為：在3.1~10.6GHz頻段中占用500MHz以上的帶寬。
UWB的特點很多，其中一個特點是定位精確。
“沖激脈沖具有很高的定位精度。采用UWB技術，很容易將定位與通信合一，而常規(guī)無線電難以做到這一點。UWB技術具有極強的穿透能力，可在室內(nèi)和地下進行精確定位，而GPS(全球定位系統(tǒng))只能工作在GPS定位衛(wèi)星的可視范圍之內(nèi)。與GPS提供絕對地理位置不同，超寬帶無線電定位器可以給出相對位置，其定位精度可達厘米級，此外，超寬帶無線電定位器在價格上更為便宜?！?/span>
在智能座艙上，目前UWB有3個應用方向：
1.無鑰匙進入系統(tǒng)
2. 汽車迎賓系統(tǒng)
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。此時可以啟動相對應的迎賓系統(tǒng)，給用戶以更佳的體驗感受。
3. 車內(nèi)兒童檢測
歐洲NCAP計劃從2023年1月起增加對車內(nèi)兒童存在檢測的評分，各項規(guī)定非常細致。美國正在立法要求所有新車預裝兒童存在檢測功能，預計在2025年全面實施。據(jù)說國內(nèi)相關規(guī)范也在評估制訂中。
“將兒童單獨留在停放的車內(nèi)，即使只有幾分鐘，也可能導致中暑和死亡，尤其是當汽車暴露在陽光下時。兒童無法自行下車，再加上對高溫的耐受性較低，因此要求兒童不得留在車內(nèi)無人看管。溫度可以在短短15分鐘內(nèi)達到臨界水平，讓窗戶半開著幾乎不能減少威脅。與車禍相比，兒童死于車輛相關中暑的情況較少發(fā)生，但這些完全可以避免的死亡的性質(zhì)值得特別關注，因為解決車內(nèi)兒童體溫過高問題的技術已經(jīng)存在?！币陨衔淖謥碜詺W洲NCAP關于兒童存在檢測的測試與評估標準的直接翻譯。
用于車內(nèi)兒童檢測的技術，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，通過對回波擾動的分析來判斷UWB雷達附近是否存在物體（或人）。具體來講，UWB雷達通過接收到的CIR（Channel Impulse Response信道脈沖響應）來探測周圍物體及其運動。可以通過它來檢測兒童的呼吸，心跳等。
相比攝像頭，UWB雷達沒有隱私風險，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，且沒有無線電合規(guī)的風險。
根據(jù)2021年11月我國工信部頒布的《汽車雷達無線電管理暫行規(guī)定》：24G毫米波雷達已經(jīng)禁止在新車上使用；77G毫米波雷達主要用于自適應巡航、防撞、盲點探測等應用；60G毫米波雖是目前艙內(nèi)雷達使用的主要頻段，但工信部本次規(guī)定尚未包含對60GHz頻段的說明。
4.4 星閃SparkLink
星閃無線短距通信技術SparkLink，主要由星閃聯(lián)盟制定和發(fā)布。針對包括汽車領域在內(nèi)的關鍵應用場景及其需求，定義了從接入層到基礎應用層的端到端標準體系。
星閃技術提供SLB（SparkLink Basic，星閃基礎接入技術）和SLE（Sparklink Low Energy，星閃低功耗接入技術）兩種無線通信接口。
一方面，SLB支持20s的單向時延、99.999%的傳輸可靠性和1s的同步精度，主要用于承載以車載主動降噪、無線投屏、工業(yè)機械運動控制等為代表的業(yè)務場景，其顯著特征是低時延、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個用戶的并發(fā)接入，主要用于承載包括耳機音頻傳輸、無線電池管理系統(tǒng)、工業(yè)數(shù)據(jù)采集在內(nèi)的具備低功耗要求的業(yè)務場景。
在汽車領域，星閃技術的主要應用場景有：
1）車載主動降噪
2）無鑰匙進入
3）車載免提通話
4）車機手機互聯(lián)
5）無線電池管理系統(tǒng)
6）營運車輛全景環(huán)視
7）無線氛圍燈
文章來源：智能座艙研究
轉自汽車電子與軟件
