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有效測試是實現當代車輛中多種無線技術相容之關鍵

本文作者:羅德史瓦茲       點擊: 2019-07-24 17:36
前言:

 
早在20世紀60年代,令汽車製造商擔心的最複雜汽車射頻(RF)相互作用是點火系統和車載音訊廣播接收器之間的干擾。而如今,車輛需要應對來自蜂巢訊號發射塔、電視臺天線、數位無線電臺、極低能量全球導航衛星系統(GNSS)、城市地區Wi-Fi熱點、緊急服務通訊系統等RF訊號之干擾。
 
     認證要求是專用OEM標準必須考量的一個層面。此外,提供連接的電子元件必須符合無線電設備指令2014/53/EU(RED)要求。一般而言,OEM標準體現了多年來獲得的技術經驗累積,其中包括深度干擾分析。作為系統整合商,OEM需要負責整個車輛的功能,包括其電子元件。也許有人會問,如果CE標記設備符合RED適用的協調標準測試要求後,是否可以滿足車輛內預期用途要求。許多協調標準會涵蓋有限範圍的共存測試,例如簡單的阻塞(blocking)或選擇性測試,因此仍需要額外測試來證明該元件適用於典型RF環境。
 
     車廂內狀況本身就部分類似法拉第籠(Faraday cage),尤其具有挑戰性。在汽車開動時,多個智慧手機將嘗試蜂巢連接或在不同基地臺之間切換。車內資訊娛樂系統或設備和耳機之間可能存在多個藍牙連接,在一些車輛中也有透過行動蜂巢網路提供互聯網的行動Wi-Fi熱點。無線充電系統及其NFC鏈路需要進行配對,遙控免鑰匙進入和點火系統也進一步加劇車內環境挑戰性。成功管理車內所有這些RF能量共存是一項複雜任務。此外,還需要考量車輛外部傳輸RF能量對Wi-Fi網路,路人行動設備和車輛到所有(V2X)網路之影響,以評估潛在干擾。隨著BEV越來越受歡迎,需要在充電站充電的車輛數量正在增加,這是另一個需要對共存相關問題進行評估的用例。
 
     對於這些RF之間的干擾,其中一個關鍵挑戰是所使用頻譜之間更加接近甚至重疊。設計人員需要管理藍牙和WLAN之間的重疊,3G或LTE訊號與藍牙和WLAN之間的干擾,3G或LTE訊號和數位電視之間的干擾等等。儘管用於3G-WCDMA和LTE蜂巢標準的頻段之間沒有太多重疊,但每項業務的頻段劃分取決於運營商選擇、地區差異和政府法規。因此,資訊娛樂系統設計人員需要在其設計中支援越來越多頻段,以便透過單一系統能夠為更多地區提供服務。
 
      設計人員需要考量的另一個關鍵RF問題是某項無線技術相鄰通道之間可能存在的干擾。如果在一個通道上有較差的功率控制和不足的發送或接收濾波,很容易降低相鄰通道上的訊號品質。另外,由於手機嘗試連接或與來自不同網路運營商基地臺(也可能與車輛eCall模組使用的網路不同)進行通訊,可能發生互調(intermodulation)問題。事實上,所有支援無線技術都需要在實際運作中以所有支援的模式運作,理想狀況是在需要滿足任何用例組合之要求。
 
     確保這些RF設備共存的大部分任務將由車輛資訊娛樂系統的前端完成,它整合有支援這些標準的硬體,它們可以是單個或多個複雜片上系統。確保成功運作也需要使用能夠類比系統運作RF環境的系統進行大量測試。由於3G / LTE、緊急傳呼(e-Call)和GNSS系統(例如GPS)等天線均被放置在車輛外部,而藍牙和Wi-Fi天線則位於車輛內,因此需要進行重現真實世界RF環境的測試。
 
      羅德史瓦茲(Rohde & Schwarz)可以透過與正在開發自己專有OEM標準的汽車OEM協商來幫助解決複雜測試問題,從而支援他們以獨有方式去滿足國際法規和品質要求。作為測試和量測(T&M)設備供應商和製造商,Rohde & Schwarz能夠提供通用和客制化測試系統,包括寬頻無線電通訊測試儀、廣播測試中心、向量訊號發生器、頻譜分析儀和功率放大器。切換矩陣也是Rohde & Schwarz產品組合一部分,能夠使汽車客戶創建複雜的測試場景。羅德史瓦茲能夠整合在廣播、媒體和網路安全領域的專業知識,説明汽車客戶進行並行測試,例如用戶體驗、EMC一致性和共存,所有這些都可採用同一個測試設置完成。最終,這將有助於優化測試資源,縮短測試時間,並降低測試成本。
 
    關於上面概述測試要求的一個基本問題是在各種不同場景中如何管理所需訊號和干擾訊號的多種可能組合及其複雜性。對於那些希望瞭解更多有關該主題以及優化測試時程的工程師而言,羅德史瓦茲 應用筆記1MA275重點給出了一些RF量測的挑戰,介紹了表徵汽車資訊娛樂系統相關射頻特性的設備和技術,並考量了用戶體驗測試,目前這是汽車行業的熱門話題。
 
     讓我們從考量行動蜂巢網路開始。可以選擇R&S CMW500寬頻測試儀作為基地臺來類比端到端鏈路,包括3G,4G,WLAN和藍牙無線技術可能出現的衰減問題。它還支援歐洲eCall和俄羅斯ERA-GLONASS緊急應變系統。
 
       R&S BTC廣播測試中心是一個具有音訊/視訊分析功能的參考訊號發生器,可生成AM、FM、DAB/DAB+、DVB-T/DVB-T2、ATSC 3.0、DRM和SiriusXM無線電等真實世界的音訊和視訊訊號,同樣也內置有模擬衰減問題。該裝置可以生成這些訊號,並透過將設備的HDMI輸出回送到測試儀,能夠提供被測設備接收音訊和視訊方式的分析。它還具有兩個可以輸出高達6GHz的射頻訊號發生器,一個整合的音訊播放機和一個多媒體發生器。
 

 
R&S CMW500寬頻測試儀及SMBV100A向量訊號發生器
 


R&S BTC廣播測試中心
      R&S SMBV100A向量訊號發生器可以類比SDARS衛星標準,以及GPS、GLONASS、北斗和Galileo等GNSS訊號,以及新興的日本QZSS / SBAS系統,來提高衛星導航準確性。向量訊號發生器的選項包括具有即時編碼器和任意波形發生器的基帶發生器,以及基於自我調整速率的基帶發生器。
 
       第一步是透過直接連接測試儀到資訊娛樂系統來測試其各個方面功能。一旦每項功能在直接連接時顯示可以按預期運作,下一步就是探討資訊娛樂系統中的多個子系統在直接連接和同時運作時如何共存。當然,最後一步設置外部天線和放大器,並使用測試儀進行互動。這將檢查每項功能在無線運作時如何獨立運作,以及最終在這種狀況下多種無線技術如何共存。透過這種方式,尤其是採用羅德史瓦茲等合作夥伴的測試經驗和專業知識,以及強大的產品組合,測試將不再是一項不可逾越的任務。

 

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