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車用資訊娛樂系統擴展智慧駕駛應用 無線網通方案左右用戶體驗

  • DIGITIMES企劃
整合藍牙、Wi-Fi的SoC無線通訊解決方案,已經成為車用多媒體影音的加值應用網通方案首選。Cypress Semiconductor

在汽車智能化潮流下,車用娛樂系統的地位越來越受到重視,IVI不再只是作為娛樂媒介,未來也將成為智能化汽車主 / 被動安全功能的控制中樞,所提供的各種無線 / 有線傳輸方案更左右了車載娛樂 / 安全系統的使用體驗…

 

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5G WiFi整合Bluetooth Smart與MIMO技術的SoC解決方案,可透過支援即時同步雙頻(Real Simultaneous Dual Band)技術搭配滿足車用電子的網通應用整合需求。Cypress Semiconductor

車用智能加值應用提升  車載娛樂裝置已成載智能中樞需求

隨著車用電子技術持續精進,以往在科幻電影中才能看到的智能系統人機交互情境,如生物體徵辨識、語音辨識 / 語音控制、穿戴式智能設備連線操作等,在新一代中 / 高階車型已相繼列入標準配備,或許現有設計在整合度未能如科幻電影般超現實,但實際上,智能IVI系統實用性與便利性已經達到現有智能用車的基本需求。

例如,車主使用設置車內的攝影機進行駕駛的身分識別、對應自動調校電動座椅取得最舒適的乘坐設定、娛樂系統偏好設定等,或是透過穿戴式電子產品進行車主身分識別、啟動車輛運作等。

而在車用多媒體終端的技術整合方面,使用觸控式屏幕取代常規的機械按鍵操控也成為主流,觸控屏幕有越做越大趨勢,甚至連原有機械結構為主的儀表板(速度表 / 轉速表)等關鍵車用儀表,在高階車型中,改用液晶螢幕呈現也成重點設計,或透過更多元變化、可個性化設置的車用儀表,滿足不同車主喜好與特殊個性化設計的使用期待。

在各種電子科技相繼導入用車情境的潮流下,對於車用娛樂系統(In-Vehicle Infotainment system;IVI system)的系統擴展性、連結性要求也越來越高,傳統IVI系統條件會較關注車用環境的穩定性、耐用度等,在操控需求會以機械式控制作為用戶主要介面,為求系統穩定性在系統擴展與連結性能因此受限。

新一代嵌入式智能運算技術導入用車情境後,對IVI系統的要求除在原有車用電子的高穩定性、耐用度條件外,對外部多媒體娛樂資源、聯網資源、AI智能互動資源的需求增加,設計難度更高。

 

車載IVI整合娛樂、智能應用、控制中樞

現有車載IVI系統整合,如前述,已逐步成為車用電子系統的人機介面中樞,能處理的應用不光光僅有多媒體娛樂資源展現用途,像是車室內空調、燈光、功能性的視覺化調整設定,到關乎安全的各項主 / 被動安全控制與運作狀態,用車環境的主動系統診斷狀態回報,隨時掌控車輛的車況條件、進一步主動分析用車情境與相關如油料與區域加油站座標、路線建議等,讓用車條件與IVI系統做進階整合,透過聯網資源使智能系統善用外部聯網資訊源達到最佳化汽車智能化的目標。

為了實現IVI系統作為車載資 / 通訊環境的處理中樞目標,IVI系統的聯網能力即成為整合智能用車功能的關鍵,許多車廠也開始覺察到IVI系統在發展智能車的重要性,而不同車廠的IVI平台整合型式不同,也會因為設計風格、開發方向的差異也會有不同設計方向,例如,新一代電動車如Tesla系列車型,即刻意將IVI系統搭配大型LCD觸控屏幕整合,其餘主流車廠則習慣仍以8~10吋顯示屏處理IVI系統的顯示或觸控人機介面需求。

透過無線傳輸技術  擴展IVI聯網與資料擷取加值應用

除了顯示、觸控人機介面設計外,IVI系統另一個整合重點即在車用聯網環境設計,例如,為了讓車主雙手釋出不再因為操作手機IVI提供近場藍牙網路,讓手機能與車上的IVI系統交換資訊,甚至投映相片、傳輸查詢定位的座標點、多媒體影音資料傳遞等,幾乎每一隻手機都有設置的近場藍牙傳輸模組,在車室空間僅3?5m區域下已有不錯的網通環境連接效果,而IVI系統若無設置4G/3G網通數據連接模組,也能透過藍牙的網路連接機制,將智慧手機的網通服務提供給車用IVI系統接取。

雖說藍牙近場無線傳輸應用,在用車情境下僅有3?5m傳輸距離應用上綽綽有餘,但實際上藍牙無線傳輸環境受限低功耗設計限制,在Bluetooth 4.2版傳輸效能可達到1.5Mb/s,傳輸應用的重點仍放在省電效能方面,至於新一代Bluetooth 5.0版技術方案,在傳輸效能、傳輸範圍距離都有所提升。

Bluetooth仍是近場低功耗要求最佳車用網通方案

若檢視Bluetooth 5.0版近場無線通訊技術方案規格,Bluetooth 5.0的有效傳輸距離已可達到4.2LE版本至少4倍表現,理論傳輸距離可以達300m,傳輸速度也是4.2LE版本的2倍,傳輸效能極致有可能達到24Mb/s,其餘Bluetooth 5.0還有針對未來IoT物聯網其他產品的擴展應用,也因此奠定了IVI系統優先整合藍牙近場網通技術方案的位置。

即便新一代Bluetooth近場無線通訊極具優勢,但實際上在其傳輸效能仍是遠遠落後Wi-Fi無線通訊技術,因為,Bluetooth通訊技術方案的重點仍以「省電」表現優先考量,若對於如高清視頻、無損音樂等新一代IVI娛樂系統的重點應用,現有的藍牙無線傳輸技術在傳輸效能表現可能就會出現力有未逮狀況,而在眾多無線網通方案中,目前以Wi-Fi無線通訊技術在效能與節能條件最為平衡。

新一代Wi-Fi與MIMO方案  仍是車內高速無線傳輸首選

 

目前Wi-Fi(802.11x)網通技術方案中,在高速傳輸表現方面以IEEE802.11x應用最普及,以目前相對普及的IEEE802.11n、IEEE802.11ac來說,前者為使用2.4G/5GHz頻段傳輸的無線技術方案,傳輸效能最高可達到150Mb/s,可搭配MIMO(Multi-input Multi-output)天線技術配置提升傳輸效能表現,至於IEEE802.11ac採行5GHz頻段進行傳輸,傳輸效能在新的Wave 2規格下,最大的提升在於支援160MHz頻寬。

由於可使用的頻寬倍增,無線傳輸速度也能達到翻倍飆漲,在Wave2另一提升視支援MU-MIMO(Multi-User Multiple-Input Multiple-Output)多用戶的多天線收發技術,也就是說原有僅多天線收發用戶搶頻寬的問題,運用新天線技術方案獲得大幅改善,但目前車用娛樂環境使用的需求較單純,頂多作為手機投映畫面至IVI屏幕呈現使用的無線網通方案,一般採行IEEE802.11n搭配單篇線方案其實就相當夠用,對投映屏幕的傳輸數據量也算能滿足用戶體驗綽綽有餘。

在車內的高效傳輸的近場無線傳輸需求應用中,眾多無線網通方案依舊還是IEEE802.11x的Wi-Fi方案最有效益,不僅在網通模組、手機支援性、傳輸效能等,都是目前沒有其他方案可以抗衡,加上車載環境在電力供應的部分限制不大,高速無線傳輸的應用條件並不會有太大問題。

至於更新一代的IEEE802.11ad(Wireless Gigabit Alliance;WiGig)無線通訊方案,為使用60GHz無須執照的頻帶運行,技術號稱可以達到1Gb/s傳輸,或是500Mb/s單一連線傳輸效能,雖然規格亮眼,但在一般家用、商用場域受限新方案僅有10m距離(基於beamforming傳輸條件),導致市場應用能見度相對較低,相關模組製造 / 驗證成本較高,車載應用幾乎沒有廠商導入。

另一個IVI系統的網通介接思路,就是導入如3G/4G無線數據傳輸方案,3G執照目前處於退場機制,主流商用無線網路接取都會優先使用4G傳輸方案,對於車載應用來說,導入如4G Lte(Long Term Evolution)無線數據傳輸方案若不考慮連接資費問題,其實實用性相當高,以LTE帶來的好處其實即是行動數據接取會比現行 3G/3.5G更快,搭配載波聚合(Carrier Aggregation;CA)功能,4G Lte無線通訊技在串流影音娛樂內容、或是接取區域道路設施網通服務都足以滿足車用路應用需求。