車廠升級Wi-Fi 6的六個理由

作者 : Jeff James,恩智浦半導體

如今,車廠正在快速採用Wi-Fi 6,不僅因為最新的Wi-Fi 6標準能大幅改進原始性能,還能為市場帶來許多其他方面的最佳化。

數十年來,每當汽車愛好者討論汽車性能時,話題總是圍繞著原始速度。對於每一代新車型,人們的關注點都是汽車如何快速地從0加速到60,或者跑完1公里耗時多久。現在,這些談話內容正在發生改變。電子裝置為汽車提供支援,增強駕駛體驗,擴展了對汽車性能的定義。人們不但關注既定汽車型號的速度是否提高,也關注與同類汽車相比是否更智慧、更安全、功能更多。

類似的情況也發生在討論Wi-Fi標準的狀況,使用前代Wi-Fi標準時,速度是每一代新技術改進的主要目標。如今,車廠正在快速採用Wi-Fi 6,不僅因為最新的Wi-Fi 6標準能大幅改進原始性能,還能為市場帶來許多其他方面的最佳化。面對不斷成長的車輛內外使用案例,這些最佳化對於實現無縫無線體驗來說至關重要。

不斷成長的Wi-Fi使用案例

如今,Wi-Fi是客戶用來與車輛連結、互動的核心技術,它可以用來播放串流媒體音樂和視訊,在車內為裝置提供熱點,將手機投影到儀表板,以及無線下載更新資訊娛樂系統。車廠希望在未來大幅擴展這些使用模型,以支援不斷成長的創新型使用案例,包括:

  • 汽車內外多個攝影機的數據傳輸和記錄,增強駕駛安全;
  • 上傳自動駕駛感測器和攝影機資料,讓車廠可以改進駕駛員輔助工具;
  • 上傳維修和診斷資料,讓修車師傅在您預訂維修之前就可以瞭解汽車故障狀況。

車廠甚至希望在交車給客戶之前,可以使用Wi-Fi對生產線上的車輛進行程式化,或者在汽車停放在經銷商的停車場時就可以更新汽車韌體。Wi-Fi技術還可用於檢測到炎熱天氣下不慎被留在車內的兒童。

隨著使用案例不斷增加,包括駕駛和乘客以至於車輛本身在內的每個人,都在使用更多資料,而且這種需求只會增加。由於支援高解析度視訊,資訊娛樂檔案量不斷變大,而且越來越多的人在路上下載資料到裝置。同時,用於自動駕駛的感測器也會生成大量資料,最高值預期每天生成4TB,這些資料需要上傳以進行處理和分析。

韌體更新資料量也在變大,因為製造商需要向車輛下載更大的軟體,以便讓車輛保持最新的保障、安全和運行演算法。車廠需要更多方法來滿足這種資料成長需求,而Wi-Fi 6將在其中發揮重要作用。

5G不能滿足需求嗎?

Wi-Fi 6與5G蜂巢式網路幾乎同時投入應用,在設計上協同工作,在汽車連結方面相輔相成。對於大部分連結需求,Wi-Fi具有幾項關鍵優勢:首先,使用5G一直存在持續成本,因為5G運行的許可頻段由行動服務商管轄,後者基於個人和企業合同提供服務。

其次,5G覆蓋範圍短期內可能受限,因為基礎設施的佈署成本高昂,而且行動服務營運商對於升級是有選擇性的。第三,鑒於飽和度或低覆蓋範圍問題,為了提升性能,Wi-Fi過去為蜂巢式網路分擔了50%總行動流量。隨著5G營運商將整合Wi-Fi 6作為其佈署計畫的一部分,預計到2022年這個數字將上升至近60%。

車內Wi-Fi 6的六個優勢

恩智浦和包括IEEE 802.11ax工作小組在內的產業領導者,已經為Wi-Fi 6進行數次重要更新並添加了功能。車廠在現有平台開發中採用Wi-Fi 6的主要原因有以下六個。

1. 降低網路壅塞

近年來,隨著更多車輛(預計到2022年大部分車輛將搭載至少一台Wi-Fi裝置)提供Wi-Fi功能,Wi-Fi的使用量大幅增加,這導致車內外的網路壅塞和干擾增加。這種網路壅塞將影響道路上、交通堵塞時、停車場、甚至經銷商展示間的無線性能。

Wi-Fi 6透過兩項功能增加整體可用頻寬、減輕網路壅塞,使頻寬增加四倍並提高每名用戶的總頻寬。一是正交頻分多工接取(Orthogonal Frequency-Division Multiple Access,OFDMA),可以讓具有不同頻寬需求的多名用戶同時接取頻道;二是BSS (Basic Service Set) coloring,讓Wi-Fi 6在同一個頻道上識別來自不同無線電系統的訊號,隨後裝置可以識別並忽略不必要的流量、增加可用總頻寬。

2. 擴大覆蓋範圍

當汽車停放在家用車庫、經銷商展示間或停車場時,大部分車輛與最近接取點的距離較遠。這導致難以使用Wi-Fi功能,例如無線韌體更新或車輛資料上傳。Wi-Fi 6增加了幾項核心技術,極大地提高了覆蓋範圍。

目前2.4GHz頻率因為波長更長,通常被用來最大限度地延伸通訊距離,Wi-Fi 6添加了專用範圍擴展模式進一步延長了這一距離。Wi-Fi 6還可以在接取點中支援多達8個天線,其中8×8聲音回饋(sounding feedback)在更長的距離下實現完整的下載性能。

3. 降低功耗

車輛熄火時接取Wi-Fi網路會浪費寶貴的蓄電池電量、縮短汽車的怠速時間;這限制了停車時Wi-Fi的利用率。車廠使用多種技術降低系統功耗、降低熄火時的電流消耗,Wi-Fi 6使這一過程更為簡單。

Wi-Fi 6使用功效更高的排程機制,稱為目標喚醒時間(target wake time,TWT),讓接取點規劃每個用戶端的喚醒時間。汽車可以在設定時長內休眠,然後在需要連結Wi-Fi時喚醒;例如在經銷商據點,車輛可以接收必要的更新,隨時正常啟動和運轉,即使長時間停放也沒關係。

4. 速度更快

除了所描述的最佳化性能,Wi-Fi 6還確實能實現更快的資料傳輸速率。在極度擁擠的環境中,單個用戶端裝置的峰值資料傳輸速率也可提高40%。充分利用基礎協議的若干最佳化和附加功能,包括OFDM、MU-MIMO和1024-QAM (正交調幅),增加輸送量。

5. 上傳性能

隨著汽車更加智慧,以及自動駕駛模式的導入,車內生成的資料正在呈指數級成長。另外,為了在分享車輛的應用程式和其他程式中監控乘客或駕駛,車用攝影機越來越多;在不久的將來,分擔這種資料需要與下載速度相當的上傳性能。

為了與Wi-Fi 5中導入的下載多用戶MIMO (MU-MIMO)互補,Wi-Fi 6增強了上傳功能。對於多使用者網路來說,上傳資料速率將大幅提高80%之多。

6. 消費者滿意度

嚴格來說,消費者體驗不是Wi-Fi 6的特點,但是在車輛中使用Wi-Fi 6有助於改善駕駛體驗,滿足消費者對科技的需求。

Wi-Fi 6已經在消費性裝置中佔有一席之地,包括智慧型手機和接取點,並將迅速成為物聯網和智慧家庭裝置的一部分。消費者希望自己的車輛融入此一趨勢,隨著Wi-Fi 6的日益普及,獲得更加可靠的無縫連結。

事不宜遲

將Wi-Fi 6納入設計不容遲疑。智慧型手機上的標配技術通常需要兩到三年才能應用到車輛上。消費者希望自己的汽車緊跟這些趨勢,尤其是兼顧體驗、性能和品質。出於這個原因,很多車廠已經將Wi-Fi 6納入下一代車輛研發計畫。

身為Wi-Fi 6的早期創新者,恩智浦(NXP Semiconductors)已經提供專門針對車內使用、通過AEC-Q100認證的產品組合,滿足汽車、貨車和摩托車的嚴格品質要求和性能需求。Wi-Fi 6是未來車輛的樞紐技術,我們對它帶來的創新、營運效率和駕駛體驗抱有很大期望。

(本文由恩智浦半導體供稿,作者Jeff James是恩智浦連網汽車解決方案資深總監,在半導體產業擁有超過25年的經驗,一直負責汽車、消費性等應用市場的連結方案創新研發)

參考資料:

  •  IDC預測,到2025年全球資料量將成長至163ZB。這一數字已是2016年生成的16.1ZB資料的10倍。車輛本身生成的資料量也非常驚人。得益於自動駕駛測試車輛,自動駕駛車輛的資料以前所未有的速度成長,通常每輛車每天生成的資料在5TB和20TB之間。
  • Cisco表示:「總行動數據流量的一部分來自於行動連網裝置,行動數據分流將從2017年的54%增加到2022年的59%。分流量的決定因素是智慧型手機普及率、雙模式分享、家用行動網際網路使用比例以及家裡有Wi-Fi固定網際網路接取點的雙模智慧手機使用者比例。(https://www.networkworld.com/article/3341099/wi-fi-6-5g-play-big-in-ciscos-mobile-forecast.html)
  • 根據多位產業專家的意見,自動駕駛車量平均每天將產生4,000 GB資料,而這只是每天駕駛一小時所產生的資料。(https://autotechreview.com/features/flood-of-data-will-get-generated-in-autonomous-cars)

 

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