利用5G升级汽车信号管理，为未来做好准备

作者: e络盟技术团队

5G的引入颠覆了汽车行业。5G 汽车凭借其惊人的速度、更好的连接性和更低的延迟，将会改变汽车的工作方式。

5G 的采用将使汽车变得更安全、更高效。5G 在联网汽车中的未来涉及内部和外部天线的战略整合，帮助汽车与 5G 网络进行高速、低延迟且可靠的通信。这种 5G 通信使得高级驾驶辅助系统（ADAS）、实时交通更新、远程诊断和无缝娱乐体验等各种应用成为可能。随着 5G 基础设施不断发展，联网汽车将变得越来越精密，并能够充分发挥这一变革性技术的潜力。

5G的推动力

未来，使用 5G 网络的汽车需要具备增强的移动宽带、大规模机器式通信（mMTC）以及超可靠且低延迟的通信。消费者通过增强的移动宽带，只需数毫秒即可传输千兆字节的数据。mMTC 允许间歇性数据传输，从而实现智慧城市，由5G连接的路灯、红绿灯和建筑控制交通流量。在农村地区，联网农业系统则可以提高作物产量，降低粮食成本。对于自动驾驶汽车、远程患者监护和工业自动化等高风险基础设施来说，超可靠且低延迟的通信至关重要。这些作业方式推动了在不久的将来对更高连接性的需求。

5G在联网汽车中的未来

5G 为汽车行业提供了新的商业机会，并且提高了道路安全。道路运营商可以利用从联网车辆中收集的数据进行分析, 确保交通安全并避免事故发生。

图 1：联网车辆属于物联网环境的一部分

汽车制造商倾向于安装车载安全传感器，以确保驾驶员的安全。汽车传感器支持自动驾驶，并且可在没有网络的情况下检测交通拥堵情况和替代路线选择。新型 5G 基础设施凭借经过红绿灯优化的速度控制系统、调节各十字路口的交通，以及自动驾驶车辆使用专用车道方便驾驶和移动，将会创造更加便捷的驾驶体验。凭借5G技术，汽车零事故的宏伟愿景将触手可及。

信号完整性管理

对于3G和4G，业界以低于6GHz的频率使用非独立（NSA）新无线电（NR）。然而对于5G通信，长期目标是将6GHz以下频率和24GHz至100GHz之间的频谱结合起来。5G频率分配分为FR1和FR2两个频段。目前的新无线电（NR）标准支持600 MHz至50 GHz 以上的频率，在5G频率范围的下限和上限之间具有不同的信号特征。

FR1 频段分为低频段（600至700 MHz）和中频段（2.5至3.7 GHz）。这些频率适用于 WiFi、GPS、蓝牙、Zigbee 通信信号和其他非通信设备。第二个频段FR2包含 24至39 GHz 的毫米波（mmWave）频率。频率越高，数据传输速度越快。低频段提供类似 4G 的 25 至 200 Mbps 下载速度，而FR2频段则可实现20 Gbps 的下行速度。毫米波的波长约为 1cm 至 1mm，频率范围约为30 GHz至300 GHz。

随着频率的不断提高，信号完整性（SI）管理变得越来越困难。速度提高的同时也要做出权衡：传播受限于视距（LOS），随着距离的增加衰减更快，并且更难以穿透建筑和茂密的植被。这些损失可以通过部署更多的蜂窝来弥补，尤其是在城市环境中。可以使用不同的蜂窝配置来应对毫米波频率的实际情况。

全向天线和信号强度方面的挑战

汽车行业对5G的前景持乐观态度，但在整合移动通讯与天线技术方面仍存在挑战。目前，信号通过电缆连接从车顶的天线传输到车载电子设备。由于需要更高的带宽，5G将探索从6到100 GHz的更宽工作频率范围，这就要求将电子设备安装在靠近天线的位置。然而，天气波动和高温会对电子设备的性能和运行周期产生负面影响。频率范围的扩大增加了无线电场衰减，导致只能从更短的距离接收信号。这导致全向天线出现问题，无法接收信号或只能在有限范围内接收信号。另外，路边装置也必须配备定向天线，将信号传输到过往车辆的设备上。一些天线制造商正在合作解决该问题。5G将使用FR2，即扩展的毫米波频段，比LTE频段要宽10倍。

天线解决方案

天线在无线高速通信、实现信息共享、无缝车载娱乐以及物联网扩展方面至关重要。5G设备需要重新设计并高度优化天线，以支持新的频率和传输方式。5G大规模 MIMO网络具备更强的抗干扰能力，并且使用波束成形技术来最大限度地提高信号传输。

天线在现代汽车设计中很常见，每辆车上都会安装多达二十几个天线。天线厂商如莫仕Molex 可针对任何连接要求提供定制的天线解决方案。而且，这些解决方案在经过设计和测试后，完全符合汽车和商用车OEM厂商的规格要求。莫仕工程师采用业内领先的射频专业知识开发一流的天线，确保实现卓越的连接性。

天线需要安装在车厢安全环境内外的战略位置，并与车身控制模块（BCM）系统相连。设计人员需要访问内部和外部的天线解决方案才能在现代汽车内实现无钥匙功能。他们需要一个占地面积小的PCB板载天线，以及一个密封的外部天线用于非车厢安装。

每辆车都会发送大量数据。该系统采用多输入多输出（MIMO）发射器和接收器同时传输大量数据。满足这一苛刻要求的最新解决方案是多合一集成天线，它支持一系列 MIMO技术，包括 5G NR 4x4/LTE MIMO和 WiFi MIMO，并结合使用多个WiFi 5G 天线作为导航的GNSS解决方案。这些多天线解决方案将为自动驾驶汽车所需的大量数据提供需要的带宽。

外部天线

莫仕提供电缆连接的外部天线，它的外壳采用的是坚固耐用的热塑性材料，并且能够提供卓越的射频性能。这些天线适用于各种环境，包括高湿度、腐蚀性化学品、极端温度、冲击和振动。莫仕已将其在坚固连接系统和外壳方面的专业知识应用于外部天线，可提供标准的粘合、磁吸和螺栓固定选项。天线和电缆既可以采用标准配置，也可以定制。其不断扩展的创新天线产品系列包括用于2G/3G/4G/5G模块和设备的现成 LTE/5G天线。这些天线可提供卓越的覆盖范围、可靠性、高效率和峰值增益，使其成为不同无线和网络应用的理想选择。多协议解决方案支持 GSM、CDMA、UMTS、LTE、5G NR等蜂窝频段，适合各种应用。

图 2：LTE/5G 蜂窝外部天线

内部天线

挡风玻璃或车顶等内部天线与车辆结构融为一体，可提供美观而令人愉悦的保护。但是，金属机身可能会造成干扰并影响性能。车外的外部天线可以更好地接收信号，因而用于自动驾驶和实时通信等应用。但视觉上并不美观，而且容易损坏。莫仕利用其行业领先的专业知识和能力为无线和移动应用设计和制造定制的天线解决方案，专注于采用 MID/LDS、柔性、冲压和陶瓷技术的小型多频段和互补天线。

MID/LDS技术可为模制互连器件提供灵活性和三维设计自由。它由一家供应商提供工程服务和制造工艺，从而确保质量、一致性和经济效益。LDS技术支持将多个天线集成到一台设备中。

组合天线

莫仕组合天线扩展了频率范围，支持多种无线通信协议、远程连接、高功率效率和轻松集成。随着WiFi/GPS应用变得越来越小，它们需要更小但性能更高的天线，来覆盖整个GNSS 频段。莫仕的紧凑型2.4/5 GHz组合型GPS/WiFi陶瓷天线是一种具有成本竞争力的解决方案。

先进的WiFi应用需要坚固耐用的天线来实现高屏障穿透和可靠的连接。莫仕兼容WiFi HaLow 的三频段陶瓷天线具有抗干扰性，支持比 2.4/5 GHz连接更大但更低的频率范围，在更广的范围内以更低的功率运行，并支持多种设备。无线通信开发人员更喜欢可以立即集成的天线，而莫仕GPS/WiFi 组合型平衡PCB和柔性天线采用偶极设计，可实现平衡传输。

5G连接器

毫米波系统中的连接器在几何形状、尺寸和材料选择方面面临挑战，同时还要与传输线路的特性阻抗相匹配。阻抗匹配对于减少信号反射和最大限度传输功率至关重要。5G连接器必须处理比前几代产品更高的功率，瞬时电流可能达到15A+以上。设计考虑因素包括短射频终端、增加屏蔽以及独特的屏蔽位置。先进的 5G应用需要节省PCB空间、具有高性价比和各种设计功能，以满足客户的应用需求。5G15系列连接器可最大限度节省PCB空间，支持高达15 GHz的频率，并且具有EMI屏蔽，坚固的配接以及电源和高速信号选项的引脚分配。它的过模设计可防止将引脚拔出，同时坚固的大型电源和接地钉可防止在配接时损坏互连器件。

5G15系列连接器具有高度通用性，可取代FPC电缆上的多根同轴电缆，支持5G毫米波，6 GHz以下频率和4G/LTE应用，并且在单个连接器中结合了射频和非射频连接。在具有2射频 + 1.0A电源或4射频但无电源配置的天线模块中，可以灵活分配电源和高速信号的引脚。

凭借莫仕专有的触点屏蔽和射频终端隔离技术，5G25系列连接器为高频（25 GHz）需求提供了行业领先的信号完整性能。连接器的易损性使其制造商必须提供卓越的电气可靠性，因为它们必须坚固耐用，能够承受粗暴的处理或严苛的工作条件。设计灵活性对于这些连接器适应广泛的行业应用至关重要。5G25系列独有的插头和插座设计满足了移动、可穿戴设备和5G行业对射频连接器需要易于部署的要求，这些连接器可在需要配合公差的组装过程中轻松部署，同时又能够保持电气接触的可靠性。

结语

作为连接解决方案提供商，莫仕正以其先进的天线技术、天线集成、信号增强方案、物联网连接创新，来影响5G在联网汽车中的发展前景。 通过精心设计和制造高性能的内部和外部天线，莫仕不仅满足了汽车行业对技术与美学的双重高标准，确保了卓越的信号接收能力，还致力于克服汽车金属构造带来的信号干扰挑战，从而提升天线性能，促进车辆与物联网生态系统间数据的高效流通。e络盟以其快速响应的供应链体系、可靠的产品来源以及深厚的行业知识，为电子与工业系统的设计、维护及维修提供一站式解决方案。作为莫仕信赖的合作伙伴，e络盟帮助广大客户轻松选购莫仕各种5G连接解决方案，从而加速其创新步伐，把握5G时代的无限可能。