Connected-Car
Das 4G-vernetzte Auto
15. Oktober 2014, 8:51 Uhr |
Charles Sturman, Jan Reisen, Carl Fenger, U-Blox
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Hintergrund: LTE-Anforderungen für Automobil-Anwendungen
Für Anwendungen im automobilen Kontext sind bei der Integration von LTE in die Fahrzeuge einige Faktoren zu berücksichtigen:
- Funkspektrum und Antennen: Über den komplizierten geografischen Mix aus Funkbändern, die für den LTE-Dienst verwendet werden, ist schon viel veröffentlicht worden. Heute sind mehr als 40 LTE-Bänder definiert und in vielen Regionen ist es erforderlich, mindestens fünf oder sechs Bänder gleichzeitig zu unterstützen. Die Mobilität eines Autos von einer Region zu einer anderen (Roaming), beispielsweise von Nord- nach Südamerika oder von Ost- nach Westeuropa, verlangt, dass in Autos höchstwahrscheinlich bis zu zehn LTE-Bänder unterstütztwerden müssen.
Darüber hinaus verwendet LTE bereits zwei Antennen für „MIMO“ (multiple-input und multiple-output), das heißt die Nutzung mehrerer Antennen sowohl am Sender als auch am Empfänger zur Verbesserung der Leistung. Bei Weiterentwicklungen wird dies wahrscheinlich auf vier Antennen ausgedehnt werden. Das bringt die Schwierigkeit mit sich, dass eine entsprechende Anzahl Antennenkabel im Auto verlegt werden muss. Daher kann es gut sein, dass das Mobilfunkmodem in zwei Teile aufgegliedert wird: einen digitalen Teil innerhalb des Autos und eine Art Remote-Radio-Head, der von einer externen Stelle aus funkt, zum Beispiel in der„Haifischflosse“ auf dem Dach, die gegenwärtig bereits bei vielen Fahrzeugen existiert. Komplizierter wird es noch dadurch, dass die heute eingesetzten Haifischflossen bereits eine Reihe von Antennen für GNSS, UKW- und Digitalradio et cetera enthalten. Das heißt, einem sorgfältigen Systemdesign und der Funk-Koexistenz-Modellierung kommt immer größere Bedeutung zu.
- Umgebungsanforderungen: Aufgrund der langen Lebenszeit eines typischen Autos und der harten Umgebungsbedingungen – Hitze, Kälte, Vibration – unterliegen alle Baugruppen für die Nutzung in Fahrzeugen strengen Qualitäts- und Leistungskriterien. Diese werden im Allgemeinen vom in den USA ansässigen Automotive Electronics Council (AEC) vorgegeben.
Für Mobilfunkmodems ist der AEC-Q100-Standard die wichtigste Anforderung, die Tests für Parameter wie Zuverlässigkeit in der Elektrik über die gesamte Lebenszeit und bei Belastung definiert. Das wichtigste Thema ist die Zuverlässigkeit in einem erweiterten Betriebstemperaturbereich, und das hängt davon ab, wo sich das Gerät im Auto befinden wird. Beispielsweise ist für eine Anwendung in der Fahrgastzelle „Grade 3“ erforderlich (-40 bis +85 C). Für eine Anwendung, die fest im Armaturenbrett verbaut ist, kann „Grade 2“ (-40 bis +105 C) erforderlich sein oder für einen engen Raum, der direktem Sonnenlicht ausgesetzt ist, kann sogar „Grade 1“ (-40 bis +125 C) vorgeschrieben sein.
Produkte der Konsumelektronik, wie etwa Smartphones, müssen normalerweise nur den weniger anspruchsvollen „Grade 4“ erreichen. Darum verwenden Automobilhersteller typischerweise keine Standard-Mobiltelefon-Baugruppen innerhalb ihrer Systeme für Fahrzeuge.
- Systemarchitektur: Eine weitere Überlegung betrifft die Integration von LTE mit älterenTechnologien im Auto. Es gibt drei sich überlappende Anforderungen. In der Praxis können diese von verschiedenen Designteams spezifiziert und entworfen werden, von unterschiedlichen Baugruppenanbietern geliefert und je nach Kundenpräferenz installiert werden:
• Sicherheitssysteme, zum Beispiel E-Call: basieren typischerweise auf 2G und enthalten GPS-Technologie. Inzwischen hat sich dies zunehmend zu einer Standardfunktion entwickelt.
• Navigation: basiert typischerweise auf 2G, geht aber über auf 3G, enthalten ist auch Multi-GNSS-Positionierungstechnologie mit hoher Leistungsfähigkeit. Bei hochwertigeren Modellen handelt es sich um eine Standardfunktion.
• Infotainment: basiert typischerweise auf 3G und geht zunehmend über auf LTE. Es kann Positionierungsinformationen des Navigationssystems verwenden oder ein eigenes integriertes Positionierungssystem nutzen. Dies ist normalerweise eine High-End-Option.
Theoretisch wäre es ideal, wenn diese Systeme integriert werden und sich Ressourcen teilen könnten. Mit der Zeit wird dies wahrscheinlich auch zum Standard gehören. In den nächsten fünf bis zehn Jahren allerdings ist zu erwarten, dass aufgrund des Drucks von Lieferkette und Marketing diese Systeme funktional getrennt bleiben werden. Daher sind Flexibilität im Design und Kompatibilität auf Systemebene – Layout, Hardware- und Software-Schnittstellen – unerlässlich für die Modem-Baugruppen.
- Das 4G-vernetzte Auto
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