Couverture ElectroniqueS n°127

LES VOITURES ÉTANT DE PLUS EN PLUS TRIBUTAIRES DE LA CONNECTIVITÉ SANS FIL, LE WI-FI EMBARQUÉ DOIT FAIRE FACE À DES EXIGENCES CROISSANTES. LE WI-FI 6 ACCÉLÉRERA ET RATIONALISERA LA CONNECTIVITÉ AUTOMOBILE, EN AUGMENTANT LES CAPACITÉS ET EN PROCURANT UNE SOUPLESSE INÉDITE À L'INTÉRIEUR ET À L'EXTÉRIEUR DE LA VOITURE. Nos voitures sont de plus en plus connectées, avec des composants désormais reliés entre eux à l'intérieur même du véhicule, ainsi qu'au-delà vers l'Internet, d'autres véhicules et des systèmes de gestion du trafic. Si l'on considère simplement le Bluetooth et le Wi-Fi, on constate à quel point les fonctionnalités se sont développées au cours des dix dernières années. Au départ, il y avait le profil simple mains libres (HFP) Bluetooth et peut-être un hotspot Wi-Fi. Ensuite sont apparus le streaming audio via Bluetooth (A2DP), le Wi-Fi multirôle et multifonction, ainsi que le partage d'écran Wi-Fi. Actuellement, des fonctionnalités toujours plus sophistiquées se popularisent, comme la collecte de données par capteurs sans fil, les mises à jour de micrologiciels OTA (over-the-air), le téléchargement continu de données, le contrôle de charge des véhicules électriques et la connectivité aux réseaux locaux, par exemple dans les parkings. La dépendance au transfert de données sans fil ne fera que s'accentuer. Alors que des systèmes de conduite autonomes diversement évolués arrivent sur le marché, les besoins de transfert de données vont augmenter entre les voitures et différents systèmes basés sur le cloud, ainsi qu'entre les véhicules en circulation. La communication véhicule-à-tout (V2X) est gérée spécifiquement par sa propre solution Wi-Fi dédiée (IEEE 802.11p/bd), potentiellement en combinaison avec le V2X cellulaire (C-V2X) à plus long terme. DES VOITURES DE PLUS EN PLUS ENCOMBRÉES DE TECHNOLOGIES Il y a aussi le divertissement embarqué, trop populaire et trop exigeant en termes de bande passante requise pour être négligé. Un rapport d'Ericsson sur la mobilité prévoit que le trafic vidéo mobile continuera d'augmenter en pourcentage et en volume, passant de 63 % du trafic total de données mobiles et 38 exaoctets par mois au troisième trimestre 2019 à 75 % du trafic et 160 exaoctets par mois en 2025. Du fait de la démocratisation des écrans embarqués et des progrès des systèmes d'infodivertissement, une part croissante de ces divertissements vidéo devrait être consommée dans les voitures. Fredrik Lönegård et Peter Karlsson (u-blox) Passé par Ericsson, ST-Ericsson et GoerTek, Fredrik Lönegård est responsable marketing et développement des ventes pour u-blox. Ancien de chez Sony, Peter Karlsson est, lui, responsable technologique pour les produits radio à courte portée chez u-blox. Ces deux Suédois sont passés par l'université de Lund. Les véhicules actuels intègrent dès à présent diverses technologies sans fil, et d'autres suivront. Cependant, à mesure que le nombre de domaines d'application et de cas d'utilisation des connexions sans fil augmente dans le secteur automobile, le risque de congestion des signaux, susceptible d'avoir un impact sur les performances, augmente lui aussi. Il devient donc vital de réduire ce type de dégradations du système. Nos voitures sont de plus en plus encombrées et la diversité considérable des applications, chacune ayant ses propres caractéristiques et besoins système, soumet le Wi-Fi à des contraintes de plus en plus fortes en termes de gestion de ses ressources. Le Wi-Fi 6, la dernière génération de technologie Wi-Fi qui arrive dans le secteur automobile, promet de résoudre bon nombre de ces nouveaux défis en accélérant et en rationalisant la connectivité automobile. Au cours des prochaines années, le Wi-Fi 6 (également appelé 802.11ax par les spécialistes de la normalisation) devrait devenir un outil clé pour tous les aspects système d'un véhicule, notamment les unités d'infodi-vertissement, les unités de contrôle télématique et les systèmes avancés d'aide à la conduite. ABI Research estime que 50 % (35 millions d'unités) des puces Wi-Fi destinées à l'automobile seront des puces Wi-Fi 6 d'ici à 2023, et même 70 % (50 millions d'unités) d'ici à 2024. Le Bluetooth et le Wi-Fi 802.11b/g original fonctionnent tous deux dans la bande de 2,4 GHz, où ils sont en concurrence pour les mêmes ressources du spectre. À mesure que les besoins en bande passante liés aux nouveaux usages du Wi-Fi augmentent, un nombre croissant de ces derniers fonctionnent sur la bande 5 GHz ou sur une combinaison des bandes 2,4 GHz et 5 GHz et, lorsque le Wi-Fi 6E sera disponible, fonctionneront sur la nouvelle bande 6 GHz. Ce report d'une grande partie du trafic de données vers des fréquences plus élevées libérera des ressources sur la bande 2,4 GHz, permettant ainsi le développement de la connectivité Bluetooth à bas coût et basse consommation. En plus de s'appuyer sur le Bluetooth et le Wi-Fi, les usages offrant une expérience utilisateur, une sûreté et une sécurité améliorées devraient pouvoir tirer parti des technologies cellulaires 4G et 5G pour une portée et une couverture étendues avec des débits de données élevés et une faible latence. Dans les cas où les débits de données sont très élevés et où de nombreuses voitures se trouvent dans une zone géographique limitée, les réseaux cellulaires et Wi-Fi pourraient être utilisés en parallèle. Dans les cas où le Wi-Fi doit être le vecteur principal (au garage, station-service traditionnelle ou de recharge, et sur les parkings), il sera en mesure de gérer seul des débits de données élevés. Le gain de performances et de fonctionnalités de ces usages sans fil se fera au prix d'une consommation d'énergie accrue du véhicule. Toutefois, les progrès réalisés par les dernières normes sans fil, l'évolution des puces et des protocoles logiciels efficaces permettront aux véhicules d'offrir des fonctionnalités allant bien au-delà du concept initial de « smartphone sur roues ». LA SOLUTION Wi-Fi 6 Le Wi-Fi 6 deviendra un outil clé pour les voitures entièrement connectées. Par rapport aux standards antérieurs, il améliore notamment l'utilisation efficace du spectre, ce qui lui permet de multiplier par quatre la capacité de la bande passante. Il pourra ainsi soit accepter davantage de clients par point d'accès, soit permettre de nouveaux usages à forte bande passante, par exemple la diffusion en streaming de vidéos en ultra-haute définition. Grâce à sa flexibilité supérieure, le Wi-Fi 6 est plus à même de gérer les clients en utilisant de plus faibles quantités de données, évitant ainsi toute surcharge inutile des réseaux. De plus, alors que les versions précédentes du Wi-Fi étaient adaptées aux besoins d'un petit nombre de clients, principalement en intérieur, le Wi-Fi 6 mettra l'accent sur une expérience de qualité pour de nombreux clients dans des environnements plus peuplés. Les améliorations qu'il apporte en termes de portée étendue et de meilleure couverture en extérieur seront particulièrement intéressantes pour les usages automobiles. En exploitant plus efficacement la bande passante disponible pour les faibles volumes de trafic de données, et en utilisant une version de puce limitée à une bande passante de 20 MHz, la technologie Wi-Fi 6 rend possible des solutions Wi-Fi peu complexes et peu énergivores, par exemple pour les appareils connectés disposant de ressources restreintes. Source : ?? COUP D'ŒIL SOUS LE CAPOT Comment le Wi-Fi 6 fonctionne-t-il concrètement ? D'une part, il utilise le schéma de modulation numérique à multiplexage d'accès par porteuses orthogonales (OFDMA), aussi bien en liaison montante qu'en liaison descendante. En divisant chaque canal de transmission OFDMA en petits sous-canaux (unités de ressources) pouvant simultanément acheminer des paquets de données d'un point d'accès vers plusieurs utilisateurs, il augmente le nombre d'utilisateurs qui peuvent communiquer en même temps. D'autre part, l'OFDMA utilise un signal plus long de multiplexage du domaine des fréquences orthogonales, offrant une meilleure exploitation des sous-canaux et une résistance accrue à l'affaiblissement multi-trajet en ajoutant un préfixe cyclique plus long entre les symboles individuels. Combiné à de nouvelles en-têtes PHY, ceci améliore la robustesse dans les environnements extérieurs. Un nombre croissant d'usages dans et autour du véhicule se disputent le même spectre et les mêmes ressources, augmentant les risques de congestion des signaux et de baisse des performances. Le Wi-Fi 6 utilise en outre jusqu'à huit fois huit entrées et sorties multi-utilisa-teurs (MU-MIMO) en liaison montante et descendante pour offrir un débit plus élevé avec davantage de flux spatiaux, ainsi qu'une modulation d'amplitude en quadrature 1024 QAM pour un débit de pointe supérieur sur de courtes distances. Parmi les autres caractéristiques, on peut citer la réutilisation des fréquences spatiales, également appelée « colorisation BSS », qui permet la combinaison de plusieurs canaux ayant le même « code couleur » pour la transmission des messages, ou encore le système de temps d'éveil de la cible ( T W T ), qui permet aux clients d'économiser de l'énergie en passant en mode de faible consommation lorsqu'ils sont en veille. En raison de sa capacité et de sa flexibilité accrues, de sa bande passante supérieure et de l'élargissement de la couverture qu'il apporte, nous pensons que ce nouveau standard de communication sans fil sera adopté par l'industrie automobile. Il reste à voir comment les différents équipementiers et fournisseurs de premier rang décideront précisément de le mettre en œuvre. Au fil des ans, nous avons pu constater que les divers fabricants ont pris des orientations légèrement différentes dans la manière de répartir les systèmes Wi-Fi dans le véhicule : s'adaptant aux usages fonctionnels (TCU, IVI, ADAS, EVCC), combinant les usages pour optimiser les coûts, ou axant le déploiement sur des aspects plus physiques, comme la communication à l'intérieur ou à l'extérieur du véhicule. Cette diversité des approches était prévisible, étant donné que la technologie évolue parallèlement à l'augmentation des usages et des champs d'application. Wi-Fi 6 : UN REMÈDE À L'ENCOMBREMENT DE LA BANDE PASSANTE Il en va de même pour la mise en œuvre des solutions Wi-Fi et Bluetooth elles-mêmes. Certains constructeurs privilégient une version à puce embarquée, où la puce Wi-Fi est intégrée à un circuit imprimé par les équipementiers ou les fournisseurs de premier rang eux-mêmes. Dans de rares cas, cela peut procurer une solution plus personnalisée ou plus souple grâce à une nomenclature optimisée. Cela dit, dans la plupart des cas, une solution de module précertifié s'avère plus avantageuse en réduisant le délai général de développement et en simplifiant la conception des circuits imprimés et des équipements, ainsi que la migration vers une nouvelle génération de technologie. En résumé, ces avantages garantissent les délais de mise sur le marché, améliorent les coûts globaux directs et indirects, et réduisent les risques. Alors que les véhicules adoptent des fonctionnalités de plus en plus sophistiquées pour améliorer la sécurité, le confort et la commodité, le Wi-Fi ne cesse de gagner en importance en tant que moyen essentiel de connectivité sans fil à l'intérieur, à l'extérieur et entre les véhicules, garantissant une connexion fiable à une liste croissante d'usages. Si les générations actuelles de technologie Wi-Fi resteront pertinentes dans l'automobile durant les années à venir, compter exclusivement sur elles pour faire face aux besoins grandissants de connectivité sans fil à l'intérieur et autour du véhicule augmenterait les risques de congestion des signaux et de baisse des performances. En accroissant la capacité de la bande passante, le Wi-Fi 6 remédiera à l'encombrement continu en desservant davantage de clients par point d'accès et en permettant de nouveaux usages à forte bande passante, tout en étendant la couverture en extérieur. •

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