自主駕駛車輛無線電鏈路一直在發(fā)展變化。 諸如5.9 GHz 專用短程通信技術(shù)(DSRC) 之類規(guī)范，起初作為收費站的車輛至基礎(chǔ)設施(V2I) 系統(tǒng)規(guī)范，后來轉(zhuǎn)而運用于其它基礎(chǔ)設施應用，如提供限速信息，以使攝像頭無需探測道路標記。

然而，由于全球的頻段分布已經(jīng)發(fā)生了變化，且V2I 基礎(chǔ)設施尚未廣泛分布，因此限制了自主操作的無線電技術(shù)的使用。 通過提供限速數(shù)據(jù)和其它有用信息，來自路邊裝置(RSU) 的數(shù)據(jù)能協(xié)助自主控制系統(tǒng)，這些信息如附近車輛的位置、速度和行駛方向，抑或是通過其它方式看不到的位于拐角的車輛。 但這些數(shù)據(jù)并不能總由RSU 提供，所以，車輛在無法提供這些數(shù)據(jù)的路上行駛時，必須配備攝像頭等其它檢測系統(tǒng)。 這就意味著增加開發(fā)成本和復雜性。

所以直到最近，在無線鏈路方面的要求才被視為自主駕駛車輛運行的一個基本要素。 盡管最初的開發(fā)重點關(guān)注自主控制系統(tǒng)，但近來更多的設計則認可需要采用無線鏈路來適應大量不同的應用。

這包括各種不同的應用，從下載最新地圖數(shù)據(jù)讓車輛知道確切的含義，到從其它車輛接收交通信息。無線鏈路也可用于“列隊行駛”，讓車輛，尤其是卡車之間保持恒定車距。

圖1：通用汽車是率先使用車輛間數(shù)字近程通信鏈路的汽車制造商之一，從2016 年底開始便在其凱迪拉克CTS 上使用該技術(shù)。

雖然多家汽車制造商已采用DSCR 技術(shù)，如通用汽車在其2016 年底發(fā)布的凱迪拉克CTS 上采用了該技術(shù)，但LTE 蜂窩技術(shù)也在作為一種可能的無線連接技術(shù)處于檢測階段。

不過，LTE 網(wǎng)絡的延遲仍是一個問題，對于V2V 應用時尤為嚴重。 來自車輛的數(shù)據(jù)從LTE 模塊流向基站，再通過運營商網(wǎng)絡流回車輛附近的相同基站。DSRC 數(shù)據(jù)則直接在車輛間流動。

圖2：自主駕駛車輛無線鏈路的DSRC 和蜂窩技術(shù)的不同用途（感謝NXP 提供資料）

因此，與之相反，基于LTE 的信息娛樂子系統(tǒng)用于向無人駕駛車輛的乘員提供信息娛樂服務，而基于DSCR 的V2X 子系統(tǒng)則用于提供安全數(shù)據(jù)。 信息娛樂子系統(tǒng)按價而定，而V2X 則要依據(jù)一定的標準將加密技術(shù)、更低的延遲和可靠性作為關(guān)鍵特性。

例如，沃爾沃曾使三輛卡車列隊橫跨歐洲，在此期間使用802.11p 無線技術(shù)在首車與其它兩輛車之間進行直接通信。 通信系統(tǒng)與基于雷達的自適應巡航控制系統(tǒng)直接連接，使相鄰兩車之間保持1 秒的車距。 這樣即可讓這些車輛自主駕駛。

IEEE 802.11p 標準采用5.9 GHz 頻段(5.850-5.925 GHz) 中的75 MHz 帶寬信道，而DRSC 則使用5.725 MHz 至5.875 MHz 頻段。 兩者均使用802.11a Wi-Fi 一半的帶寬或者雙倍傳輸時間，以使接收器能更可靠地處理由其它車輛或房屋反射的回波信號。

圖3：802.11a 和802.11p 標準的不同之處（感謝MathWorks 提供資料）

盡管802.11p 是DSRC 的基本協(xié)議標準，但目前在歐洲還未實現(xiàn)完全兼容。 所以，為能確保在全歐洲范圍內(nèi)的互操作性，進行標準化是根本要求。

DSRC 技術(shù)由現(xiàn)有的Wi-Fi 802.11ac 技術(shù)發(fā)展而來，具體器件如Cypress BCM89359。 該器件是首款Wi-Fi/智能藍牙2X2 MIMO 組合芯片，支持實時同步雙頻段(RSDB)，也是一個獨立的三模智能藍牙（4.2 版）片上系統(tǒng)(SoC)。 該器件經(jīng)過優(yōu)化，可滿足汽車行業(yè)的各種嚴格標準，并通過了AECQ100 汽車環(huán)境應力要求測試，此外還支持完全生產(chǎn)零件批準程序。

這款SoC 設計用于與Apple CarPlay 和Google Auto Link 一起使用，具有多頻段同步汽車信息娛樂和車載信息系統(tǒng)運行功能，在2 x 2 MIMO 架構(gòu)中使用兩組天線，以獲得更高的鏈路性能。

為實現(xiàn)可靠鏈路，802.11p 無線器件還將需要一個前端。

如果工程師正為某個設計項目部署Wi-Fi 連接，則應關(guān)注一下Skyworks 的SE5503A，這是一款完整的802.11a/b/g/n WLAN RF 前端模塊，具備功率放大器、濾波、功率檢測器、T/R 開關(guān)、多路復用器和相關(guān)匹配功能等全部功能。

圖4：Skyworks SE5503 為5 GHz DSRC 數(shù)據(jù)鏈提供了所有前端元件

SE5503A 外形超緊湊，是一個完整的、能覆蓋從收發(fā)器輸出到天線的2.4GHz 和5GHz WLAN RF 解決方案。 所有RF 端口均匹配50 Ω 電阻，從而簡化了PCB 布局和收發(fā)器的RFIC 接口。SE5503A 還包括一個用于發(fā)射器功率檢測器，且每個發(fā)射鏈的動態(tài)范圍均為20 dB。 每個功率放大器都具有獨立的數(shù)字使能控制功能，可用于發(fā)射器的開/關(guān)控制。 功率斜坡上升/下降時間小于0.7 μs，且在每個2.4 GHz 和5 GHz 功率放大器的輸入之前分別提供一個3.260-3.267 GHz 的和一個3.28-3.89 GHz 的陷波濾波器。 這些器件用來消除諧波干擾。

這一功能可用于提高接收器靈敏度和發(fā)射器性能，從而消除任何延遲問題并擴大覆蓋范圍。 如果車輛從很遠處的另一輛車獲取數(shù)據(jù)，那么在做出是否減速還是剎車等關(guān)鍵決定時，就需要更長的時間。 這一功能也可用于管理交通，通過使路上行駛的所有自主駕駛車輛緩慢減速，來緩解或消除走走停停的路況。

加密

為無線鏈路進行加密得到了越來越多的認可，但目前在實現(xiàn)中有多種不同的架構(gòu)可選。 對無線鏈路進行保護可避免數(shù)據(jù)欺騙，也就是說，可以避免黑客向車輛發(fā)送虛假數(shù)據(jù)，例如讓車輛確信發(fā)生了事故且必須停車的虛假數(shù)據(jù)。LTE 系統(tǒng)從基站開始便已經(jīng)過加密，并由接收器進行解密。

是否在DSRC 系統(tǒng)實現(xiàn)中進行加密，對系統(tǒng)開發(fā)者來說是一個關(guān)鍵問題。 經(jīng)過加密的數(shù)據(jù)包可在DSRC 接收器中解密，或者發(fā)送至中央控制器。 在接收器端解密會占用更多的處理能力，因為要在一秒內(nèi)處理數(shù)百萬個數(shù)據(jù)包且仍要保持低延遲。 這樣的優(yōu)勢在于，數(shù)據(jù)包然后可以從接收器分配至不同的位置，例如將地圖更新信息直接發(fā)送至地圖子系統(tǒng)。

也可將數(shù)據(jù)包發(fā)送至中央處理單元進行解密、評估和分配。 這樣，由于加密和未加密數(shù)據(jù)在同一網(wǎng)絡中流動，可能會在數(shù)據(jù)I/O 中以及總線連接上產(chǎn)生一個瓶頸。 那么就需要增加一個優(yōu)先級，但這將顯著增加系統(tǒng)架構(gòu)的復雜性。

另一種方法就是，識別出需要立即解密的高優(yōu)先級別的數(shù)據(jù)包，而時效性不太重要的數(shù)據(jù)包則延遲解碼。 不過，這是一個系統(tǒng)軟件方面的問題。

結(jié)論

在自主駕駛車輛上使用802.11p 無線標準基于已成熟的5 GHz Wi-Fi 和射頻前端設計。 能夠向附近的其它車輛和路邊裝置提供低延遲射頻連接，讓我們有大量機會來提升無人駕駛車輛的安全性。 來自其它車輛和路邊網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)可以及時高效地提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)，從而提供更多的安全數(shù)據(jù)來支持其它傳感器。LTE 可用于一些數(shù)據(jù)應用，而開發(fā)人員關(guān)注的是，在下一代5G 無線網(wǎng)絡中整合LTE 和Wi-Fi 低延遲技術(shù)，該網(wǎng)絡將從2020 年起在自主駕駛車輛中投入實際使用。

盡管這是一種成熟的技術(shù)，但仍在評估設計選項，尤其在安全方面。 確保所有在車輛和RSU 之間流動的數(shù)據(jù)安全可靠是至關(guān)重要的，因為它會很大程度上影響電子控制單元的設計和開發(fā)、車載控制器和網(wǎng)絡在功耗和性能方面的要求。 目前這些問題正在評估和解決當中，對于將在2018 年至2020 年時間段內(nèi)發(fā)布的自主駕駛車輛相信一定會有所突破。