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1、无人驾驶汽车的无线电链路 自主驾驶车辆无线电链路一直在发展变化。诸如5.9 GHz近程数字通信(DSRC) 之类规范，起初作为收费站的车辆至基础设施(V2I)系统规范，后来转而运用 于其它基础设施应用，如提供限速信息，以使摄像头无需探测道路标记。然而，由于全球的频段分布已经发生了变化，且V2I基础设施尚未广泛分布， 因此限制了自主操作的无线电技术的使用。通过提供限速数据和其它有用信 息，来自路边装置(RSU)的数据能协助自主控制系统，这些信息如附近车辆的 位置、速度和行驶方向，抑或是通过其它方式看不到的位于拐角的车辆。但这 些数据并不能总由RSU提供，所以，车辆在无法提供这些数据的路上行驶时，
2、 必须配备摄像头等其它检测系统。这就意味着增加开发成本和复杂性。所以直到最近，在无线链路方面的要求才被视为自主驾驶车辆运行的一个基本 要素。尽管最初的开发重点关注自主控制系统，但近来更多的设计则认可需要 采用无线链路来适应大量不同的应用。这包括各种不同的应用，从下载最新地图数据让车辆知道确切的含义，到从其 它车辆接收交通信息。无线链路也可用于“列队行驶”，让车辆，尤其是卡车 之间保持恒定车距。图1:通用汽车是率先使用车辆间数字近程通信链路的汽车制造商之一，从 2016年底开始便在其凯迪拉克CTS上使用该技术。虽然多家汽车制造商已采用DSCR技术，如通用汽车在其2016年底发布的凯迪 拉克CTS
3、上采用了该技术，但LTE蜂窝技术也在作为一种可能的无线连接技术 处于检测阶段。不过，LTE网络的延迟仍是一个问题，对于V2V应用时尤为严重。来自车辆 的数据从LTE模块流向基站，再通过运营商网络流回车辆附近的相同基站。 DSRC数据则直接在车辆间流动。Cellular and IEEE 802.lip for C-ITS图2：自主驾驶车辆无线链路的DSRC和蜂窝技术的不同用途(感谢NXP提供资料)。因此，与之相反，基于LTE的信息娱乐子系统用于向无人驾驶车辆的乘员提供 信息娱乐服务，而基于DSCR的V2X子系统则用于提供安全数据。信息娱乐子 系统按价而定，而V2X则要依据一定的标准将加密技术、
4、更低的延迟和可靠性 作为关键特性。例如，沃尔沃曾使三辆卡车列队横跨欧洲，在此期间使用802.llp无线技术在 首车与其它两辆车之间进行直接通信。通信系统与基于雷达的自适应巡航控制 系统直接连接，使相邻两车之间保持1秒的车距。这样即可让这些车辆自主 驾驶。IEEE 802. lip 标准采用 5.9 GHz 频段(5. 850-5. 925 GHz)中的 75 MHz 带宽信 道，而DRSC则使用5. 725 MHz至5. 875 MHz频段。两者均使用802. Ila WiFi 一半的带宽或者双倍传输时间，以使接收器能更可靠地处理由其它车辆或房 屋反射的回波信号。信道带宽(MHz)2010比特
5、塞(Mbps)6, 9, 12, 18, 24, 36,48, 543, 4.5, 6, 9, 12： 18： 24 27OFDM符号持殡时间(ps)48保护持续时间(MS)0.81.6前导码持续时间(MS)2040副载波间隔(kHz)312.5156.25802.11a802.11p图3： 802. Ila和802.llp标准的不同之处(感谢MathWorks提供资料)。尽管802. lip是DSRC的基本协议标准，但目前在欧洲还未实现完全兼容。所 以，为能确保在全欧洲范围内的互操作性，进行标准化是根本要求。DSRC技术由现有的Wi-Fi 802. llac技术发展而来，具体器件如Cypre
6、ss BCM89359o该器件是首款Wi-Fi/智能蓝牙2X2 MIM0组合芯片，支持实时同步 双频段(RSDB),也是一个独立的三模智能蓝牙(4.2版)片上系统(SoC)。该 器件经过优化，可满足汽车行业的各种严格标准，并通过了 AECQ100汽车环境 应力要求测试，此外还支持完全生产零件批准程序。这款SoC设计用于与Apple CarPlay和Google Auto Link 一起使用，具有多 频段同步汽车信息娱乐和车载信息系统运行功能，在2 x 2 MIM0架构中使用 两组天线，以获得更高的链路性能。为实现可靠链路，802. lip无线器件还将需要一个前端。如果工程师正为某个设计项目部署
7、Wi-Fi连接，则应关注一下Skyworks的 SE5503A,这是一款完整的802. lla/b/g/n WLAN RF前端模块，具备功率放大 器、滤波、功率检测器、T/R开关、多路复用器和相关匹配功能等全部功能。图4： Skyworks SE5503为5 GHz DSRC数据链提供了所有前端元件。SE5503A外形超紧凑，是一个完整的、能覆盖从收发器输出到天线的2. 4GHz 和5GHz WLAN RF解决方案。所有RF端口均匹配50 Q电阻，从而简化了 PCB布局和收发器的RFIC接口。SE5503A还包括一个用于发射器功率检测 器，且每个发射链的动态范围均为20 dB。每个功率放大器都
8、具有独立的数字 使能控制功能，可用于发射器的开/关控制。功率斜坡上升/下降时间小于07 us,且在每个2.4 GHz和5 GHz功率放大器的输入之前分别提供一个3. 260- 3. 267 GHz的和一个3.28-3.89 GHz的陷波滤波器。这些器件用来消除谐波 干扰。这一功能可用于提高接收器灵敏度和发射器性能，从而消除任何延迟问题并扩 大覆盖范围。如果车辆从很远处的另一辆车获取数据，那么在做出是否减速还 是刹车等关键决定时，就需要更长的时间。这一功能也可用于管理交通，通过 使路上行驶的所有自主驾驶车辆缓慢减速，来缓解或消除走走停停的路况。加密为无线链路进行加密得到了越来越多的认可，但目前在
9、实现中有多种不同的架 构可选。对无线链路进行保护可避免数据欺骗，也就是说，可以避免黑客向车 辆发送虚假数据，例如让车辆确信发生了事故且必须停车的虚假数据。LTE系 统从基站开始便已经过加密，并由接收器进行解密。是否在DSRC系统实现中进行加密，对系统开发者来说是一个关键问题。经过 加密的数据包可在DSRC接收器中解密，或者发送至中央控制器。在接收器端 解密会占用更多的处理能力，因为要在一秒内处理数百万个数据包且仍要保持 低延迟。这样的优势在于，数据包然后可以从接收器分配至不同的位置，例如 将地图更新信息直接发送至地图子系统。也可将数据包发送至中央处理单元进行解密、评估和分配。这样，由于加密和
10、未加密数据在同一网络中流动，可能会在数据I/O中以及总线连接上产生一个 瓶颈。那么就需要增加一个优先级，但这将显著增加系统架构的复杂性。另一种方法就是，识别出需要立即解密的高优先级别的数据包，而时效性不太 重要的数据包则延迟解码。不过，这是一个系统软件方面的问题。结论在自主驾驶车辆上使用802. Up无线标准基于业已成熟的5 GHz Wi-Fi和射频 前端设计。能够向附近的其它车辆和路边装置提供低延迟射频连接，让我们有 大量机会来提升无人驾驶车辆的安全性。来自其它车辆和路边网络的数据可以 及时高效地提供关键数据，从而提供更多的安全数据来支持其它传感器。LTE 可用于一些数据应用，而开发人员关注的是，在下一代5G无线网络中整合LTE 和Wi-Fi低延迟技术，该网络将从2020年起在自主驾驶车辆中投入实际使 用。尽管这是一种成熟的技术，但仍在评估设计选项，尤其在安全方面。确保所有 在车辆和RSU之间流动的数据安全可靠是至关重要的，因为它会很大程度上影 响电子控制单元的设计和开发、车载控制器和网络在功耗和性能方面的要求。目前这些问题正在评估和解决当中，对于将在2018年至2020年时间段内发布 的自主驾驶车辆相信一定会有所突破。