無人駕駛汽車的無線電鏈路自主駕駛車輛無線電鏈路一直在發展變化。諸如5.9GHz近程數字通信(DSRC)之類規范，起初作為收費站的車輛至基礎設施(V2I)系統規范，后來轉而運用于其它基礎設施應用，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發生了變化，且V2I基礎設施尚未廣泛分布，因此限制了自主操作的無線電技術的使用。通過提供限速數據和其它有用信息，來自路邊裝置(RSU)的數據能協助自主控制系統，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。但這些數據并不能總由RSU提供，所以，車輛在無法提供這些數據的路上行駛時，必須配備攝像頭等其它檢測系統。這就意味著增加開發成本和復雜性。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。盡管最初的開發重點關注自主控制系統，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，從下載最新地圖數據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。雖然多家汽車制造商已采用DSCR技術，如通用汽車在其2016年底發布的凱迪拉克CTS上采用了該技術，但LTE蜂窩技術也在作為一種可能的無線連接技術處于檢測階段。不過，LTE網絡的延遲仍是一個問題，對于V2V應用時尤為嚴重。來自車輛的數據從LTE模塊流向基站，再通過運營商網絡流回車輛附近的相同基站。DSRC數據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子系統則用于提供安全數據。信息娛樂子系統按價而定，而V2X則要依據一定的標準將加密技術、更低的延遲和可靠性作為關鍵特性。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無線技術在首車與其它兩輛車之間進行直接通信。通信系統與基于雷達的自適應巡航控制系統直接連接，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。IEEE802.11p標準采用5.9GHz頻段(5.850-5.925GHz)中的75MHz帶寬信道，而DRSC則使用5.725MHz至5.875MHz頻段。兩者均使用802.11aWi-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的基本協議標準，但目前在歐洲還未實現完全兼容。所以，為能確保在全歐洲范圍內的互操作性，進行標準化是根本要求。DSRC技術由現有的Wi-Fi802.11ac技術發展而來，具體器件如CypressBCM89359。該器件是首款Wi-Fi/智能藍牙2X2MIMO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(SoC)。該器件經過優化，可滿足汽車行業的各種嚴格標準，并通過了AECQ100汽車環境應力要求測試，此外還支持完全生產零件批準程序。這款SoC設計用于與AppleCarPlay和GoogleAutoLink一起使用，具有多頻段同步汽車信息娛樂和車載信息系統運行功能，在2x2MIMO架構中使用兩組天線，以獲得更高的鏈路性能。為實現可靠鏈路，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，則應關注一下Skyworks的SE5503A，這是一款完整的802.11a/b/g/nWLANRF前端模塊，具備功率放大器、濾波、功率檢測器、T/R開關、多路復用器和相關匹配功能等全部功能。圖4：SkyworksSE5503為5GHzDSRC數據鏈提供了所有前端元件。SE5503A外形超緊湊，是一個完整的、能覆蓋從收發器輸出到天線的2.4GHz和5GHzWLANRF解決方案。所有RF端口均匹配50Ω電阻，從而簡化了PCB布局和收發器的RFIC接口。SE5503A還包括一個用于發射器功率檢測器，且每個發射鏈的動態范圍均為20dB。每個功率放大器都具有獨立的數字使能控制功能，可用于發射器的開/關控制。功率斜坡上升/下降時間小于0.7μs，且在每個2.4GHz和5GHz功率放大器的輸入之前分別提供一個3.260-3.267GHz的和一個3.28-3.89GHz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據，那么在做出是否減速還是剎車等關鍵決定時，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，但目前在實現中有多種不同的架構可選。對無線鏈路進行保護可避免數據欺騙，也就是說，可以避免黑客向車輛發送虛假數據，例如讓車輛確信發生了事故且必須停車的虛假數據。LTE系統從基站開始便已經過加密，并由接收器進行解密。是否在DSRC系統實現中進行加密，對系統開發者來說是一個關鍵問題。經過加密的數據包可在DSRC接收器中解密，或者發送至中央控制器。在接收器端解密會占用更多的處理能力，因為要在一秒內處理數百萬個數據包且仍要保持低延遲。這樣的優勢在于，數據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送至地圖子系統。也可將數據包發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據在同一網絡中流動，可能會在數據I/O中以及總線連接上產生一個瓶頸。那么就需要增加一個優先級，但這將顯著增加系統架構的復雜性。另一種方法就是，識別出需要立即解密的高優先級別的數據包，而時效性不太重要的數據包則延遲解碼。不過，這是一個系統軟件方面的問題。結論在自主駕駛車輛上使用802.11p無線標準基于業已成熟的5GHzWi-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絡的數據可以及時高效地提供關鍵數據，從而提供更多的安全數據來支持其它傳感器。LTE可用于一些數據應用，而開發人員關注的是，在下一代5G無線網絡中整合LTE和Wi-Fi低延遲技術，該網絡將從2020年起在自主駕駛車輛中投入實際使用。盡管這是一種