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，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 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。

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、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 802.11p 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 802.11p 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 802.11a Wi-Fi 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。

参数	802.11a	802.11p
信道带宽 (MHz)	20	10
比特率 (Mbps)	6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54	3, 4.5, 6, 9, 12, 18, 24, 27
OFDM 符号持续时间 (μs)	4	8
保护持续时间 (μs)	0.8	1.6
前导码持续时间 (μs)	20	40
副载波间隔 (kHz)	312.5	156.25

图3：802.11a 和802.11p 标准的不同之处（感谢 MathWorks 提供资料）。

尽管 802.11p 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 802.11ac 技术发展而来，具体器件如 Cypress BCM89359。该器件是首款Wi-Fi/智能蓝牙 2X2 MIMO 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 MIMO 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，802.11p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Wi-Fi 连接，则应关注一下 Skyworks的 SE5503A，这是一款完整的 802.11a/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 WLANRF 解决方案。所有 RF 端口均匹配50 Ω 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 0.7 μs，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 802.11p 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。