無人駕駛汽車的發(fā)展拉動了對強大的低延遲無線通信的需求，從而可提供廣泛的功能。為滿足此需求，目前建議采用兩種不同的方法，即 802.11p 和 C-V2X:PC5。

無線通信的應用范圍包括車輛到基礎設施 (V2I)、車輛到車輛 (V2V) 和車輛到行人 (V2P)，統(tǒng)稱為 V2X。

圖 1： 無人駕駛車輛彼此的通信以及與路邊基礎設施的通信是未來幾年推廣該項技術的一項關鍵元素。（來源： 美國交通部）

無線技術標準化

標準化也是實現(xiàn)無線收發(fā)器量產以降低成本的關鍵問題之一，同時確保車輛在全球眾多不同的市場都能安全運作。這也為兩套技術提出了一系列問題。

盡管不同的方法看似存在競爭，但技術的應用取決于使用案例和特定類型的自主駕駛車輛所需的交互水平。例如，出租車會直接連接到客戶手機，相比之下，自主駕駛卡車可能只需要一組更有限的互動。

802.11p 是一種更為完善的技術，它是在 5.9 GHz ISM 公共頻帶運行的 2.4 GHz Wi-Fi 技術的演化型。此頻譜在美國和歐洲已被分配用于數字短程通信 (DSRC) 鏈路，該鏈路可將來自交通燈和交通管理跨線橋等路邊設備的數據提供給車輛，以及在車輛之間提供一些信息。例如，通過該技術，可以讓道路中的車輛預知前方存在問題，以放慢速度避免事故。該基礎設施的安裝相對簡單，并且不依賴特定的運營商，也不會帶來基站成本。

信息分為兩個類別，緊急信息和一般信息。安全信息（例如發(fā)送和接收“緊急電子剎車燈”的功能）是由車輛以廣播模式每 0.1 秒發(fā)送一次的信息，從而以低于 50 ms 的延遲提醒緊急剎車事件。一般信息（例如“交通燈 - 最佳速度建議”）則通過使用定期廣播建議合適的速度，來改善交通流量。

它們必須在高動態(tài)環(huán)境中的發(fā)射器和接收器之間以相對較高的速度運作，因此需要在安全相關的應用中支持極低的延遲。它們還需要耐受因交通堵塞導致多輛車輛定期傳送的多條信息。

另一條注意事項是，V2X 信息實質上是局部信息，這意味著它們與附近的接收器關聯(lián)度最高。例如，“撞車前感應警告信息”對于周邊車輛極其重要，但對遠距離的車輛而言則不相干。

圖 2： DSRC 上傳送的信息類型。

最新一代的 5G 蜂窩技術由 3GPP 標準組設計，并且也考慮了上述部分功能。它能使用的頻帶數量多于 3G 和 4G，并且突出了低延遲特性，因此可以快速將信息發(fā)送到車輛。這是任何智能車輛系統(tǒng)的關鍵要求。

該基礎設施的安裝成本更高，可支持數以百萬計的無人駕駛車輛，但允許車輛直接與乘客和行人的手機通信，是一種關鍵的 V2P 技術。廣播 V2V 協(xié)同感知信息 (CAM) 或基本安全信息 (BSM) 的單個車輛以 2.5 KB/s 的峰值速度，每月生成約 0.5 GB 的數據量。此結果基于每條信息 256 字節(jié)，每秒 5 條信息，并且每天駕駛四小時的假設條件。在接收器端，假設相關區(qū)域內有 30 輛汽車，則基礎設施每月必須處理約 16 GB 的數據量。

一些芯片設計師正在設法同時支持兩種 V2X 直接通信技術。二者的運轉都無需網絡基礎設施，而是使用 5.9 GHz 頻譜。通過投資由標準開發(fā)組織（例如汽車工程師協(xié)會 (SAE)、歐洲電信標準協(xié)會 – 智能交通系統(tǒng) (ETSI-ITS)、電氣與電子工程師協(xié)會 (IEEE) 和國際標準化組織 (ISO)）開發(fā)的更高層，物理層 (PHY) 和介質訪問層 (MAC) 均可從同一汽車投資中獲益。

DSRC 設備是自 2007 年建議該標準以來開發(fā)的第三代產品。Wi-Fi 聯(lián)盟的 DSRC 任務組負責 DSRC 認證，Honda 等公司則設法讓 DSRC 系統(tǒng)能夠通過直接 Wi-Fi 連接建立到消費者智能手機的鏈路。

兩種技術都需要新一代的天線來處理來自 Taoglas 等供應商的 5.9 GHz 鏈路。

圖 3： 連接行人與無人駕駛車輛是未來無線系統(tǒng)的一大關鍵挑戰(zhàn)。

用于無人駕駛汽車的 5G 系統(tǒng)

領先的汽車制造商、芯片制造商和手機運營商已建立 5G 汽車協(xié)會，負責開發(fā)、測試和推廣用于無人駕駛汽車的 5G 系統(tǒng)，并且開始著手建立汽車專用標準以及加快商業(yè)開發(fā)。

此蜂窩-V2X (C-V2X) 在 3GPP 版本 14 中定義為 LTE V2X。一項額外的元素是遠程車輛到網絡 (V2N) 連接規(guī)范，利用這類連接可以在端到端解決方案中包含和打包云服務。這可以通過現(xiàn)有的 4G 蜂窩甚至 3G 數據模塊（例如 Sierra Wireless 提供的解決方案）來實現(xiàn)，但 5GAA 著眼于如何將其與 5G 系統(tǒng)集成，以適應未來應用。

C-V2X： PC5802.11pC-V2X： PC5 優(yōu)勢同步同步異步頻譜效率。同步可實現(xiàn)時分多路復用 (TDM) 并降低通道訪問開銷。跨車輛的資源多路復用可實現(xiàn)頻分多路復用 (FDM) 和時分多路復用 (TDM)僅 TDM利用頻分多路復用可實現(xiàn)更高的鏈路預算，從而擴大通信距離，或在相同的距離內提供更穩(wěn)定的性能。通道編碼增強型卷積通過增強型代碼獲得的編碼增益，從而擴大通信距離，或在相同的距離提供更穩(wěn)定的性能。重傳混合自動重傳請求 (HARQ)無 HARQ可擴大通信距離，或在相同的距離提供更穩(wěn)定的性能。波形SC-FDMOFDM可使用相同的功率放大器實現(xiàn)更高的發(fā)射功率?？蓴U大通信距離，或在相同的距離提供更穩(wěn)定的性能。資源選擇半靜態(tài)傳輸，基于相對能量進行選擇。帶防撞功能的載波監(jiān)聽多路存取 (CSMA-CA)通過選擇近乎“最佳”的資源來優(yōu)化資源選擇，且不產生爭用開銷。相比之下，802.11p 協(xié)議選擇第一個“合格”資源，并且需要爭用開銷。

圖 4： 用于無人駕駛車輛的 5G 蜂窩技術的優(yōu)勢。（來源： 5GAA）

歐盟預期將于 2018 年推出 5G 服務，并于 2020 年前進行大規(guī)模商用推廣。這可能會影響最新的無人駕駛汽車計劃，該計劃將于 2018 年和 2019 年啟動上路，屆時沒有可用的基礎設施。將于 2019 年世界無線電通信大會 (WRC-19) 協(xié)定的可用于 5G 的頻帶也可能發(fā)生變化，屆時可能包括 5.9 GHz 頻帶，也可能包括高于 6 GHz 的頻帶。這些 5G 系統(tǒng)在整個歐洲的試用中已經嶄露頭角。

在瑞典斯德哥爾摩和愛沙尼亞塔林進行的真實戶外 5G 試驗采用了 15 GHz 頻帶中的 800 MHz 頻譜。試驗期間實現(xiàn)了每用戶 15 GB/s 的峰值速度和低于 3 毫秒的延遲。這是當前的 4G 技術可實現(xiàn)的最高速度的 40 倍，并且制造商計劃于 2018 年推出商用 5G 服務。與此同時，在法國的測試設備也展示了以超過 10 GB/s 的峰值速度進行的無線通信。

一些試驗還展示了 5G 連接在無人駕駛汽車上的其他應用。在日本，5G 網絡連接使用 10 GB/s 的數據速率將汽車周圍的高清攝像頭的高分辨率圖像傳回到遠程中心。這樣一來，遠程操作者便可監(jiān)視車輛并協(xié)助乘客。

圖 5： 5G 技術在無人駕駛汽車中的應用。（來源： 5GAA）

總結

汽車系統(tǒng)開發(fā)人員的爭論點是 802.11p 當前已經面市。在最近六年里，ETSI 組織了四次“插接測試”活動，這讓系統(tǒng)設計人員確信各種車輛都能連接到基礎設施。而且，隨著越來越多無人駕駛汽車的推出，車輛和路邊裝置中的收發(fā)器數量還會增加，從而拉低成本。