【描述】无人驾驶汽车的发展，需要在车辆和基础设施、车辆之间、车辆和行人之间（统称为V2X）建立强大的低延迟的无线通信，本文详细介绍了目前业界两种主流的V2X技术——802.11p和C-V2X:PC5——技术原理以及发展现状，并对两大V2X通信技术发展和应用前景进行了比较。
【摘要】无人驾驶汽车的发展，需要强大的低延迟的无线通信技术，在车辆和基础设施（V2I）、车辆之间（V2V）、车辆和行人（V2P）之间建立其安全可靠的V2X无线通信，本文详细介绍并比较了目前业界另种主流的V2X技术——802.11p和C-V2X:PC5，包括两大V2X通信技术的技术原理、发展现状，以及两者的应用前景，并对5G时代V2X通信技术的发展进行了展望。
无人驾驶
无人驾驶汽车的发展拉动了对强大的低延迟无线通信的需求，从而可提供广泛的功能。为满足此需求，目前建议采用两种不同的方法，即802.11p和C-V2X:PC5。
此类无线通信的应用范围包括车辆到基础设施 (V2I)、车辆到车辆 (V2V)和车辆到行人(V2P)，统称为V2X。
图1：无人驾驶车辆彼此的通信以及与路边基础设施的通信，是未来几年推广该项技术的一项关键元素。（来源：美国交通部）
V2X：两种标准的竞技场
标准化是实现无线收发器量产，进而降低成本的关键要素之一，同时还可以确保车辆在全球众多不同的市场都能安全运作。这也给两套V2X技术提出了一系列问题。
尽管不同的方法看似存在竞争，但技术的应用取决于使用案例和特定类型的自主驾驶车辆所需的交互水平。例如，出租车会直接连接到客户手机，相比之下，自主驾驶卡车可能只需要一组更有限的互动。
802.11p是一种更为完善的技术，它是在5.9GHz ISM公共频带运行的2.4GHz Wi-Fi技术的演化型。此频谱在美国和欧洲已被分配用于数字短程通信 (DSRC) 链路，该链路可将来自交通灯和交通管理跨线桥等路边设备的数据提供给车辆，以及在车辆之间进行信息交互。例如，通过该技术，可以让道路中的车辆预知前方存在问题，以放慢速度避免事故。该技术基础设施的安装相对简单，并且不依赖特定的运营商，也不会带来基站成本。
802.11p传输的信息分为两个类别：紧急信息和一般信息。安全信息（例如发送和接收“紧急电子刹车灯”的功能）是由车辆以广播模式每0.1秒发送一次的信息，以低于50ms的延迟提醒紧急刹车事件。一般信息（例如“交通灯-最佳速度建议”）则是通过使用定期广播向车辆建议合适的速度，进而改善交通流量。
这些信息必须在高动态环境中的发射器和接收器之间以相对较高的速度运作，因此需要在安全相关的应用中支持极低的延迟。它们还需要耐受因交通堵塞导致多辆车辆定期传送的多条信息。
另一条值得注意的事项是，V2X信息实质上是局部信息，这意味着它们与附近的接收器关联度最高。例如，“撞车前感应警告信息”对于周边车辆极其重要，但对远距离的车辆而言则不相干。
最新一代的5G蜂窝技术由3GPP标准组设计，并且也考虑了上述部分功能。它能使用的频带数量多于3G和4G，并且突出了低延迟特性，因此可以快速将信息发送到车辆。这是任何智能车辆系统都有的关键要求。
该基础设施的安装成本更高，可支持数以百万计的无人驾驶车辆，且允许车辆直接与乘客和行人的手机通信，是一种关键的V2P技术。广播V2V协同感知信息 (CAM) 或基本安全信息 (BSM) 的单个车辆以2.5KB/s的峰值速度，每月生成约0.5GB的数据量——此结果基于每条信息256字节，每秒5条信息，并且每天驾驶四小时的假设条件。在接收器端，假设相关区域内有30辆汽车，则基础设施每月必须处理约16GB的数据量。
一些芯片设计师正在设法同时支持两种V2X直接通信技术。二者的运转都无需网络基础设施，而是使用5.9GHz频谱。通过投资由标准开发组织（例如汽车工程师协会 (SAE)、欧洲电信标准协会–智能交通系统 (ETSI-ITS)、电气与电子工程师协会 (IEEE) 和国际标准化组织 (ISO)）开发的更高层，物理层 (PHY) 和介质访问层 (MAC) 均可从同一汽车投资中获益。
DSRC设备是自2007年建议该标准以来开发的第三代产品。Wi-Fi联盟的DSRC任务组负责DSRC认证，Honda等公司则设法让DSRC系统能够通过直接Wi-Fi连接，建立起连接消费者智能手机的链路。
两种技术都需要新一代的天线来处理来自Taoglas等供应商的5.9GHz链路。
5G版图中的无人驾驶
领先的汽车制造商、芯片制造商和手机运营商已建立5G汽车协会，负责开发、测试和推广用于无人驾驶汽车的5G系统，并且开始着手建立汽车专用标准以及加快商业开发。
此蜂窝-V2X (C-V2X) 技术在3GPP版本14中定义为LTE-V2X。其一项额外的元素是远程车辆到网络 (V2N) 连接规范，利用这类连接可以在端到端解决方案中包含和打包云服务。这可以通过现有的4G蜂窝甚至3G数据模块（例如Sierra Wireless提供的解决方案）来实现，但5GAA着眼于如何将其与5G系统集成，以适应未来应用。
图 4： 用于无人驾驶车辆的 5G 蜂窝技术的优势。（来源： 5GAA）
欧盟预期将于2018年推出5G服务，并于2020年前进行大规模商用推广。这可能会影响最新的无人驾驶汽车计划，该计划将于2018年和2019年启动上路，届时没有可用的基础设施。将于2019年世界无线电通信大会 (WRC-19) 协定的可用于5G的频带也可能发生变化，届时可能包括5.9GHz频带，也可能包括高于6GHz的频带。这些5G系统在整个欧洲的试用中已经崭露头角。
在瑞典斯德哥尔摩和爱沙尼亚塔林进行的真实户外5G试验采用了15GHz频带中的800MHz频谱。试验期间实现了每用户15GB/s的峰值速度和低于3毫秒的延迟。这是当前的4G技术可实现的最高速度的40倍，并且制造商计划于2018年推出商用5G服务。与此同时，在法国的测试设备也展示了以超过10GB/s的峰值速度进行的无线通信。
一些试验还展示了5G连接在无人驾驶汽车上的其他应用。在日本，5G网络连接使用10GB/s的数据速率将汽车周围的高清摄像头的高分辨率图像传回到远程中心。这样一来，远程操作者便可监视车辆并协助乘客。
图 5： 5G 技术在无人驾驶汽车中的应用。（来源：5GAA）
结语
汽车系统开发人员的争论点是802.11p当前已经面市。在最近六年里，ETSI组织了四次“插接测试”活动，这让系统设计人员确信各种车辆都能连接到基础设施。而且，随着越来越多无人驾驶汽车的推出，车辆和路边装置中的收发器数量还会增加，从而拉低成本。
