無線通信如何作用于汽車自動(dòng)駕駛呢

ADAS/自動(dòng)駕駛可提高交通安全，保護(hù)人身安全

每年約有 120 萬人死于車禍，在這些重大事故中，90% 以上是人為過錯(cuò)造成的（例如醉駕、超速、忽略交通信號(hào)和開車時(shí)看手機(jī)等）。每年因車禍死亡 120 萬人，相當(dāng)于每天有 7 架載有 500 名乘客的客機(jī)墜毀。

為了盡量減少車禍數(shù)量，汽車制造商、供應(yīng)商、政府機(jī)構(gòu)、學(xué)術(shù)界、甚至非汽車技術(shù)提供商正在聯(lián)合開發(fā)先進(jìn)的駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）和自動(dòng)駕駛汽車。 ?

這個(gè)全新的汽車生態(tài)系統(tǒng)融合了來自各個(gè)領(lǐng)域的大量先進(jìn)技術(shù)，例如：傳感器融合了無線探測(cè)和測(cè)距（RADAR）、激光探測(cè)和測(cè)距（LIDAR）以及光學(xué)傳感器（攝像頭）。 ?

高速信息系統(tǒng)融合了汽車以太網(wǎng)、強(qiáng)大的信號(hào)處理功能、具有高精度導(dǎo)航功能的高清（HD）地圖，以及人工智能（AI）。 ?

汽車通信則包括車輛到車輛（V2V）、車輛到網(wǎng)絡(luò)（V2N）、車輛到基礎(chǔ)設(shè)施（V2I）、車輛到行人（V2P）、車輛到公用事業(yè)（V2U）以及車聯(lián)網(wǎng)（V2X）之間的通信。 ?

傳感技術(shù)和人工智能為安全、可靠的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)提供了最先進(jìn)的 360 度全景影像。同樣，無線通信將在保持車輛、基礎(chǔ)設(shè)施和行人構(gòu)成的整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)同步方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。通過共享和接收關(guān)鍵安全信息、其他車輛和行人的移動(dòng)信息、交通信息和道路狀況，這些技術(shù)降低了行車風(fēng)險(xiǎn)。這些數(shù)據(jù)還有助于自動(dòng)駕駛汽車和 ADAS 系統(tǒng)保持最佳運(yùn)行狀態(tài)。 ?

無線通信如何作用于自動(dòng)駕駛

無線通信技術(shù)具有三大優(yōu)勢(shì)：更安全的道路、更高效的交通路線規(guī)劃，以及更多的車內(nèi)便利性。具有無線功能的車輛可以與其他車輛和/或路邊基礎(chǔ)設(shè)施共享道路信息和交通狀況，并更好地預(yù)測(cè)潛在風(fēng)險(xiǎn)或路線延誤。

為了體現(xiàn)這些優(yōu)勢(shì)，無線通信技術(shù)使用多種通信方法，例如車輛到車輛（V2V）、車輛到網(wǎng)絡(luò)（V2N）、車輛到基礎(chǔ)設(shè)施（V2I）、車輛到行人（V2P）、車輛到電網(wǎng)（V2G）、以及最終的車聯(lián)網(wǎng)（V2X）。 ?

車輛到車輛（V2V）

車輛直接相互通信，可以共享碰撞前和碰撞后警告、接近實(shí)時(shí)的道路狀況、盲點(diǎn)警告，以及提高能見度。V2V 還可以連接車隊(duì)中的兩輛或多輛車，也稱為隊(duì)列。

以下是應(yīng)用 V2V 的示例：領(lǐng)頭的汽車通過道路上的結(jié)冰部分，其防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS） 和/或電子穩(wěn)定控制（ESC）系統(tǒng)進(jìn)行了介入。無線通信系統(tǒng)立即向跟隨車輛發(fā)出警告信號(hào)，它們可以減速，或繞行避開這條結(jié)冰道路。另一個(gè)例子是領(lǐng)頭車輛遭遇事故， 其安全氣囊系統(tǒng)彈出。

跟隨車輛立刻收到了無線信號(hào)，它們可以減速或做好準(zhǔn)備，防止連環(huán)追尾。要執(zhí)行好這一重要的 V2V 任務(wù)，無線通信的時(shí)延必須非常低。 ?

車輛到網(wǎng)絡(luò)（V2N）

車輛與由基站和遠(yuǎn)程無線前端（RRH）組成的 無線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行通信，以共享實(shí)時(shí)交通信息（例如工作區(qū)警告）。V2N 還用于呼叫 SOS 服務(wù)（例如 eCall 和 ERA-GLONASS）、進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷和維修。與 V2V 不同，對(duì) V2N 而言，時(shí)延特別低并不那么重要，至關(guān)重要的是可靠性。如果使用 V2N 的 eCall 或 ERA-GLONASS 呼叫無法連接到緊急服務(wù)（例如美國的 911、歐洲的 112 和韓國的 119），那么對(duì)需要幫助的人造成的后果可能是災(zāi)難性的。 ?

車輛到基礎(chǔ)設(shè)施（V2I）

車輛與路邊基礎(chǔ)設(shè)施元件（例如交通信號(hào)燈、道路標(biāo)志、交叉路口和路燈）通信以共享交通信號(hào)變化通知、道路狀況警告、交叉路口碰撞警告和行人橫穿馬路等信息。

為了使這種 V2I 通信無縫銜接，必須在路邊基礎(chǔ)設(shè)施中部署非常多的接入點(diǎn)，這一成本十分高昂。一家歐洲汽車制造商于 2016 年在美國拉斯維加斯推出了首個(gè) V2I 通信試點(diǎn)項(xiàng)目，但更主流的 V2I 部署可能還需要時(shí)間。 ?

車輛到行人（V2P）

車輛與行人通信，即使在漆黑的夜晚、大霧或雨天等能見度較低的條件下，也能獲取有人行橫道或行人靠近的警告，從而保護(hù)行人。行人攜帶的移動(dòng)設(shè)備或可穿戴設(shè)備可用于 V2P 通信。 ?

車輛到電網(wǎng)（V2G）

車輛與電網(wǎng)通信，使電動(dòng)車輛或混合動(dòng)力車輛在最具成本效益的非高峰時(shí)段進(jìn)行充電， 或者向電網(wǎng)中輸出電能轉(zhuǎn)售給電力公司。 ?

當(dāng)前 V2X 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和局限

DSRC 與 4G 蜂窩網(wǎng)絡(luò)

在討論汽車連通性中 5G 無線通信的優(yōu)勢(shì)之前，有必要回顧一下目前汽車行業(yè)中使用的無線通信技術(shù)：802.11p DSRC 和基于 LTE 的蜂窩網(wǎng)絡(luò) V2X。兩種技術(shù)都支持 V2X 通信，但各有利弊，而且目前它們都無法實(shí)現(xiàn)完整的 V2X 體驗(yàn)。下表對(duì)比了每種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和局限。 ?

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DSRC 以 IEEE 802.11p 物理層標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，在美國還要遵守 1609 車載無線接入 環(huán)境（WAVE）協(xié)議，在歐洲則要符合歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ETSI）的 TC-ITS 歐洲標(biāo)準(zhǔn)。802.11p DSRC 的 兩大主要優(yōu)點(diǎn)：可立即用于汽車行業(yè)；時(shí)延極低，僅約 5 毫秒（ms）。

基于成熟的 Wi-Fi 802.11a 技術(shù)，IEEE 于 2010 年批準(zhǔn)了 802.11p 規(guī)范。許多想要部署 V2X（特別是 V2V 和 V2I）通信的汽車制造商現(xiàn)在更青睞 802.11p 的可用性。DSRC 是基于自組網(wǎng)的通信技術(shù)，不依賴于網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)。 但是，802.11p 需要安裝許多新的接入點(diǎn)（AP）和網(wǎng)關(guān)，這增加了完全部署的時(shí)間和成本。由于它基于免費(fèi)的 Wi-Fi 技術(shù)，因此很難找到愿意支付 AP 部署成本的運(yùn)營商，因?yàn)楫?dāng)前還沒有明確的商業(yè)模式。技術(shù)發(fā)展也沒有明確的方向。 ?

蜂窩網(wǎng)絡(luò) V2X（C-V2X）是汽車行業(yè)的新技術(shù)。最新的 3GPP 第 14 版定義了一些基于 LTE 技術(shù)的 C-V2X 規(guī)范（也稱為用于車輛的 LTE-V）。LTE-V 支持汽車與網(wǎng)絡(luò)的無線通信（V2N），以及 V2V 和 V2P 的器件到器件（D2D）通信。C-V2X 的一大優(yōu)勢(shì)在于它使用現(xiàn)有的蜂窩網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，可以提供更好的安全性、更大的通信范圍以及從 4G 到 5G 及更高代的技術(shù)演進(jìn)路徑。

然而，當(dāng)前 4G LTE 網(wǎng)絡(luò)上的 LTE-V 不能提供關(guān)鍵 V2V 通信所需的低時(shí)延，現(xiàn)在的時(shí)延在 30ms 到 100ms 之間。如果領(lǐng)頭的汽車發(fā)出了緊急信號(hào)，V2V 通信卻未能及時(shí)通知后續(xù)車輛，那么危急情況可能會(huì)迅速惡化。? ?

5G 將如何改進(jìn) V2X 和自動(dòng)駕駛系統(tǒng)

5G 將蜂窩網(wǎng)絡(luò)從一種消費(fèi)類技術(shù)轉(zhuǎn)向高風(fēng)險(xiǎn)的汽車應(yīng)用

聯(lián)合國負(fù)責(zé)信息和通信技術(shù)的專門機(jī)構(gòu) — 國際電信聯(lián)盟（ITU-R）的無線通信部門確定了 5G 的三種主要應(yīng)用場(chǎng)景：增強(qiáng)移動(dòng)多千兆比特寬帶、大規(guī)模高密度機(jī)器類連接以及超高可靠性低時(shí)延（99.999％）通信。 這些場(chǎng)景中的技術(shù)指標(biāo)提供了自動(dòng)駕駛系統(tǒng)所需的峰值數(shù)據(jù)速率、時(shí)延、頻譜效率和連接密度，為改造駕駛體驗(yàn)帶來了巨大優(yōu)勢(shì)。

速度高達(dá) 500 km/h（310 mph）時(shí)僅有 1 ms 的超低時(shí)延

速度高達(dá) 500 km/h（310 mph）時(shí)具有 20 Gbps 的高峰值速率

最高可連接 1,000,000 輛汽車和器件的極高密度 ? ?

結(jié)論

5G 將為自動(dòng)駕駛系統(tǒng)提供超低時(shí)延，保護(hù)人身安全

G 的超低時(shí)延將在汽車連通性中發(fā)揮關(guān)鍵作用。例如，在突然剎車場(chǎng)景中，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)和 ADAS 的安全功能應(yīng)立即向后續(xù)車輛發(fā)出警告，以防止連環(huán)追尾。只有當(dāng)領(lǐng)頭車的消息能夠及時(shí)傳達(dá)到跟隨車輛以便其采取規(guī)避行動(dòng)時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

此外，低時(shí)延的 5G 技術(shù)能夠更好地預(yù)防事故；特別是在非視距（NLOS）情況下， 因?yàn)榛跀z像機(jī)、激光雷達(dá)或常規(guī)雷達(dá)的大多數(shù)當(dāng)前傳感器融合技術(shù)只能探測(cè)到視線（LOS）內(nèi)的目標(biāo)。研究表明，大多數(shù)駕駛員至少需要經(jīng)過 700 ms 的時(shí)間，才能對(duì)危險(xiǎn)情況做出反應(yīng)，做出規(guī)避或預(yù)防行動(dòng)。憑借 1 ms 的低時(shí)延，基于 5G 的自動(dòng)駕駛汽車和 ADAS 將使事故的數(shù)量大大減少，從而降低交通風(fēng)險(xiǎn)并保護(hù)人身安全。 ? ?

5G 還將以非?？斓乃俣认蜃詣?dòng)駕駛導(dǎo)航系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)

憑借高達(dá) 20 Gbps 的峰值數(shù)據(jù)速率，5G 將幫助自動(dòng)駕駛汽車實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的視頻和音頻娛樂。但更重要的是，5G 快速可靠的數(shù)據(jù)連接可以近乎實(shí)時(shí)地下載復(fù)雜的 3D 地圖。除了傳感器融合技術(shù)之外，自動(dòng)駕駛汽車還非常依賴于精確且極為詳細(xì)的 3D 地圖導(dǎo)航。但是，將全州或全國的大型地圖數(shù)據(jù)集合存儲(chǔ)在車輛中將是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

人們自然想到的解決方案是使用 5G 數(shù)據(jù)連接下載附近地區(qū)的最新 3D 地圖。人們也希望 5G 能在擁擠不堪的市區(qū)或人煙稀少的農(nóng)村可靠運(yùn)行，無論用戶身在何處，都能始終在線。無論您的自動(dòng)駕駛汽車是停在停車場(chǎng)中還是在德國的高速公路上飛馳，即使速度高達(dá) 500 km/h（310 mph），5G 都能確保所有關(guān)鍵任務(wù)無線服務(wù)無縫運(yùn)行。 ?

5G 將為自動(dòng)駕駛系統(tǒng)帶來強(qiáng)大助力

DSRC 和 4G C-V2X（LTE-V）都不能單獨(dú)滿足關(guān)鍵任務(wù)自動(dòng)駕駛和 ADAS 系統(tǒng)的嚴(yán)格要求。唯有 5G 可以提供實(shí)打?qū)嵉?20 Gbps 連接和超高可靠性，達(dá)到自動(dòng)駕駛汽車和 ADAS 的要求。? ?







審核編輯：劉清