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為何自動(dòng)駕駛需要5G？
發(fā)布時(shí)間：2018-11-07 分類：趨勢研究
一、 什么叫自動(dòng)駕駛？
自動(dòng)駕駛分為6個(gè)等級(jí)：
Level 0：人工駕駛，無駕駛輔助系統(tǒng)，僅提醒。
Level 1：輔助人工駕駛，可實(shí)現(xiàn)單一的車速或轉(zhuǎn)向控制自動(dòng)化，仍由人工駕駛（如定速巡航、ACC）。
Level 2：部分自動(dòng)駕駛，可實(shí)現(xiàn)車速和轉(zhuǎn)向控制自動(dòng)化，駕駛員必須始終保持監(jiān)控（如車道中線保持）。
Level 3：有條件自動(dòng)駕駛，可解放雙手（hands off），駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)并在必要時(shí)進(jìn)行干預(yù)。
Level 4：高級(jí)自動(dòng)駕駛，可解放雙眼（eyes off），在一些預(yù)定義的場景下無需駕駛員介入。
Level 5：全自動(dòng)駕駛，完全自動(dòng)化，不需要駕駛員（driverless）。
二、自動(dòng)駕駛基本原理
關(guān)于自動(dòng)駕駛的基本原理，需了解三大關(guān)鍵詞：傳感器、數(shù)據(jù)融合（Data Fusion）、100%安全性決策。
傳感器
自動(dòng)駕駛需要的傳感器系統(tǒng)主要有三種類型：攝像頭、雷達(dá)和激光雷達(dá)。
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攝像頭
攝像頭是自動(dòng)駕駛必備的傳感器，包括前視、后視和360度攝像系統(tǒng)，后視和360度攝像頭主要提供360度外部環(huán)境呈現(xiàn)，前視攝像頭主要用于識(shí)別行人、車輛、道路、交通標(biāo)志等。
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雷達(dá)（RADAR）
自動(dòng)駕駛需要多個(gè)雷達(dá)傳感器，其功能是無線探測和測距，主要用于盲點(diǎn)檢測、防碰撞、自動(dòng)泊車、制動(dòng)輔助、緊急制動(dòng)和自動(dòng)距離控制等應(yīng)用。目前的雷達(dá)系統(tǒng)主要基于24GHz和77GHz，相較于24GHz，77GHz在測量距離和速度時(shí)具有更高的精度，以及更高的角分辨率，且還具備天線尺寸小、干擾小等優(yōu)點(diǎn)。
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激光雷達(dá)（LiDAR）
LiDAR，即Light Detection And Ranging的縮寫，它是一種基于激光的系統(tǒng)，除發(fā)射器（激光器）外，系統(tǒng)還具備高靈敏度的接收器。LiDAR主要用于測量靜止和移動(dòng)物體的距離，并通過處理提供所檢測物體的三維圖像。
LiDAR應(yīng)用于自動(dòng)駕駛所面臨的挑戰(zhàn)是，如何克服在雨雪、霧、溫度等環(huán)境影響下識(shí)別較遠(yuǎn)距離的物體，同時(shí)，這玩意成本太高，目前不適合汽車領(lǐng)域的大規(guī)模部署。
數(shù)據(jù)融合（Data Fusion）
數(shù)據(jù)融合就是將不同傳感器（如雷達(dá)、攝像頭和激光雷達(dá)）數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化合成，實(shí)現(xiàn)不同信息源的互補(bǔ)性、冗余性和合作性，從而做出更好、更安全的決策。比如攝像頭具有分辨顏色（識(shí)別指示牌和路標(biāo)）的優(yōu)勢，可易受惡劣天氣環(huán)境和光線的影響，但雷達(dá)在測距、穿透雨霧等有優(yōu)勢，兩者互補(bǔ)融合可作出更精確、更可靠的評估和判斷。
100%安全性決策
一旦出現(xiàn)交通事故，重則導(dǎo)致人身傷亡，因此，自動(dòng)駕駛對技術(shù)安全的要求相當(dāng)苛刻，需實(shí)現(xiàn)接近100%的安全性。
簡而言之，自動(dòng)駕駛就是通過傳感器收集全面的環(huán)境信息，再對信息融合處理，并作出接近100%安全性決策。
目前多數(shù)人所談的自動(dòng)駕駛，都是基于汽車本地端的傳感器、數(shù)據(jù)融合來實(shí)現(xiàn)決策的。
但是，你有沒有想過，這種單憑本地端實(shí)現(xiàn)的方式存在一些局限性。
當(dāng)汽車橫穿十字路口時(shí)，自動(dòng)駕駛能預(yù)知從左側(cè)高速駛來的大卡車嗎？
由于易受雨、雪、霧、強(qiáng)光等環(huán)境影響，攝像頭能始終準(zhǔn)確識(shí)別指示牌和紅綠燈嗎？
當(dāng)自動(dòng)駕駛在高速路上以130公里/小時(shí)行駛時(shí)，攝像機(jī)/雷達(dá)融合無法安全地檢測到前方超過120米距離外的停車，這將觸發(fā)超過5米每平方秒的緊急制動(dòng)，這是無法接受的。
總之，道路環(huán)境異常復(fù)雜，雷達(dá)、攝像頭和激光雷達(dá)等本地傳感系統(tǒng)受限于視距、環(huán)境等因素影響，要實(shí)現(xiàn)100%安全性，自動(dòng)駕駛需要彌補(bǔ)本地傳感器所欠缺的感知能力。
簡單的理解，本地傳感系統(tǒng)讓汽車實(shí)現(xiàn)了“眼觀六路”，但自動(dòng)駕駛還需要“耳聽八方”。
這就需要C-V2X閃亮登場。
三、C-V2X能做什么？
C-V2X，C即Cellular，V2X就是vehicle-to-everything，指車與外界的信息交換，它是基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。
C-V2X指從LTE-V2X到5G V2X的平滑演進(jìn)，它不僅支持現(xiàn)有的LTE-V2X應(yīng)用，還支持未來5G V2X的全新應(yīng)用。它基于強(qiáng)大的3GPP生態(tài)系統(tǒng)和連續(xù)完善的蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋，可大幅降低未來自動(dòng)駕駛和車聯(lián)網(wǎng)部署成本。
與雷達(dá)、激光雷達(dá)等傳感器不同，我們可以把V2X視為一種無線傳感器系統(tǒng)的解決方案，它允許車輛通過通信信道彼此共享信息，它可檢測隱藏的威脅，擴(kuò)大自動(dòng)駕駛感知范圍，能預(yù)見接下來會(huì)發(fā)生什么，從而進(jìn)一步提升自動(dòng)駕駛的安全性、效率和舒適性。C-V2X被認(rèn)為是自動(dòng)駕駛的關(guān)鍵推動(dòng)因素之一。
道路前方彎道處停有一輛拋錨的汽車，但由于正好處于彎道，汽車本地的攝像頭、雷達(dá)等傳感器無法檢測到，眼看一場車禍正要釀成悲劇。
幸運(yùn)的是，我們有V2X。
V2X通過通信網(wǎng)絡(luò)共享信息，具有“耳聽八方”的能力，此時(shí)汽車顯示屏上會(huì)提示前方有車輛，并啟動(dòng)減速和轉(zhuǎn)向，安全通過。
當(dāng)駕駛員剛打左轉(zhuǎn)燈準(zhǔn)備超車時(shí)，V2X通過顯示屏立即提示，前方有來車，不能超車…
直到危險(xiǎn)解除后，才順利超車，安全通過。
四、C-V2X技術(shù)簡介
V2X主要包括V2N（車輛與網(wǎng)絡(luò)/云）、V2V（車輛與車輛）、V2I（車輛與道路基礎(chǔ)設(shè)施）和V2P（車輛與行人）之間的連接性。
2015年，3GPP在Rel. 14版本中啟動(dòng)了基于LTE系統(tǒng)的V2X服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)研究，即LTE-V2X，國內(nèi)多家通信企業(yè)（華為、大唐、中興）參與了LTE-V標(biāo)準(zhǔn)制定和研發(fā)。2016年9月，首版涵蓋了V2V和V2I的V2X標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布；2017年6月，進(jìn)一步增強(qiáng)型V2X操作方案發(fā)布。
在Rel. 14中，V2V通信基于D2D（ Device-to-Device）通信，其為Rel.12和Rel.13版本中的Proximity Services (ProSe) 近距離通信技術(shù)的一部分。新的D2D接口被命名為PC5接口，以實(shí)現(xiàn)可支持V2X要求的增強(qiáng)型功能，這些增強(qiáng)型功能包括：支持高達(dá)500Km / h的相對車速、支持eNB覆蓋范圍內(nèi)的同步操作、提升資源分配性能、擁塞控制和流量管理等。
在Rel. 14中，LTE-V2X主要有兩種操作模式：通過PC5接口點(diǎn)對點(diǎn)通信（V2V）和通過LTE-Uu與網(wǎng)絡(luò)通信（V2N）。
基于PC5接口的V2V通信也包括兩種模式：管理模式（PC5 Mode 3）和非管理模式（PC5 Mode 4），當(dāng)網(wǎng)絡(luò)參與車輛調(diào)度時(shí)稱為管理模式，當(dāng)車輛獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)時(shí)稱為非管理模式。在非管理模式下，基于車輛間的分布式算法來進(jìn)行流量調(diào)度和干擾管理；在管理模式下，通過Uu接口的控制信令由基站（eNB）輔助進(jìn)行流量調(diào)度和干擾管理。
C-V2X還將持續(xù)平滑演進(jìn)到5G V2X，將對功能進(jìn)一步增強(qiáng)，以支持低延遲和高可靠性V2X服務(wù)。
除了PC5和Uu接口，C-V2X技術(shù)構(gòu)架還包括V2X控制功能、邊緣應(yīng)用服務(wù)器和V2X應(yīng)用服務(wù)器。
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V2X控制功能（V2X control function）位于核心網(wǎng)，其為實(shí)現(xiàn)V2X通信向UE提供必要的參數(shù)以執(zhí)行相關(guān)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)作。
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V2X應(yīng)用服務(wù)器可部署于網(wǎng)絡(luò)之外，由車企、移動(dòng)運(yùn)營商或第三方來運(yùn)營，從而跨運(yùn)營商跨車廠，這也解決了過去車企擔(dān)心的依賴C-V2X會(huì)導(dǎo)致自動(dòng)駕駛業(yè)務(wù)被電信運(yùn)營商所控制的問題。
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邊緣應(yīng)用服務(wù)器靠近數(shù)據(jù)源部署，解決了時(shí)延和網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷問題，將在許多V2X用例（比如實(shí)時(shí)高清地圖更新等）中發(fā)揮重要作用。
五、為何自動(dòng)駕駛需要5G？
目前基于LTE的V2N已經(jīng)覆蓋了很多車聯(lián)網(wǎng)用例，比如交通信息提示、地圖更新、OTA固件更新。未來V2V和V2I將廣泛應(yīng)用于車聯(lián)網(wǎng)的低時(shí)延、遠(yuǎn)距離通信場景。
你可以將C-V2X看成是連接V2N和V2V/V2I的粘合劑，其依托于成熟的蜂窩網(wǎng)絡(luò)生態(tài)，隨著4G向5G的技術(shù)演進(jìn)，將在未來自動(dòng)駕駛領(lǐng)域發(fā)揮關(guān)鍵的作用。
1、基于5G近實(shí)時(shí)的高清視頻傳輸，V2N和V2V互補(bǔ)（V2N2V），如前所述，讓自動(dòng)駕駛不僅能“眼觀六路”，還能“耳聽八方”，實(shí)現(xiàn)100%安全性。
2、5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)提供始終如一的QoS保障。
與互聯(lián)網(wǎng)“盡力而為”的數(shù)據(jù)傳輸不同，網(wǎng)絡(luò)切片可提供始終如一的低時(shí)延和高速率服務(wù)保障，這對于安全性要求極高的自動(dòng)駕駛領(lǐng)域尤為關(guān)鍵。比如，當(dāng)汽車行駛于網(wǎng)絡(luò)擁塞區(qū)域（比如演唱會(huì)、體育場附近），網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)仍然能優(yōu)先保障汽車通信的高速率和低時(shí)延性能。
3、邊緣計(jì)算是自動(dòng)駕駛的未來。
5G核心網(wǎng)控制面與數(shù)據(jù)面徹底分離，NFV令網(wǎng)絡(luò)部署更加靈活，從而使能分布式的邊緣計(jì)算部署。邊緣計(jì)算將更多的數(shù)據(jù)計(jì)算和存儲(chǔ)從“核心”下沉到“邊緣”，部署于接近數(shù)據(jù)源的地方，一些數(shù)據(jù)不必再經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)到達(dá)云端處理，從而降低時(shí)延和網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，也提升了數(shù)據(jù)安全性和隱私性。
這對于時(shí)延要求極高、數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)量極大的自動(dòng)駕駛領(lǐng)域而言，重要性不言而喻。未來對于靠近車輛的移動(dòng)通信設(shè)備，如基站、路邊單元等或均將部署車聯(lián)網(wǎng)的邊緣計(jì)算，來完成本地端的數(shù)據(jù)處理、加密和決策，并提供實(shí)時(shí)、高可靠的通信能力。
是的，自動(dòng)駕駛需要5G，但說到最后，對于5G自動(dòng)駕駛，挑戰(zhàn)在哪里？
想到了兩點(diǎn)：
挑戰(zhàn)一，網(wǎng)絡(luò)頻繁切換。
5G無線頻率更高、覆蓋范圍小，未來城市的每個(gè)燈柱或?qū)⒕褪且粋€(gè)小基站，必然會(huì)帶來基站間頻繁切換的問題而影響自動(dòng)駕駛能力，怎么破？
C-RAN（Cloud RAN）構(gòu)架可大幅降低切換開銷。
挑戰(zhàn)二，天線怎么安裝？
今天的5G手機(jī)面臨的一大挑戰(zhàn)是，天線太多，手機(jī)空間太小。未來的汽車也將面臨這樣的問題。
我們掐指算一下，未來的汽車將有多少無線系統(tǒng)？LTE V2X（5.8-5.9GHz）、衛(wèi)星定位（1.57GHz，1.1-1.2GHz，1.6GHz）、藍(lán)牙（2.4GHz）、WIFI（2.4GHz，5GHz）、3G/4G網(wǎng)絡(luò)（700MHz-2.6GHz）、雷達(dá)（76-77GHz）、5G NR（3.3-4.9GHz、6-80GHz）、無線充電等等。
這么多天線系統(tǒng)，在安裝時(shí)必須考慮汽車的擋風(fēng)玻璃、金屬殼對無線信號(hào)的衰減影響，怎么破？
新材料天線、與車體集成的天線將應(yīng)運(yùn)而生。
