無(wú)人駕駛（即自動(dòng)駕駛）是人類(lèi)的下一個(gè)十年計(jì)劃。要實(shí)現(xiàn)這一夢(mèng)想，需要一種獨(dú)特的技術(shù)組合來(lái)克服自動(dòng)駕駛的首要挑戰(zhàn)。

完美的組合

自動(dòng)駕駛汽車(chē) (AV) 需要實(shí)時(shí)處理大量信息。例如，為了避免碰撞、檢測(cè)障礙物和行人，以及通知免費(fèi)停車(chē)位，車(chē)輛需要與城市基礎(chǔ)設(shè)施（例如紅綠燈、公共安全系統(tǒng)）、霧/云服務(wù)提供商甚至汽車(chē)制造商之間交換大量元數(shù)據(jù)。據(jù)英特爾統(tǒng)計(jì)，一輛這樣的汽車(chē)每天需要處理的數(shù)據(jù)量將高達(dá)3.9TB，相當(dāng)于2666名網(wǎng)民每日的數(shù)據(jù)使用量。超聲波、雷達(dá)、全球定位系統(tǒng)、攝像頭和信息娛樂(lè)系統(tǒng)等汽車(chē)部件都是導(dǎo)致這一數(shù)據(jù)激增的因素。

為確保車(chē)對(duì)車(chē) (V2V)、車(chē)對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施 (V2I)、車(chē)對(duì)網(wǎng)絡(luò) (V2N) 以及車(chē)對(duì)行人(V2P) 等統(tǒng)稱(chēng)為車(chē)聯(lián)網(wǎng) (V2X) 技術(shù)實(shí)現(xiàn)安全且可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)交換，以電氣與電子工程師學(xué)會(huì)以及美國(guó)交通運(yùn)輸部為主的組織制定了新的標(biāo)準(zhǔn)。

但是，僅靠V2X標(biāo)準(zhǔn)是不夠的。為了讓車(chē)輛在不破壞道路安全的情況下實(shí)時(shí)做出復(fù)雜、自主的決策，V2X系統(tǒng)必須配備一個(gè)移動(dòng)通信生態(tài)系統(tǒng)，其速度和數(shù)據(jù)處理能力能夠與人類(lèi)的反應(yīng)相匹配。近年來(lái)報(bào)道的涉及自動(dòng)駕駛道路測(cè)試的事故進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了這一要求，為此第三代合作伙伴計(jì)劃 (3GPP) 制定了5G無(wú)線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。

5G如何融入到V2X用例中

AV的共同特征是能連續(xù)感知觀(guān)察到的環(huán)境，從而實(shí)時(shí)選擇行駛路線(xiàn)。在帶寬受限的無(wú)線(xiàn)電環(huán)境中，它們必須能夠處理高水平的噪聲和干擾以及外部實(shí)體的高動(dòng)態(tài)配置。要支持V2X用例，僅提高數(shù)據(jù)吞吐量是無(wú)法滿(mǎn)足需求的。此外，網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施還必須能提供高可靠的低延遲網(wǎng)絡(luò)，并在不同通信范圍內(nèi)確保數(shù)據(jù)安全。

以下常見(jiàn)V2X用例的實(shí)現(xiàn)將最終引領(lǐng)汽車(chē)步入完全互聯(lián)的自動(dòng)化時(shí)代：

協(xié)同覺(jué)察（例如，應(yīng)急車(chē)輛警示）；

協(xié)同感知（交換原始感知據(jù)）；

協(xié)同操控（在變道、排隊(duì)、交叉口控制等方面協(xié)調(diào)車(chē)輛行駛路線(xiàn)）；

通知弱勢(shì)道路使用者，即行人、騎自行車(chē)者等；

交通運(yùn)輸效率（動(dòng)態(tài)更新路線(xiàn)、地圖等）

為了支持這些用例，可能需要一種以上的無(wú)線(xiàn)技術(shù)，例如，設(shè)備之間的短程直接通信（V2V、V2I和V2P），而不通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)度。采用3GPP Release 12/13 LTE鄰近服務(wù)技術(shù)的設(shè)備間接口可用于以超低延遲在相鄰車(chē)輛之間可靠地傳輸大量數(shù)據(jù)。對(duì)于車(chē)對(duì)網(wǎng)絡(luò) (V2N) 通信，不僅需要傳統(tǒng)的蜂窩云服務(wù)，還需借助于新型5G無(wú)線(xiàn)技術(shù)。

連通性和網(wǎng)絡(luò)性能

大規(guī)模的數(shù)據(jù)和設(shè)備是自動(dòng)駕駛時(shí)代的最大挑戰(zhàn)。與4G/LTE相比，5G每單位面積的帶寬提高了1000倍、流量提高了1萬(wàn)倍，每單位面積的連接設(shè)備數(shù)也增加了100倍。采用毫米波的5G小基站技術(shù)具有更高的頻譜效率，這對(duì)于帶寬受限的V2X環(huán)境來(lái)說(shuō)是一大優(yōu)勢(shì)。

可靠性

5G承諾可以實(shí)現(xiàn)>1毫秒的超低延遲，可滿(mǎn)足任務(wù)關(guān)鍵型V2X用例的可靠性期望。相對(duì)而言，無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)更容易被攔截，也更容易受到中間人攻擊。5G有望通過(guò)包括相互認(rèn)證、本地安全元件、傳輸層安全、99.999%的網(wǎng)絡(luò)可用性以及固件空中更新來(lái)提高5G電子產(chǎn)品的安全性。

網(wǎng)絡(luò)切片

就像虛擬化硬件平臺(tái)上的虛擬機(jī)一樣，5G的網(wǎng)絡(luò)切片功能可以讓不同供應(yīng)商通過(guò)同一基礎(chǔ)設(shè)施提供不同類(lèi)別的汽車(chē)服務(wù)。例如，它將允許電信運(yùn)營(yíng)商、道路運(yùn)營(yíng)商和汽車(chē)制造商在同一個(gè)5G基礎(chǔ)設(shè)施上為車(chē)輛及其乘客提供不同的服務(wù)。

5G V2X的要求及設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

為了連接車(chē)輛和后端基礎(chǔ)設(shè)施，5G V2X應(yīng)用對(duì)通信系統(tǒng)提出了新的設(shè)計(jì)要求，因此在3GPP Release16中制定了5G V2X規(guī)范。

3GPP和5G汽車(chē)協(xié)會(huì)等行業(yè)論壇已經(jīng)確定了5G V2X系統(tǒng)在延遲、可靠性和數(shù)據(jù)速率方面的特定于用例的性能要求。3GPP確定了5G V2X的以下五類(lèi)要求：

常規(guī)用途：適用于所有V2X場(chǎng)景的互聯(lián)、通信相關(guān)要求

車(chē)輛排隊(duì)：以超小間距緩慢行駛的車(chē)輛

高級(jí)駕駛：半自動(dòng)或全自動(dòng)駕駛

擴(kuò)展傳感器：所有支持V2X的設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)元件間的信息交換

遠(yuǎn)程駕駛：由駕駛員遠(yuǎn)程操縱（例如，在危險(xiǎn)環(huán)境下）

需要注意的是，5G V2X系統(tǒng)的要求取決于用例場(chǎng)景（圖1）。與緊急情況下的協(xié)同操控相比，常規(guī)變道操作對(duì)延遲和可靠性的要求要少得多。

圖1：該圖顯示了3GPP指南中定義的V2X對(duì)5G延遲和數(shù)據(jù)速率的要求，并會(huì)根據(jù)汽車(chē)原始設(shè)備制造商的輸入進(jìn)行微調(diào)（來(lái)源：arxiv.org網(wǎng)站上的Use Cases, Requirements, and Design Considerations for 5G/V2X）

結(jié)論

AV實(shí)質(zhì)上是移動(dòng)的數(shù)據(jù)中心；它們嚴(yán)重依賴(lài)邊緣計(jì)算能力。要通過(guò)高級(jí)Wi-Fi連接傳輸自動(dòng)駕駛汽車(chē)一周的數(shù)據(jù)，大概需要230天的時(shí)間。因此， 用于新的無(wú)線(xiàn)電和天線(xiàn)架構(gòu)的產(chǎn)品和應(yīng)用特定集成電路處理技術(shù)方面的顛覆性創(chuàng)新，對(duì)于支持5G V2X來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。

審核編輯：郭婷