无线通信如何作用于汽车自动驾驶呢

ADAS/自动驾驶可提高交通安全，保护人身安全

每年约有 120 万人死于车祸，在这些重大事故中，90% 以上是人为过错造成的（例如醉驾、超速、忽略交通信号和开车时看手机等）。每年因车祸死亡 120 万人，相当于每天有 7 架载有 500 名乘客的客机坠毁。

为了尽量减少车祸数量，汽车制造商、供应商、政府机构、学术界、甚至非汽车技术提供商正在联合开发先进的驾驶辅助系统（ADAS）和自动驾驶汽车。  

这个全新的汽车生态系统融合了来自各个领域的大量先进技术，例如：传感器融合了无线探测和测距（RADAR）、激光探测和测距（LIDAR）以及光学传感器（摄像头）。  

高速信息系统融合了汽车以太网、强大的信号处理功能、具有高精度导航功能的高清（HD）地图，以及人工智能（AI）。  

汽车通信则包括车辆到车辆（V2V）、车辆到网络（V2N）、车辆到基础设施（V2I）、车辆到行人（V2P）、车辆到公用事业（V2U）以及车联网（V2X）之间的通信。  

传感技术和人工智能为安全、可靠的自动驾驶系统提供了最先进的 360 度全景影像。同样，无线通信将在保持车辆、基础设施和行人构成的整个生态系统同步方面发挥关键作用。通过共享和接收关键安全信息、其他车辆和行人的移动信息、交通信息和道路状况，这些技术降低了行车风险。这些数据还有助于自动驾驶汽车和 ADAS 系统保持最佳运行状态。  

无线通信如何作用于自动驾驶

无线通信技术具有三大优势：更安全的道路、更高效的交通路线规划，以及更多的车内便利性。具有无线功能的车辆可以与其他车辆和/或路边基础设施共享道路信息和交通状况，并更好地预测潜在风险或路线延误。

为了体现这些优势，无线通信技术使用多种通信方法，例如车辆到车辆（V2V）、车辆到网络（V2N）、车辆到基础设施（V2I）、车辆到行人（V2P）、车辆到电网（V2G）、以及最终的车联网（V2X）。  

车辆到车辆（V2V）

车辆直接相互通信，可以共享碰撞前和碰撞后警告、接近实时的道路状况、盲点警告，以及提高能见度。V2V 还可以连接车队中的两辆或多辆车，也称为队列。

以下是应用 V2V 的示例：领头的汽车通过道路上的结冰部分，其防抱死制动系统（ABS） 和/或电子稳定控制（ESC）系统进行了介入。无线通信系统立即向跟随车辆发出警告信号，它们可以减速，或绕行避开这条结冰道路。另一个例子是领头车辆遭遇事故， 其安全气囊系统弹出。

跟随车辆立刻收到了无线信号，它们可以减速或做好准备，防止连环追尾。要执行好这一重要的 V2V 任务，无线通信的时延必须非常低。  

车辆到网络（V2N）

车辆与由基站和远程无线前端（RRH）组成的 无线网络基础设施进行通信，以共享实时交通信息（例如工作区警告）。V2N 还用于呼叫 SOS 服务（例如 eCall 和 ERA-GLONASS）、进行远程诊断和维修。与 V2V 不同，对 V2N 而言，时延特别低并不那么重要，至关重要的是可靠性。如果使用 V2N 的 eCall 或 ERA-GLONASS 呼叫无法连接到紧急服务（例如美国的 911、欧洲的 112 和韩国的 119），那么对需要帮助的人造成的后果可能是灾难性的。  

车辆到基础设施（V2I）

车辆与路边基础设施元件（例如交通信号灯、道路标志、交叉路口和路灯）通信以共享交通信号变化通知、道路状况警告、交叉路口碰撞警告和行人横穿马路等信息。

为了使这种 V2I 通信无缝衔接，必须在路边基础设施中部署非常多的接入点，这一成本十分高昂。一家欧洲汽车制造商于 2016 年在美国拉斯维加斯推出了首个 V2I 通信试点项目，但更主流的 V2I 部署可能还需要时间。  

车辆到行人（V2P）

车辆与行人通信，即使在漆黑的夜晚、大雾或雨天等能见度较低的条件下，也能获取有人行横道或行人靠近的警告，从而保护行人。行人携带的移动设备或可穿戴设备可用于 V2P 通信。  

车辆到电网（V2G）

车辆与电网通信，使电动车辆或混合动力车辆在最具成本效益的非高峰时段进行充电， 或者向电网中输出电能转售给电力公司。  

当前 V2X 技术的优势和局限

DSRC 与 4G 蜂窝网络

在讨论汽车连通性中 5G 无线通信的优势之前，有必要回顾一下目前汽车行业中使用的无线通信技术：802.11p DSRC 和基于 LTE 的蜂窝网络 V2X。两种技术都支持 V2X 通信，但各有利弊，而且目前它们都无法实现完整的 V2X 体验。下表对比了每种技术的优势和局限。  

 

DSRC 以 IEEE 802.11p 物理层标准为基础，在美国还要遵守 1609 车载无线接入 环境（WAVE）协议，在欧洲则要符合欧洲电信标准协会（ETSI）的 TC-ITS 欧洲标准。802.11p DSRC 的 两大主要优点：可立即用于汽车行业；时延极低，仅约 5 毫秒（ms）。

基于成熟的 Wi-Fi 802.11a 技术，IEEE 于 2010 年批准了 802.11p 规范。许多想要部署 V2X（特别是 V2V 和 V2I）通信的汽车制造商现在更青睐 802.11p 的可用性。DSRC 是基于自组网的通信技术，不依赖于网络基础设施服务。 但是，802.11p 需要安装许多新的接入点（AP）和网关，这增加了完全部署的时间和成本。由于它基于免费的 Wi-Fi 技术，因此很难找到愿意支付 AP 部署成本的运营商，因为当前还没有明确的商业模式。技术发展也没有明确的方向。  

蜂窝网络 V2X（C-V2X）是汽车行业的新技术。最新的 3GPP 第 14 版定义了一些基于 LTE 技术的 C-V2X 规范（也称为用于车辆的 LTE-V）。LTE-V 支持汽车与网络的无线通信（V2N），以及 V2V 和 V2P 的器件到器件（D2D）通信。C-V2X 的一大优势在于它使用现有的蜂窝网络基础设施，可以提供更好的安全性、更大的通信范围以及从 4G 到 5G 及更高代的技术演进路径。

然而，当前 4G LTE 网络上的 LTE-V 不能提供关键 V2V 通信所需的低时延，现在的时延在 30ms 到 100ms 之间。如果领头的汽车发出了紧急信号，V2V 通信却未能及时通知后续车辆，那么危急情况可能会迅速恶化。   

5G 将如何改进 V2X 和自动驾驶系统

5G 将蜂窝网络从一种消费类技术转向高风险的汽车应用

联合国负责信息和通信技术的专门机构 — 国际电信联盟（ITU-R）的无线通信部门确定了 5G 的三种主要应用场景：增强移动多千兆比特宽带、大规模高密度机器类连接以及超高可靠性低时延（99.999％）通信。 这些场景中的技术指标提供了自动驾驶系统所需的峰值数据速率、时延、频谱效率和连接密度，为改造驾驶体验带来了巨大优势。

速度高达 500 km/h（310 mph）时仅有 1 ms 的超低时延

速度高达 500 km/h（310 mph）时具有 20 Gbps 的高峰值速率

最高可连接 1,000,000 辆汽车和器件的极高密度    

结论

5G 将为自动驾驶系统提供超低时延，保护人身安全

G 的超低时延将在汽车连通性中发挥关键作用。例如，在突然刹车场景中，自动驾驶系统和 ADAS 的安全功能应立即向后续车辆发出警告，以防止连环追尾。只有当领头车的消息能够及时传达到跟随车辆以便其采取规避行动时，才能实现这一目标。

此外，低时延的 5G 技术能够更好地预防事故；特别是在非视距（NLOS）情况下， 因为基于摄像机、激光雷达或常规雷达的大多数当前传感器融合技术只能探测到视线（LOS）内的目标。研究表明，大多数驾驶员至少需要经过 700 ms 的时间，才能对危险情况做出反应，做出规避或预防行动。凭借 1 ms 的低时延，基于 5G 的自动驾驶汽车和 ADAS 将使事故的数量大大减少，从而降低交通风险并保护人身安全。    

5G 还将以非常快的速度向自动驾驶导航系统提供数据

凭借高达 20 Gbps 的峰值数据速率，5G 将帮助自动驾驶汽车实现实时的视频和音频娱乐。但更重要的是，5G 快速可靠的数据连接可以近乎实时地下载复杂的 3D 地图。除了传感器融合技术之外，自动驾驶汽车还非常依赖于精确且极为详细的 3D 地图导航。但是，将全州或全国的大型地图数据集合存储在车辆中将是一项挑战。

人们自然想到的解决方案是使用 5G 数据连接下载附近地区的最新 3D 地图。人们也希望 5G 能在拥挤不堪的市区或人烟稀少的农村可靠运行，无论用户身在何处，都能始终在线。无论您的自动驾驶汽车是停在停车场中还是在德国的高速公路上飞驰，即使速度高达 500 km/h（310 mph），5G 都能确保所有关键任务无线服务无缝运行。  

5G 将为自动驾驶系统带来强大助力

DSRC 和 4G C-V2X（LTE-V）都不能单独满足关键任务自动驾驶和 ADAS 系统的严格要求。唯有 5G 可以提供实打实的 20 Gbps 连接和超高可靠性，达到自动驾驶汽车和 ADAS 的要求。   







审核编辑：刘清