無人駕駛（即自動駕駛）是人類的下一個十年計劃。要實現(xiàn)這一夢想，需要一種獨特的技術(shù)組合來克服自動駕駛的首要挑戰(zhàn)。

完美的組合

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

為確保車對車 (V2V)、車對基礎(chǔ)設(shè)施 (V2I)、車對網(wǎng)絡(luò) (V2N) 以及車對行人(V2P) 等統(tǒng)稱為車聯(lián)網(wǎng) (V2X) 技術(shù)實現(xiàn)安全且可擴展的數(shù)據(jù)交換，以電氣與電子工程師學會以及美國交通運輸部為主的組織制定了新的標準。

但是，僅靠V2X標準是不夠的。為了讓車輛在不破壞道路安全的情況下實時做出復雜、自主的決策，V2X系統(tǒng)必須配備一個移動通信生態(tài)系統(tǒng)，其速度和數(shù)據(jù)處理能力能夠與人類的反應(yīng)相匹配。近年來報道的涉及自動駕駛道路測試的事故進一步強調(diào)了這一要求，為此第三代合作伙伴計劃 (3GPP) 制定了5G無線標準。

5G如何融入到V2X用例中

AV的共同特征是能連續(xù)感知觀察到的環(huán)境，從而實時選擇行駛路線。在帶寬受限的無線電環(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體的高動態(tài)配置。要支持V2X用例，僅提高數(shù)據(jù)吞吐量是無法滿足需求的。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V2X用例的實現(xiàn)將最終引領(lǐng)汽車步入完全互聯(lián)的自動化時代：

協(xié)同覺察（例如，應(yīng)急車輛警示）；

協(xié)同感知（交換原始感知據(jù)）；

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

通知弱勢道路使用者，即行人、騎自行車者等；

交通運輸效率（動態(tài)更新路線、地圖等）

為了支持這些用例，可能需要一種以上的無線技術(shù)，例如，設(shè)備之間的短程直接通信（V2V、V2I和V2P），而不通過網(wǎng)絡(luò)進行調(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輛之間可靠地傳輸大量數(shù)據(jù)。對于車對網(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無線技術(shù)。

連通性和網(wǎng)絡(luò)性能

大規(guī)模的數(shù)據(jù)和設(shè)備是自動駕駛時代的最大挑戰(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，這對于帶寬受限的V2X環(huán)境來說是一大優(yōu)勢。

可靠性

5G承諾可以實現(xiàn)>1毫秒的超低延遲，可滿足任務(wù)關(guān)鍵型V2X用例的可靠性期望。相對而言，無線數(shù)據(jù)更容易被攔截，也更容易受到中間人攻擊。5G有望通過包括相互認證、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上的虛擬機一樣，5G的網(wǎng)絡(luò)切片功能可以讓不同供應(yīng)商通過同一基礎(chǔ)設(shè)施提供不同類別的汽車服務(wù)。例如，它將允許電信運營商、道路運營商和汽車制造商在同一個5G基礎(chǔ)設(shè)施上為車輛及其乘客提供不同的服務(wù)。

5G V2X的要求及設(shè)計注意事項

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

3GPP和5G汽車協(xié)會等行業(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的以下五類要求：

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

車輛排隊：以超小間距緩慢行駛的車輛

高級駕駛：半自動或全自動駕駛

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

遠程駕駛：由駕駛員遠程操縱（例如，在危險環(huán)境下）

需要注意的是，5G V2X系統(tǒng)的要求取決于用例場景（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5G延遲和數(shù)據(jù)速率的要求，并會根據(jù)汽車原始設(shè)備制造商的輸入進行微調(diào)（來源：arxiv.org網(wǎng)站上的Use Cases, Requirements, and Design Considerations for 5G/V2X）

結(jié)論

AV實質(zhì)上是移動的數(shù)據(jù)中心；它們嚴重依賴邊緣計算能力。要通過高級Wi-Fi連接傳輸自動駕駛汽車一周的數(shù)據(jù)，大概需要230天的時間。因此， 用于新的無線電和天線架構(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，對于支持5G V2X來說至關(guān)重要。

審核編輯：郭婷