|
無人駕駛（即自動駕駛）是人類的下一個十年計劃。要實現這一夢想，需要一種獨特的技術組合來克服自動駕駛的首要挑戰。 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設施（例如紅綠燈、公共安全系統）、霧/云服務提供商甚至汽車制造商之間交換大量元數據。據英特爾統計，一輛這樣的汽車每天需要處理的數據量將高達3.9TB，相當于2666名網民每日的數據使用量。超聲波、雷達、全球定位系統、攝像頭和信息娛樂系統等汽車部件都是導致這一數據激增的因素。 為確保車對車 (V2V)、車對基礎設施 (V2I)、車對網絡 (V2N) 以及車對行人(V2P) 等統稱為車聯網 (V2X) 技術實現安全且可擴展的數據交換，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系統必須配備一個移動通信生態系統，其速度和數據處理能力能夠與人類的反應相匹配。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感知觀察到的環境，從而實時選擇行駛路線。在帶寬受限的無線電環境中，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配置。要支持V2X用例，僅提高數據吞吐量是無法滿足需求的。此外，網絡基礎設施還必須能提供高可靠的低延遲網絡，并在不同通信范圍內確保數據安全。 以下常見V2X用例的實現將最終引領汽車步入完全互聯的自動化時代： 協同覺察（例如，應急車輛警示）； 協同感知（交換原始感知據）； 協同操控（在變道、排隊、交叉口控制等方面協調車輛行駛路線）； 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，例如，設備之間的短程直接通信（V2V、V2I和V2P），而不通過網絡進行調度。采用3GPP Release 12/13 LTE鄰近服務技術的設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據。對于車對網絡 (V2N) 通信，不僅需要傳統的蜂窩云服務，還需借助于新型5G無線技術。 連通性和網絡性能 大規模的數據和設備是自動駕駛時代的最大挑戰。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備數也增加了100倍。采用毫米波的5G小基站技術具有更高的頻譜效率，這對于帶寬受限的V2X環境來說是一大優勢。 可靠性 5G承諾可以實現>1毫秒的超低延遲，可滿足任務關鍵型V2X用例的可靠性期望。相對而言，無線數據更容易被攔截，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%的網絡可用性以及固件空中更新來提高5G電子產品的安全性。 網絡切片 就像虛擬化硬件平臺上的虛擬機一樣，5G的網絡切片功能可以讓不同供應商通過同一基礎設施提供不同類別的汽車服務。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基礎設施上為車輛及其乘客提供不同的服務。 5G V2X的要求及設計注意事項 為了連接車輛和后端基礎設施，5G V2X應用對通信系統提出了新的設計要求，因此在3GPP Release 16中制定了5G V2X規范。 3GPP和5G汽車協會等行業論壇已經確定了5G V2X系統在延遲、可靠性和數據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： 常規用途：適用于所有V2X場景的互聯、通信相關要求 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的設備和網絡元件間的信息交換 遠程駕駛：由駕駛員遠程操縱（例如，在危險環境下） 需要注意的是，5G V2X系統的要求取決于用例場景（圖1）。與緊急情況下的協同操控相比，常規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延遲和數據速率的要求，并會根據汽車原始設備制造商的輸入進行微調（來源：arxiv.org網站上的Use Cases, Requirements, and Design Considerations for 5G/ V2X） 結論 AV實質上是移動的數據中心；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據，大概需要230天的時間。因此， 用于新的無線電和天線架構的產品和應用特定集成電路處理技術方面的顛覆性創新，對于支持5G V2X來說至關重要。 文章來源：貿澤電子 作者簡介：Sravani Bhattacharjee是一名數據通信技術專家，有著20多年的從業經歷。她是《Practical Industrial IoT Security》（工業物聯網安全）一書的作者，這是第一本有關工業物聯網安全的出版書。Sravani曾擔任Cisco的技術主管直到2014年，在此期間領導主持了多個企業云/數據中心解決方案的架構設計和安全評估工作。作為Irecamedia.com公司的負責人，她目前致力于與工業物聯網創新力量合作，通過撰寫各種評論和技術營銷內容，來推動相關認識和商業決策的進步。Sravani擁有電子工程專業碩士學位。她是一名IEEE物聯網小組成員，一位作者，還是一位演說家。 |
