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5G 将对自动驾驶系统产生何种影响

发布日期:2020-07-12

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ADAS 和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**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**运行状态。当前和近期的汽车无线通信应用的是两种现有的无线通信技术:专用短程通信(DSRC)和 4G 蜂窝 LTE。但是,这些技术自身的局限性使它们难以满足自动驾驶和高级 ADAS 系统对关键任务的要求。它们都无法提供千兆比特/秒数据速率、高速移动性支持、大规模机器通信和超高可靠性低时延。在本文中,您将了解新兴的 5G 蜂窝通信解决方案如何解决 DSRC  4G 蜂窝 LTE 的缺点,以真正实现更安全、更强大的交通体验这一承诺。


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  ERAGLONASS)、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  eCall  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** 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**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  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  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  2010 年批准了 802.11p 规范。许多想要部署 V2X(特别是 V2V  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 V2XC-V2X)是汽车行业的新技术。**的 3GPP  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  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 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  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 正在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。


1• 速度高达 500 km/h310 mph)时仅有 1 ms 的超低时延

• 速度高达 500 km/h310 mph)时具有 20 Gbps 的高峰值速率

• **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


5G 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** 3D 地图。人们也希望 5G 能在拥挤不堪的市区或人烟**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/h310 mph),5G 都能确保所有关键任务无线服务无缝运行。


5G 将很快用于汽车应用


过去两年中已有汽车应用尝试使用了 5G 技术。特别值得一提的是,韩国平昌 2018 年冬季奥运会展示了 5G 的高数据速率和低时延特性,韩国的一家**汽车制造商让参观者试驾了该厂的自动驾驶 SUV。应用了 5G 技术的自动驾驶汽车成功地完成了从首尔到平昌的数小时试驾活动,期间没有任何人为干预。参观者还享受了“沉浸式广播”的首要信息娱乐系统,该系统使用支持 5G 的小配件(如摄像头、通信设备和传感器)连接奥运会参赛选手、运动装备和竞技场所的传感器,观众可以通过 5G 测试手机打开移动应用,全方位地体验比赛。


全球**的无线服务提供商已经宣布他们计划最早在 2018 年底部署 5G。日本计划在2020 年夏季奥运会上推出基于 3GPP  5G 。为了确保通过极其可靠的技术保护人身安全,汽车行业将在无线行业证明 5G 通信的性能和可靠性之后,再全面采用这一技术。与此同时,**的汽车制造商和汽车供应商已经与主要的无线技术公司密切合作,为汽车市场开发 5G 无线通信技术。


是德科技是 5G 汽车协会(5GAA)的积极会员


为了推动 5G 无线通信技术在汽车行业中的应用,**的无线公司和汽车公司成立了5GAA,其宗旨是“让 车辆便利地共享信息,使交通运输更安全、更环保、更有乐趣”,以及“开发、测试和推广通信解决方案,启动其标准化并加速其商业化和在全球市场的渗透,通过自动驾驶、无处不在的服务访问以及与智慧城市和智能交通融合等应用来满足社会对互联移动和道路安全的需求。”5GAA 已成立了五个工作组(WG),并采用了3GPP 程序来完成其使命。• WG1 — 确定用例和技术要求。一个关键任务是解决蜂窝网络 V2X 通信中的时延问题。• WG2 — 一旦 WG1 确定了用例和技术要求,WG2 小组将定义系统体系结构和解决方案,例如需要何种网络体系结构来实现蜂窝网络 V2X  1 ms 端到端时延。• WG3 — 接下来是评估、测试平台和试验工作,其挑战是确定如何测试这些体系结构或器件,以确保器件性能满足要求。• WG4 — 这个工作组的核心任务是定义与互联汽车生态系统相关的标准和规范,以及与其他平台(如 3GPP)的互操作性。• WG5 — 技术只有得到应用才有意义,因此 WG5 专注于商业模式、市场推广,以及如何使蜂窝网络 V2XV2VV2CV2IV2N)的优势最大化,以提高安全性并提供更好的驾驶体验。是德科技是 5GAA 的积极参与者,与另外 74 家行业伙伴以及无线通信和汽车行业的***合作,致力于提供业界**的 5G 设计和测试解决方案,将 5G 快速安全地推向市场。


5G 将为自动驾驶系统带来强大助力


无线通信技术预期可以让驾驶变得更安全,让自动驾驶汽车操控更方便。尽管现在已经准备好部署 802.11p DSRC,但在数英里的道路上安装大量接入点,需要的投资非常高。另一方面,主要的无线公司正在努力将 LTE 技术引入 V2X 通信,但 C-V2X 成为主流尚需时日。基于 4G  LTE-V 因为当前的时延较大,所以不能满足关键任务 V2V 的要求,但可以成为低级 ADAS 功能的跳板。DSRC  4G C-V2XLTE-V)相互竞争又相互补充,但它们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。是德科技与整个 5G 行业和汽车生态系统合作,提供必需的技术和标准以实现 V2X 愿景,使自动驾驶车辆充分发挥 ADAS 的全部潜力。我们的测试与测量解决方案有助于加快关键技术的研发和应用,推动采用先进 5G 技术的自动驾驶汽车早日问世。


文章来源:是德科技



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