5G技术全面落地对汽车行业有哪些影响？

5G技术全面落地，可以给自动驾驶技术乃至汽车行业带来新的机遇和发展。

根据统计，每年约有120万人死于交通事故，这些致命事故中有90％以上都是由人为失误造成的，相当于每天都有7架乘坐500名乘客的飞机坠毁。很多公司很早就开始进行高级驾驶辅助系统（ADAS）和最终实现的全自动驾驶系统的开发。对于自动驾驶技术来说，除了减轻驾驶员的出行负担，更重要的是进一步提高交通安全性。5G技术的全面落地将在目前的这个时间节点进一步推动自动驾驶技术的发展，有助于突破目前从Level 2到Level 3的瓶颈，进而有可能引发整个汽车行业的变革。

如何定义自动驾驶系统

自动驾驶系统，实际上是一个集成了多种先进技术的生态系统。这个生态系统中包括：

· 传感器融合技术：包括无线电检测和测距（RADAR），光检测和测距（LIDAR）和光学传感器（相机）

· 高速信息系统：集成了汽车以太网网络，结合强大的信号处理，高精度（HD）导航地图和人工智能技术（AI）。

· 多途径的通讯系统：车到车（V2V），车到网络（V2N），车到基础设施（V2I），车辆到行人（V2P），车辆到公用事业（V2U），最终实现车联万物（V2X）。

V2X示意图

传感器融合技术和人工智能为安全可靠的自动驾驶系统提供底层技术上的支持。与此同时，无线通信技术需要保证整个生态系统内的信息畅通。整个生态系统通过共享和接收关键信息来降低风险。这其中包括车辆、行人，交通和路况信息。

各种传感器相当于车辆的感官，人工智能技术构建车辆的大脑来做出判断，而无线通信技术则相当于传递讯号的感官系统。

依赖于无线通讯技术的多种通信方式

无线通讯技术对于自动驾驶有三大利好:

· 构建更安全的道路环境

· 提供更高效的交通路线

· 更高的车载便利性

为了实现这些利好，无线通信技术使用了多种通信方式，如车辆对车辆(V2V)，车辆对网络(V2N)，车辆到基础设施(V2I)、车辆到行人(V2P)、车辆到网格(V2G)，最终车联万物(V2X)。

车辆对车辆(V2V)：车与车之间直接通信，实时共享车况、路况信息，尽可能的消除忙点提高可视度。V2V允许连接车队中的两辆或多辆车，形成车队（Platooning），换言之，V2V是实现协同式自适应巡航(CACC）的基础。协同式自适应巡航通过V2V技术将前车的信息分享给后车，以车辆信息间的协同代替驾驶员反应判断，减少车辆的反应时间，从而更快更精准的进行适当的操作。从而降低交通事故的发生概率并一定程度上提高燃油经济性。为了更好的通过V2V实现信息的共享，无线通信需要表现出非常低的延迟。

CMCC车队示意图

车辆到网络（V2N）：车辆通过由基站组成的无线网络基础设施进行通信并利用远程无线电头(RRH)共享实时交通信息。V2N也用于呼叫SOS服务（例如eCall和ERA-GLONASS）并进行远程诊断和维修。与V2V不同，相比延迟性，可靠性在V2N的环节中更加重要。

车辆到基础设施（V2I）：车辆可与路边的交通信号灯等基础设施通讯，共享交通信号变更通知、道路标志、路灯、道路状况警告、十字路口碰撞警告、人行横道警告等信息。要使这样的V2I通信无缝对接，必须在路边的基础设施部署数量相当可观的接入点。

车辆到行人（V2P）：车辆与行人通讯。对行人过马路等行为发出警告。在低能见度天气条件下，行人使用移动通讯设备并可以通过V2P使车辆更好的感知到行人的存在。

车辆到电网（V2G）：车辆到网格（V2G） 车辆与电网通信以帮助电动或混合动力车辆在最经济的非高峰时段充电 ，或将存储的电力转售给电力公司。

V2G示意图

当前V2X技术的优点和局限性

现有的两种无线通信技术——专用短程通信技术（DSRC）和4G蜂窝LTE——正应用于当前汽车无线通信。但是，这两种通信方式在技术上局限性会影响自动驾驶系统在实际工况中的表现。这两种通信方式都不能提供千兆位/秒数据速率，高速移动支持，海量机器通信，和超可靠的低延迟。

专用短程通信技术（DSRC）和4G蜂窝LTE的对比

目前车辆上主要使用的无线通信技术是：802.11p DSRC和基于LTE的Cellular V2X。两者都可以进行V2X的通信，但无法满足所有功能的使用。DSRC建立在三标准之上：IEEE 802.11p物理层标准，美国的车辆环境(WAVE)协议1609无线接入标准、以及欧洲电信标准协会(ETSI) TC-ITS的欧洲标准。

802.11p DSRC的两个主要优点是对于汽车行业的快速适配性和低延迟性（5毫秒）。基于成熟的Wi-Fi 802.11a技术，IEEE在2010年批准了802.11p规范。许多想要部署V2X(尤其是V2V和V2I)通信的汽车制造商现在更喜欢802.11p。DSRC是基于ad-hoc的通信，不依赖于网络基础设施服务。然而，802.11p需要安装许多新的接入点(APs)和网关，增加全面部署的时间和成本。因为它基于免费的Wi-Fi技术，在没有明确许可和成熟商业模式的情况下，很难找到愿意支付部署APs成本的运营商。并且该技术也没有清晰的继续发展的可能。

Cellular V2X (C-V2X)在最近才出现的。最近的3GPP版本14定义了一些基于LTE技术的C-V2X规范(也称为LTE- V)。LTE-V支持汽车无线通信，支持V2N网络以及V2V和V2P的设备到设备(D2D)通信。C-V2X的一大优势是它使用现有的蜂窝网络基础设施，提供更好的安全性、更长的通信范围，以及从4G到5G甚至更高的技术进化路径。然而，目前4G LTE网络上的LTE- V并不能提供关键的V2V通信所需的低延迟性，因为它的延时时间在30ms到100ms之间变化。

5G如何改善V2X和自动驾驶系统

无线电通信领域国际电信联盟(ITU-R)，列举了5G三个主要使用场景5G——

· 增强的移动千兆宽带

· 高密度的机器连接网络

· 低延迟和超高可靠性(99.999%)的通信

这些场景中的规范通过提供自动驾驶系统所需的峰值数据速率，延迟性，频谱效率和连接密度，从而大幅改变了自动驾驶系统的使用体验——

· 高达500 km / h（310 mph）的传输速度下，1 ms的超低延迟。

· 高达500 km / h（310 mph）的传输速度下，20 Gbps的高峰值数据速率。

· 密度极高，可连接1,000,000辆联网汽车和设备。

从车辆角度，5G技术的应用将带来以下变革——

· 5G的超低延迟将在汽车间的通讯中发挥关键作用。例如，在突然的刹车制动情况下，自动驾驶系统和ADAS的安全功能立即向随后的车辆实时发出警告，以防止发生连环碰撞。此外，低延迟5G可以提供更好的事故预防功能；尤其是在非视线（non-line of sight，NLOS）情况下，由于自动驾驶系统严重依赖于摄像机，LIDAR或RADAR的传感器融合技术只能检测到视线（LOS）内的物体。研究表明，大多数驾驶员通过采取回避或预防措施，需要700毫秒来对危险情况做出反应。而基于5G通讯的自动驾驶汽车，则只需要1毫秒。

· 5G将以极快的速度向自动驾驶导航系统提供数据。5G的快速可靠的数据连接将允许近实时地下载复杂的3D地图。 除了传感器融合技术之外，自动驾驶汽车还严重依赖于准确且高度详细的3D地图进行导航。但是，将巨大的地图数据集存储在车辆本身的州或国家/地区级别将是一个挑战。一个自然的解决方案是使用5G数据连接来下载附近的最新3D地图。从而解决了数据储存问题。

· 5G将很快用于车载应用。5G具有高达20 Gbps的峰值数据速率，可在自动驾驶汽车中实现实时视频和音频娱乐。从实现多重的人机交互功能，满足消费者在未来对于车辆“沉浸式第三空间”的追求。

CES上的创新汽车HMI设计

5G技术背后，蕴藏着一个可以改变汽车这个产值巨大的传统行业的契机。并为消费者带来全新的出行体验。而2020年，正是这个变革开始的重要节点。

作者简介：圣安东尼奥小石匠，纽约州立大学布法罗分校机械工程研究生在读。主要研究领域：动力学，控制和机电一体化。