無人駕駛、自主交通是這十年的宏偉夢想。要使這個夢想成為現實，需要獨特的技術組合來克服自動駕駛的首要挑戰(zhàn)。

完美匹配的追求

自動駕駛汽車 (AV) 需要實時處理前所未有的大量信息。例如，為避免碰撞、檢測障礙物和行人并通知空閑停車位，必須在車輛、城市基礎設施（例如交通信號燈、公共安全系統(tǒng)）、霧/云服務提供商之間交換大量元數據，甚至汽車制造商。根據 Intel ?的說法，每天必須為一輛這樣的車輛處理 3.9TB（太字節(jié)）的數據。這相當于 2,666 名互聯(lián)網用戶每天的數據使用量。超聲波、雷達、全球定位系統(tǒng)、攝像頭和信息娛樂系統(tǒng)等汽車部件都加劇了這一數據激增。

電氣和電子工程師協(xié)會和美國交通部是為車輛（車對車 [V2V]）、車對基礎設施 (V2I)、車對網絡 (V2N)、車對行人 (V2P)——統(tǒng)稱為車對一切 (V2X)。

但是，僅有 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)必須與移動通信生態(tài)系統(tǒng)協(xié)調，其速度和數據處理能力可以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強調了這一要求。在第三代合作伙伴計劃 (3GPP) 無線標準中，5G 旨在滿足這些要求。

5G 如何適應 V2X 用例？

AV 的共同前提是它們不斷感知觀察到的環(huán)境以實時選擇它們的駕駛軌跡。在帶寬受限的無線電環(huán)境中，它們必須應對高水平的噪聲和干擾以及外部實體的高度動態(tài)配置。要支持 V2X 用例，高數據吞吐量是不夠的。網絡基礎設施還必須支持跨不同通信范圍的低延遲、高可靠性網絡和數據安全。

最終可能導致完全連接的自動駕駛車輛的常見 V2X 用例包括：

合作意識（例如，緊急車輛警告）；

協(xié)作傳感（交換原始傳感器數據）；

協(xié)作機動（協(xié)調車輛之間的軌跡以進行變道、列隊行駛、交叉路口控制等）；

弱勢道路使用者——即行人、騎自行車者等的通知；和

道路交通效率（路線、地圖等的動態(tài)更新）。

為了支持這些用例，可能需要不止一種無線技術。例如，對于設備（V2V、V2I 和 V2P）之間的短距離直接通信，調度不依賴于網絡。3GPP Release 12/13 LTE Proximity Services設備到設備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。在設備到網絡 (V2N) 通信的情況下，傳統(tǒng)的蜂窩云服務是必需的，而 5G 新空口技術是實現其承諾的合適選擇。

連接性和性能

擴展數據和設備是自動駕駛時代的首要挑戰(zhàn)。與4G/LTE相比，5G單位面積帶寬增加1000倍，流量增加10000倍，單位面積連接設備數量增加100倍。使用毫米波頻段的 5G 小型基站技術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 承諾超低延遲（>1 毫秒），滿足關鍵任務 V2X 用例的可靠性預期。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 有望通過包括相互身份驗證、本地安全元素、傳輸層安全、99.999% 的可用性以及 5G 電子設備的無線固件更新來提高安全性。

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通過同一基礎設施支持來自不同供應商的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通過通用 5G 基礎設施為車輛及其乘客提供不同的服務。

5G V2X 的要求和設計注意事項

為了連接車輛和后端基礎設施，5G V2X 應用需要對通信系統(tǒng)提出新的設計要求。5G V2X 規(guī)范是3GPP 第 16 版的一部分。

3GPP 和 5G 汽車協(xié)會等行業(yè)論壇已經確定了 5G V2X 系統(tǒng)在延遲、可靠性和數據速率方面的用例特定性能要求。3GPP 確定了以下五類 5G V2X 要求。

一般方面：適用于所有 V2X 場景的互通、通信相關要求

Vehicles platooning：車輛以極小的距離一起行駛

高級駕駛：半自動或全自動駕駛

擴展傳感器：所有支持 V2X 的設備和網絡元素的信息交換

遠程駕駛：操作員遠程控制駕駛（例如，在危險環(huán)境中）

請務必注意，5G V2X 系統(tǒng)的要求取決于用例場景（圖 1）。與緊急情況下的合作機動相比，典型的車道變更需要的延遲/延遲和可靠性要求要低得多。

圖 1：圖中顯示了 3GPP 指南中定義的 5G 延遲和數據速率 V2X 要求。這些要求正在根據汽車原始設備制造商的意見進行微調。（來源：5G/V2X/arxiv.org 的用例、要求和設計注意事項）

結論

AV 本質上是車輪上的數據中心；他們嚴重依賴邊緣計算能力。要通過先進的 Wi-Fi 連接傳輸一周的自動駕駛汽車數據，今天需要 230 天。因此，針對新無線電和天線架構的產品和專用集成電路處理技術的顛覆性創(chuàng)新對于支持 5G V2X 至關重要。

Sravani Bhattacharjee 擔任數據通信技術專家已有 20 多年。她是《實用工業(yè)物聯(lián)網安全》一書的作者，這是第一本關于工業(yè)物聯(lián)網安全的書籍。直到 2014 年，作為思科的技術領導者，Sravani 領導了多個企業(yè)云/數據中心解決方案的架構規(guī)劃和產品路線圖。作為 Irecamedia.com 的負責人，Sravani 目前與工業(yè)物聯(lián)網創(chuàng)新者合作，通過制作各種編輯和技術營銷內容來推動意識和業(yè)務決策。Sravani 擁有電子工程碩士學位。她是 IEEE 物聯(lián)網分會的成員、作家和演講者。

審核編輯黃宇