汽车历史性变革 5G驱动车联网和无人驾驶成真

《5G移动技术:变革汽车行业》的报告:预计到2035年,5G将为汽车产业、供应链、客户创造超过2.4万亿美元的经济产出,几乎占预期5G全球经济影响的五分之一。

《5G移动技术:变革汽车行业》的报告:预计到2035年,5G将为汽车产业、供应链、客户创造超过2.4万亿美元的经济产出,几乎占预期5G全球经济影响的五分之一。 

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5G已经成为市场的热门话题,各类5G要来的口号和消息也是不绝于耳。5G会在下载速度、智慧城市、智能生活、工业控制等方面给我们生活工作带来巨大的变化和影响,同时对于我们日常出行的汽车,在插上5G这个”翅膀”后,它也会有脱胎换骨的变革。


1、5G发展路径


5G是第五代的通信技术,目前的5G技术已经进入国际标准研制的关键阶段,全球5G频谱共识初步形成,未来5G将形成全球统一的国际标准。中国位列世界5G第一梯队,在政府、产业组织层面已与欧美日韩建立了5G合作机制,预计明年下半年5G可初步具备商用条件。


5G三大应用场景:支持广覆盖和高速率的eMBB业务,超低时延和高可靠(URLLC)和海量联接(mMTC)。5G带来的超低时延和高可靠性和海量的物联网能力将会为汽车互联、无人驾驶带来新的技术基础。


以上都是官方的解释,简单粗暴地整理下来,通信技术的发展路径可以简单理解为:3G无线标准——4G(LTE)——LTE-Advanced(简称LTE-A)(6GHz以下5G无线电接入网络的基础)——5G(从6GHz到100GHz的频率)。


在这一演化路径中,MIMO天线配置从2x2——8x8——16x16——256x256,这将会带来无线网络速度和覆盖的飞跃。


5G带来了连接速率的增长、联网数量的剧增、延时的大幅度降低。5G目标可以用几个数字来归纳:1000倍的容量提升、1000亿+的连接支持、10GB/s的最高速度、1ms以下的延时。


2、5G与4G的区别


基于LTE技术基础的4G已经进入成熟大规模部署的阶段,而5G现阶段依然处在技术系统验证阶段,要实现大规模的部署预计要到2020年。


4G和以前的移动网络主要侧重于原始带宽的提供,而5G旨在提供无所不在的连接,更加突出万物互联。


5G网络在很长一段时间是不会独立存在的,它与现阶段的4G、3G甚至2G网络都会是长期共存。因此5G的设计初衷是支持多种不同的应用,例如物联网、可穿戴设备、AR、VR等。


5G与4G的最根本的差别,那就是在处理大量联网设备的连接需求方面上。假如当我们处理高清视频在线播放的时候,5G可以提供超高速的速度,而面对传感器网络,5G便会提供超低的数据传输速率,降低功耗,提高待机时间。


3、5G加速车联网和无人驾驶的到来


车联网是什么?我们可以这样理解,利用车载电子传感装置,通过移动通讯技术、汽车导航系统、智能终端设备与信息网络平台,使车与路、车与车、车与人、车与城市之间实时联网,实现信息互联互通,从而对车、人、物、路、位置等进行有效的智能监控、调度、管理的网络系统。


再进一步来说,无人驾驶的前期基础必然是以车联网作为基础。未来车辆在进行无人驾驶中便需要通过车联网进行信息通信,在这个过程当中,需要进行海量、实时的数据交换。




英特尔CEO Brian Krzanich表示:” 未来无人驾驶汽车将在每秒钟消耗0.75GB的数据量,每天使用大概4000GB的数据量。此外,无人驾驶汽车和车联网通信的实现还需要网络实时传输汽车导航信息、位置信息以及汽车各个传感器的数据,到云端或其他车辆终端,需要更高的网络带宽和更低的网络延时,而这仅靠4G、LTE-V和DSRC等通信技术还无法实现。”


5G网络可以将端到端的通信时延控制在10毫秒内,这对于保证车辆在高速行驶中的安全来说至关重要。此外,在流量峰值和连接数密度方面,5G技术能够以超过每秒10GB的传输速度和106/km2的连接数密度满足未来车联网环境的车辆与人、交通基础设施之间的通信需求。


因此低时延和高速的传输速度是5G的两大优势,而这也会推动无人驾驶和车联网的进一步发展。


4、车联网的通讯技术V2X


前面已经说到5G会助力车联网和无人驾驶的发展,而当中的通讯移动技术也成为不可或缺的一部分。可以预见的是,汽车产业的变革更多是追求更安全的行车环境,同时把交通效率进一步提升。


现阶段的车联网的通讯技术必定是蜂窝车联网通信技术(C-V2X),它是V2X车联网的基础上融入蜂窝网络,让车与路、车与车、车与人、车与城市之间能够进行互联。




实际在发展之初,除了C-V2X,还有DSRC(专用短程通信技术)这车联网技术。DSRC是由通用、福特、丰田、本田等车企推动,可支持车车、车路之间的直接通信,此后欧洲和日本等国家也都提出了各自的标准和专用频段。DSRC技术的优势在于可靠性高、传输实时性强,弱点在于通信距离优势不明显。因此,如果仅通过DSRC实现无人驾驶技术与车联网通信,那么就需要针对路边设施进行大规模投入,同时每个国家都有自己一套频段和标准,通用性不强,投入研发和大规模布局时间长,成本也很大,不利于商业化。


C-V2X是基于全球3GPP Release 14规范的V2X通信技术,也是拥有持续演进路径的V2X通信技术,并支持前向及后向兼容,尤其是基于5G新空口的C-V2X可提供高吞吐量、宽带载波支持、超低时延、高可靠性,可大大丰富自动驾驶的应用场景。


这意味着C-V2X是拥有统一的标准,同时可以持续演进。现阶段C-V2X的形态便是LTE-V2X,它是利用现阶段Celluar蜂窝网络4G LTE进行车联网传输的通讯技术。LTE-V2X是车对万物V2X通信的全球解决方案,拥有面向5G新空口的演进路径,是现今唯一一项遵循全球3GPP规范的V2X通信技术。


LTE-V2X网络最初由大唐、华为等通讯运营商推出。它针对车辆V2X的通信需求定义了两种通信方式:集中式与分布式。集中式也称为蜂窝式,需要基站作为控制中心,车辆与基础设施、其他车辆之间需要通过将数据在基站进行中转来实现通信;分布式也称为直通式,无需基站作为支撑,让终端之间实现V2X通信。




LTE-V2X既支持直通,也支持基站辅助方式,实现了直通和蜂窝模式的融合,相较于DSRC具有显著的性能优势,未来可以平滑演进到5G。


现在市面上已经有多家芯片设计厂商推出了支持C-V2X技术的芯片和相关解决方案。如高通C-V2X车联网解决方案“9150 C-V2X”芯片组,基于3GPP Release 14规范,面向PC5直接通信,集成全球卫星导航系统(GNSS),支持汽车道路安全,甚至为日后的自动驾驶也提供基础。


5、通信延时10毫秒内的重要性


围绕5G的三大特点,高速数据传输、超低时延、超大网络容量,这些都会对车联网产生重大的影响。现阶段的C-V2X还是利用4G网络进行传输,对于未来需要实现无人驾驶的目标来说,4G网络的时延、速率和网络容量还远远达不到要求。


在5G时代,延时将降至10毫秒以内,更低延迟性与高可靠性的网路传输,可实现车对车、车对基础设施等通讯应用。


我们比较2/3/4G网络和Wifi的端到端的时延,根据独立第三方网络测试机构Open Signal的测试结果,时延最短的是LTE,为98ms,这几乎是5G的1ms时延的100倍。


我们再来看看人体的神经纤维的传导速度,大约在100-200米/秒,我们的躯体感觉系统分布于全身,信息从躯体感觉感受器传导到脊椎和脑干的轴突是身体感觉系统的第一级传入纤维(primary afferent axons)。


当痛的感觉从指尖到脑干,其传导的距离在1米左右,需要花费20到200ms,这不包括运动反馈,单纯是信息传导到脑干。如果人体需要作出反应,还需要一点的时延,这个时延在几十毫秒。


再来看一个例子,电影胶片是以24fps的速度播放的。fps(Frame per Second),即每秒显示的帧数,画面更新率。这个24fps,大概是41.66ms,我们的眼睛完全感觉不到任何卡顿,非常流畅;对于电视信号的音频/视频延迟(唇音同步),声音超前画面40ms到滞后画面60ms范围内,人们明显不会感觉声画不同步。


这些都说明了,人类对于几十毫秒内的反应是迟钝的。因此我们来看看5G网络的1ms下的时延,可以想像是多么快速,它是一个比人类反应还要快的存在。


对于车联网和无人驾驶而言,假设汽车的行驶速度为60公里/小时,60ms时延的制动制动距离为1米,10ms时延的制动距离为17厘米,而1毫秒的5G时延,制动距离仅为17毫米。看到这些数据,你就会知道5G网络的低时延会对车联网和无人驾驶产生多大的影响。


6、5G推动汽车行业的变革


2016年底,车联网汽车累计出货量将超过5千万辆,预测在2021年,出货量累计将达3.8亿。2018年全球车联网的市场总额有望达390亿欧元,车联网将成为未来汽车的标配。


在巨大的市场增长潜力的引诱下,各大企业都对车联网这个市场虎视眈眈,纷纷出招。不仅是企业,国家政府对于车联网也出台了很多政策。国家“十三五”规划重点项目中,发改委把车联网的智能终端传感器列入国家重大项目之一,同时给予大量资金、政策上的扶持。


5G时代的大数据将会引入到车内,不仅能提升汽车的驾乘体验,同时也会提升行车的安全。如高速收费信息、RTTI、红绿灯信息、动态停车场/位信息、以车作为身份的授权、消费支付、服务订阅、车车通信等信息都会被汽车所接受,以这些数据信息进行运算处理提供更好的行车体验。

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此外5G是能够助力V2X通讯,其超低时延、大容量连接、超高速率的特点将会为无人驾驶加速。5G时代端到端的时延从平均50ms下降到10ms内,同时1平方公里内能同时连接100万个网络,这些技术优势可以满足智能交通和自动驾驶的要求。


自动驾驶无人驾驶的登场,这些都会令驾驶者有更多驾驶外的体验,在车内我们可以更充分利用时间进行办公和生活。超低时延、中心化的通讯将会带来社交生态的新变革,道路上行驶的车辆,将可以随时随地实时建立连接。


5G将会具有更强的性能、更多的场景和全新的生态,这必然会引发新一轮的市场社会变革,万物互联的世界里面,汽车行业的变革已经蓄势待发。


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