張朝陽，李星宏

（北京億歐網(wǎng)盟科技有限公司，北京 100020）

1 引 言

移動(dòng)通信技術(shù)到現(xiàn)在為止已經(jīng)發(fā)展到了第五代（5G）。第一代（1G）利用了模擬技術(shù)，只是滿足了基本的語音通話功能。從第二代（2G）開始，移動(dòng)通信開始使用數(shù)字技術(shù)，并增加了短信以及簡(jiǎn)單的上網(wǎng)功能。而隨著第三代（3G）、第四代（4G）網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，又促進(jìn)了智能手機(jī)、移動(dòng)視頻以及直播平臺(tái)的興起，且移動(dòng)帶寬的增強(qiáng)大大地增加了移動(dòng)設(shè)備的連接數(shù)量。前四代移動(dòng)通信主要實(shí)現(xiàn)的是人與人的連接，完成了互聯(lián)網(wǎng)到移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的轉(zhuǎn)變。而伴隨著第五代通信技術(shù)的發(fā)展，連接人與人的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代將邁向“萬物互聯(lián)”的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，包括家居、汽車、機(jī)器人以及高速公路、城市等一切都將被聯(lián)網(wǎng)。在汽車工業(yè)領(lǐng)域，汽車聯(lián)網(wǎng)的終極形態(tài)是實(shí)現(xiàn)汽車的無人駕駛，無人駕駛汽車需要具有低時(shí)延以及高穩(wěn)定性的傳輸，而這正是5G的兩大優(yōu)勢(shì)，5G的發(fā)展勢(shì)必會(huì)推動(dòng)無人駕駛汽車的進(jìn)一步發(fā)展。本文將著重探討5G在無人駕駛汽車領(lǐng)域的應(yīng)用。

2 5G的概述及其發(fā)展

2015年6月24日，國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）正式公布了5G技術(shù)的名稱為IMT-2020［1］，到目前為止，5G仍處于標(biāo)準(zhǔn)制定階段，據(jù)估計(jì)，2019年底有望實(shí)現(xiàn)5G的商用。5G不僅能夠?qū)崿F(xiàn)人與人的連接，還能實(shí)現(xiàn)人與物、物與物的連接，因此，為了能夠滿足將來各種各樣的應(yīng)用場(chǎng)景，ITU提出了5G技術(shù)應(yīng)具有的8大關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)［2］，如表1所示。

可以看出，相對(duì)比于4G，5G要求的各項(xiàng)指標(biāo)性能均提高了幾倍到上百倍不等。5G不僅是4G的延伸，同時(shí)也是第一個(gè)全球統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)，伴隨著5G標(biāo)準(zhǔn)的落地完成，5G也將應(yīng)用在各種各樣的實(shí)際場(chǎng)景中。ITU還確定了未來5G應(yīng)具有的三大應(yīng)用情景，如圖1所示。

圖1 5G的三大應(yīng)用情景Fig.1 Three application scenarios of 5G

第一個(gè)是增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶（Enhance Mobile Broadband，EMBB），其主要帶來的是移動(dòng)連接速率的大幅提升，現(xiàn)階段的智能手機(jī)能享受到的峰值網(wǎng)絡(luò)速度大約為幾百兆每秒，而到5G 時(shí)代，可實(shí)現(xiàn)千兆級(jí)別的連接速度，為智能手機(jī)上的AR/VR 游戲提供了便捷操作。第二個(gè)是超高可靠與低時(shí)延通信（Ultra Reliable ＆ Low Latency Communication，URLLC），這種類型的應(yīng)用情景需要非常低的時(shí)延，尤其是在無人駕駛領(lǐng)域。5G技術(shù)能讓系統(tǒng)的延遲降低至1ms，4G的延遲大約為50ms，而人類最快的反應(yīng)也僅為100ms，5G的要求基本能達(dá)到安全的無人駕駛。第三個(gè)是大規(guī)模（海量）機(jī)器類通信（Massive Machine Type of Communication，MMTC）?，F(xiàn)有的4G通信技術(shù)架構(gòu)，每平方公里只能支持幾千個(gè)用戶同時(shí)在線，而到了5G時(shí)代，每平方公里能夠支持幾萬甚至是幾十萬的物聯(lián)終端同時(shí)在線，連接密度的大幅度增加，為今后大規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，即萬物互聯(lián)提供了可能。

表1 5G技術(shù)的8大關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)Table1 Eight key technical indicators of 5G

這三大應(yīng)用情景分別代表了大帶寬、低時(shí)延和廣連接，在ITU確定的三大應(yīng)用情景中，包括了多種類型的實(shí)際應(yīng)用，如智能家居、3D超高清視頻、自動(dòng)駕駛等，而在超高可靠低時(shí)延類通信的應(yīng)用中，自動(dòng)駕駛又是最重要的應(yīng)用方向之一（自動(dòng)駕駛也可被稱為無人駕駛，無人駕駛是自動(dòng)駕駛的高級(jí)階段）。在現(xiàn)階段，行業(yè)內(nèi)企業(yè)布局無人駕駛存在三種不同的形態(tài)，第一種形態(tài)是汽車廠商自己進(jìn)行創(chuàng)新和提升，如寶馬、大眾等；第二種形態(tài)是互聯(lián)網(wǎng)公司進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域，如百度、谷歌等；第三種形態(tài)是汽車廠商與互聯(lián)網(wǎng)公司進(jìn)行合作。當(dāng)然，不論是哪一種形態(tài)，5G都將是實(shí)現(xiàn)無人駕駛最基本的技術(shù)之一，通過5G，可以實(shí)現(xiàn)交通燈、路燈等城市基礎(chǔ)設(shè)施以及汽車、行人等的連接。除了5G，也有部分企業(yè)利用基于專用短程通信（Dedicated Short Range Communications，DRSC）進(jìn)行連接，但該連接存在許多不足之處，通信的覆蓋距離較短且需要針對(duì)路邊設(shè)施進(jìn)行大規(guī)模改造和資金投入［3］。只有使用5G技術(shù)，才更有可能真正的實(shí)現(xiàn)無人駕駛。

3 5G在無人駕駛汽車領(lǐng)域的應(yīng)用

根據(jù)美國(guó)汽車工程師協(xié)會(huì)（SAE）的劃分標(biāo)準(zhǔn)，將自動(dòng)駕駛汽車分為了六個(gè)等級(jí)，分別為無自動(dòng)化（L0）、駕駛支援（L1）、部分自動(dòng)化（L2）、有條件自動(dòng)化（L3）、高度自動(dòng)化（L4）和完全自動(dòng)化（L5）［4］，詳細(xì)標(biāo)準(zhǔn)見表2。而實(shí)際上，從L3開始，無人駕駛系統(tǒng)才開始完成相應(yīng)的駕駛操作。L1、L2屬于輔助駕駛，L3、L4屬于自動(dòng)駕駛，只有達(dá)到L5 才算真正的無人駕駛。無人駕駛也是聯(lián)網(wǎng)汽車、自動(dòng)駕駛的終極形態(tài)。

真正的無人駕駛需要實(shí)現(xiàn)V2X（Vehicle To Everything）連接，X代表的是車、路、行人以及周圍環(huán)境。英特爾原CEO科再奇表示，未來的無人駕駛汽車，每輛車每小時(shí)需要處理的數(shù)據(jù)量將達(dá)到100GB以上，且需要延遲低至幾毫秒，而目前4G網(wǎng)絡(luò)的延遲還不足以滿足未來無人駕駛的需要。同時(shí)在遇到突發(fā)狀況需要緊急停車時(shí)，低延遲也能夠保證足夠短的制動(dòng)距離以及行車安全。假如汽車的行駛速度為60km/h，以4G 的時(shí)延來說，50ms時(shí)延的制動(dòng)距離為0.83m，而以5G的時(shí)延1ms來計(jì)算，制動(dòng)距離僅為0.0167m，極大地提升了駕駛的安全性［5］。同時(shí)，4G網(wǎng)絡(luò)還面臨著功耗大、傳輸帶寬不足、穩(wěn)定性差等問題，而5G特有的優(yōu)勢(shì)為無人駕駛的發(fā)展提供了技術(shù)支持。

無人駕駛需要感知、決策、執(zhí)行三個(gè)層面，和多達(dá)幾十種零部件高效、穩(wěn)定地配合才能完成［6］。感知層主要采用攝像頭、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、高精度地圖等進(jìn)行采集數(shù)據(jù)。決策層和執(zhí)行層，通過運(yùn)用采集回來的數(shù)據(jù)，建立相應(yīng)的模型，分析制定出最適合的執(zhí)行策略，以實(shí)現(xiàn)無人駕駛［7］。

表2 自動(dòng)駕駛技術(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table2 Automated driving technology grading standards

運(yùn)用5G技術(shù)的無人駕駛汽車一定是最終的發(fā)展方向，不過目前來看條件還不成熟，尚處于試驗(yàn)階段。2018年3月，中興通訊攜手中國(guó)電信、百度在河北雄安新區(qū)完成了基于5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)況環(huán)境下的無人駕駛車測(cè)試。2018年9月，景馳科技與廣東聯(lián)通合作，測(cè)試了基于5G 網(wǎng)絡(luò)下的L4 級(jí)別的無人駕駛應(yīng)用場(chǎng)景：遠(yuǎn)程控制無人車。在展示環(huán)節(jié)，景馳無人駕駛車平穩(wěn)地開進(jìn)了現(xiàn)場(chǎng)，完成了直行、轉(zhuǎn)彎、倒車等相應(yīng)動(dòng)作。2018年11月，天津聯(lián)通聯(lián)合中國(guó)汽車技術(shù)研究中心、華為共同打造了5G+V2X融合網(wǎng)絡(luò)無人駕駛業(yè)務(wù)試點(diǎn)。2019年1月，由重慶移動(dòng)、華為、東南大學(xué)、法國(guó)Easy Mile公司等聯(lián)合研發(fā)測(cè)試的5G無人駕駛巴士開始試運(yùn)行，這輛巴士能基于5G網(wǎng)絡(luò)，準(zhǔn)確的繞過障礙物，并完成自動(dòng)調(diào)整前進(jìn)速度等操作。

國(guó)外也在同一時(shí)期進(jìn)行了5G 無人駕駛的測(cè)試。在2018年世界移動(dòng)通信大會(huì)上，韓國(guó)電信運(yùn)營(yíng)商SK Telecom展示了虛擬城市K-City中基于5G+V2X技術(shù)的無人駕駛試驗(yàn)成果，測(cè)試的兩輛車均實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)的大量數(shù)據(jù)傳輸以及精準(zhǔn)控制。2019年3月，日本索尼公司與日本移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商N(yùn)TT DoCoMo 宣布，雙方將合作測(cè)試索尼的新概念車：New Concept Cart SC-1，利用5G技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了多種遙控的功能?，F(xiàn)階段基于5G技術(shù)的無人駕駛汽車企業(yè)大部分處于測(cè)試階段，且僅能實(shí)現(xiàn)人與汽車的單項(xiàng)通信，若要實(shí)現(xiàn)V2X，還需要汽車制造商、通信設(shè)備商以及運(yùn)營(yíng)商的共同努力［8］。

4 結(jié)束語

5G 的一個(gè)重要應(yīng)用方向就是無人駕駛汽車，但現(xiàn)階段，由于5G網(wǎng)絡(luò)存在行業(yè)發(fā)展以及相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)制定等問題，離實(shí)際商用還有較大距離。尤其是在安全性問題上，當(dāng)車輛的各個(gè)零部件與5G進(jìn)行連接傳輸時(shí)，極大地增加了可被攻擊的范圍。而且現(xiàn)在的無人駕駛汽車均處于單車智能狀態(tài)，短時(shí)間內(nèi)很難達(dá)到完全L5級(jí)別的全自動(dòng)無人駕駛。若要進(jìn)行實(shí)際商用，成本也是一個(gè)需要考量的重要因素，以激光雷達(dá)為例，谷歌使用的單個(gè)激光雷達(dá)成本就達(dá)到了50～70 萬元，成本之高，顯然超出了普通家庭的能力范圍。另一方面，根據(jù)華為的整體規(guī)劃，2020年開始部署5G商用網(wǎng)絡(luò)，而真正的應(yīng)用也要在幾年之后。2到3年內(nèi)，無人駕駛汽車還不會(huì)大范圍的出現(xiàn)，但根據(jù)當(dāng)前企業(yè)發(fā)展?fàn)顩r來看，大概率會(huì)出現(xiàn)一些特定場(chǎng)景的實(shí)際商用，如園區(qū)、學(xué)校等。可以想象的是，在不遠(yuǎn)的將來，5G應(yīng)用于無人駕駛汽車領(lǐng)域，使得駕駛員也可以變成“自由自在”的乘客。