淺析5G技術在于無人駕駛領域的應用

楊曉波

摘要：當前，自動駕駛汽車發(fā)展迅速，各大汽車廠商都計劃到2020年左右推出自動駕駛量產(chǎn)汽車， 5G技術是這一過程中最關鍵的環(huán)節(jié)之一。5G階段的數(shù)據(jù)容量擴大、傳輸速度加快及可靠低時延通信，能運用于車聯(lián)網(wǎng)無人駕駛的研究。5G通信技術和物聯(lián)網(wǎng)技術可以實現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)內車、人等所有元素的智能連接，包括車對車（V2V）、車對設施（V2I）、車對網(wǎng)（V2N）和車對人（V2P），形成一個智能運行和提供智能服務的集合系統(tǒng)。

關鍵詞：5G技術；無人駕駛

一、無人駕駛等級

自動駕駛不能稱為無人駕駛，真正的無人駕駛是汽車未來的研究發(fā)展方向，對汽車行業(yè)、交通領域有著深遠的影響。能降低發(fā)生交通事故發(fā)生的頻率，保證人們的安全。目前美國（NHTSA）將無人駕駛技術分成五個等級；

等級0：駕駛者擁有百分之百的控制權，車輛沒有任何安全系統(tǒng)輔助設備，目前絕大部分車輛屬此層級；

等級1：車輛擁有單個或多個獨立功能電子控制系統(tǒng)，如自動緊急剎車系統(tǒng)，未來新車多屬于此層級；

等級2：至少有兩項控制能自動化，如結合主動車距控制巡航系統(tǒng)與車道維持系統(tǒng)，但仍需要駕駛者張偉對汽車的絕對控制；

等級3：車輛具有自動閃避障礙、自我導引、主動控制等功能，但駕駛者仍擁有操控權；

等級4：車輛全自動駕駛，使用者僅須給定相關信息，例如目的地、路徑等，車輛無法任意改為手動駕駛。

二、無人駕駛技術

隨著人工智能、傳感檢測、同步定位、高精度地圖等核心技術的不斷更新，促進了無人駕駛的發(fā)展。無人駕駛的關鍵技術節(jié)點正按照兩橫三縱的技術架構，從2016年到2025年逐步實現(xiàn)三大傳感器的融合使用、高精度地圖、車載通訊模塊、互聯(lián)網(wǎng)終端、通信服務、決策芯片和算法的成熟。隨著人工智能嵌入式落地智能終端，F(xiàn)GPA通用架構向ASIC專用架構的轉變，算法和芯片設計的協(xié)同發(fā)展，實現(xiàn)全區(qū)域的無人駕駛等高級（HA）/完全自動駕駛（FA）功能和網(wǎng)聯(lián)協(xié)同決策控制的功能。

車載傳感器技術是實現(xiàn)汽車無人駕駛的關鍵技術之一。汽車通過自身的車載傳感器了解周圍環(huán)境情況，車載系統(tǒng)通過傳感器獲得數(shù)據(jù)輸入并進行分析操作，知道車輛在道路上運行，激光雷達、毫米波雷達、聲吶和攝像機等采集設備采集基礎信息，通過3D建模進行周邊環(huán)境感知，同時通過同步建圖加強定位，實時得到全局地圖，并通過和高精度地圖中特征物的比對，可以加強車輛導航與定位的精準度，使自動化車輛和無人駕駛成為可能。

高精度地圖技術是無人駕駛的不可或缺技術。高精度地圖是無人駕駛汽車的重要輔助，通過高精度地圖和動態(tài)交通信息的不斷交互處理，實時告知無人駕駛汽車的行走方向和路況。可以把實時的交通信息傳遞給汽車，來判斷擁堵的程度，同時選擇最佳行駛路徑。在輔助感知、路徑規(guī)劃、輔助決策中起到了重要作用。

路徑規(guī)劃與決策技術是目前無人駕駛整個環(huán)節(jié)中最核心的技術，但同時也是目前無人駕駛產(chǎn)業(yè)鏈的難點。在決策層的高級環(huán)節(jié)涉及到機器學習中的深度學習，需要在環(huán)境感知環(huán)節(jié)獲取的環(huán)境數(shù)據(jù)和高精度地圖提供的交通大數(shù)據(jù)基礎上，不斷對無人駕駛系統(tǒng)進行訓練，最終達到能在復雜交通環(huán)境及狀況作出智能、合理的判斷。

三、5G技術

隨著通信技術的發(fā)展，汽車對車輛（V2V）和車輛對基礎設施（V2I）通信也將進入手動駕駛和無人駕駛領域。無人駕駛汽車可以不斷的從其他車輛和到了基礎設施接收數(shù)據(jù)，不再局限于自身車載傳感器獲得的信息，所有的數(shù)據(jù)流與傳感器輸入相結合，將無人駕駛車輛周圍環(huán)境和交通情況描繪出一幅更加清晰準確的畫面，使無人駕駛汽車的實現(xiàn)成為可能。

3GPP批準了第五代移動通信技術標準（5G NR）獨立組網(wǎng)功能凍結。5G實驗室試驗已經(jīng)達到了14GB/秒（Gbps），超過了預先設定無線5G連接速度標準。目前由三個典型應用場景組成：

第一個eMBB（增強移動寬帶），提供人與人之間的數(shù)據(jù)通信，邊緣用戶體驗速率在100Mpbs，峰值速率在1Gbps，主要應用于AR/VR、社交網(wǎng)絡、遠程培訓、實時監(jiān)控、無線家庭娛樂等一些超高清視頻數(shù)據(jù)傳輸領域；

第二個URLLC（超可靠低時延通信），因為采用“自包含短子幀”、可伸縮傳輸時間間隔等新技術，將端到端的時間延遲為降低至ms級別，且可靠性接近100%，主要運用于對網(wǎng)絡時延很敏感以及對數(shù)據(jù)傳輸可靠性很高的遠程醫(yī)療診斷、智能電網(wǎng)、智慧能源、無人駕駛等領域；

第三個是mMTC（海量機器類通信），主要指標是連接數(shù)密度，每平方公里連接100萬個終端，主要應用于物聯(lián)網(wǎng)的應用場景，側重于人與物之間的信息交互，支持海量物聯(lián)網(wǎng)設備接入。

經(jīng)過科學測算，遠程控制讓100KM/h的車停下來，從發(fā)出指令到真正停下來，5G的時延會從4G的50毫秒縮短到1毫秒，那么這輛車要移動的距離就降到了2.8厘米。所以只有5G才能給無人駕駛帶來真正的高安全系數(shù)體驗。

目前3GPP已批準了第五代移動通信技術標準（5G NR）獨立組網(wǎng)功能凍結。3GPP正式最終確定5G第二階段標準（R16）的15大研究方向，在多用戶MIMO（MU-MIMO）增強、multi-TRP增強、波束管理增強。

5G新空口移動性（管理）增強，R15定義了5G新空口獨立組網(wǎng)（SA）移動性的基本功能，而在（R16）則對新空口移動新進一步增強，提高移動過程的可靠性、縮短由移動導致的中斷時間。

5G新空口的V2X，3GPP已經(jīng)完成了LTE V2X標、R15 EV2X標準。而R16階段將使得其滿足由SA1定義的“高級自動駕駛”應用場景，與LTE V2X形成“互補”。

5G新空口的新型定位方式，R15支持“RAT-independent”定位，R16將研究更為景區(qū)的定位技術，涉及到“RAT-independent”以及混合定位技術，促進無人駕駛技術的發(fā)展。

四、結束語

5G技術的優(yōu)點正是無人駕駛所需能力?，F(xiàn)有的雷達、攝像頭等車載感知技術只能提供一個看的能力，沒有辦法實現(xiàn)車對車（V2V）、車對設施（V2I）、車對網(wǎng)（V2N）和車對人（V2P）之間的互動，而5G的增強移動寬帶技術及海量機器類通信技術能實時完成交互任務，同時基于5G的uRLLC超可靠低時延通信技術、支撐3ms級時延，可以降低時間延遲及道路參與者的不確定因素，并及時通過交互完成周圍車輛的距離、速度、位置、運行軌跡及狀態(tài)，彌補了傳感器受到距離和環(huán)境的約束，促進從單車智能到協(xié)作式智能演變。

5G技術發(fā)展為智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展奠定基礎，提升了無人駕駛的可靠性并推動其全面走向商用的重要里程碑。5G技術將促進無人駕駛技術更快的走向成熟，有望早日實現(xiàn)各類區(qū)域完全自動無人駕駛的設想。

參考文獻

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