5G车联网对自动驾驶技术发展的影响

2018年第6期 信息通信2018 (总第 186 期）INFORMATION&COMMUNICATIONS(S u m.N o 186)

5G车联网对自动驾驶技术发展的影响

许彩i t2

a湖北省信产通信服务有限公司科技咨询分公司；

2.湖北省邮电学校，湖北武汉430079)

摘要:随着5G技术和车联网的发展，传统的自动驾驶技术在5G车联网的助推下，未来的发展前景非常值得期待。基于 DSRC的车联网技术经过十几年的发展，具备较好的覆盖范围,但是受到传输距离短的限制，发展优势不明显;另一方面，基于LTE的车联网技术具备重复利用蜂巢式基础设施与频谱的优势，网络度盖范围更大，也可以平滑演进到5G;5G网络具备高可靠低时延的优势,5G的商用将为LT&V2X提供更强大的性能和更多的可能性。基于5G车联网的自动驾駛 场景，可以克服传统自动驾驶技术无法互联的缺陷,进一步提升自动驾驶的性能，减少对高精度传感器的依赖。5G车联 网的最终目标是完全自动驾驶和全部联网，这对整个汽车与交通行业都具有很好的推动作用。

关键词:5G网络;车联网；自动驾驶;V2X;DSRC;LTE

中图分类号:TP393 文献标识码:A文章编号:1673-1131( 2018 )06-0046-02

5(}技术、车联网和自动驾驶(或无人驾驶)是最近几年的科技发展热点。基于专用短程通信（Dedicated Short Range Communications，DSRC)的车联网技术存在一些不歧处w,基于5G网络的车联网技术可以提供更抉的传输速率121，对自动驾驶的发展具有很好的助推作用。

1车联网技术

在中国信息通信研究院《车联网白皮书(2017年)》中，给车联网的定义是：借助新一代信息和通信技术，实现车内、车与车、车与路、车与人、车与服务平台的V2X(Vehicle to Every­thing) 全方位网络连接，提升汽车智能化水平和自动驾驶能力，构建汽车和交通服务新业态，从而提高交通效率，改善汽车驾乘感受，为用户提供智能、舒适、安全、节能、高效的综合服务M。网络连接、汽车智能化、服务新业态是车联网的三个核心。

车联网是物联网在汽车领域的典型应用，其核心关键是V2X无线通信技术，包括 DSRC、5G-V2X、LTE-V2X( Long Term Evolution,长期演进)等。借助于V2X无线通信技术，可以突破单一汽车在智能化发展方面的非视距感知、车辆信息共享等技术瓶颈，助力实现汽车自动驾驶功能的推广应用'应用场景如图1所示

当前，国际成熟的V2X无线通信技术有两种技术路线选择，一是基于IEEE802.11p的DSRC技术，二是我国参与推动的基于LTE的V2X无线通信技术(LTE-V2X)。

1.1基于D SR C的车联网技术

D SR C由物理层标准IEE

E 802.11P和网络层标准IEEE 1609构成。在此基础上，美国汽车工程师协会(Society of A uto­motive Engineers，SAE)发布的 SAE J2735 和 SAE J F2945 两个标准规范了信息内容和结构。DSRC系统包含了车载装置(On board Unit»OBU)和路侧装置(Road Side Unit,RSU)，两者提供信息的双向传输，RSU再将交通信息传送至后端平台' DSRC技术得到美国政府的大力支持，2016年12月美国交通部计划通过强制立法让美国所有轻型车在2023年装配车用DSRC技术，欧洲和日本也陆续跟进。

DSRC技术的优势在于可靠性髙、传输实时性强,主要由福特、丰田等车企进行推动。但由于DSRC的物理层技术与人们生活中常用的WiFi相同，通信距离优势不明显，覆盖距离短，实际应用中需要针对路边设施进行大规模改造和投入。

1.2基于LTE的车联网技术

LTE-V2X是由 3GPP(3rd Generation Partnership Project)基于LTE技术研究而成，它分为LTE~V-Cell和L m V-Direct，前者利用现有的频谱和基站进行蜂窝通信，后者则作为自组织网络在小范围内进行V2X通信[a。

LTE>V2X能重复使用现有的蜂巢式基础设施与频谱，营运商不需要布建专用的路侧设备R S U以及提供专用频谱。LTE^V2X主要解决交通实体之间的“共享传感”问题，可将车载探测系统(如雷达、摄像头)从数十米、视距范围扩展到数百米以上、非视距范围，成倍提高车载A I的效能，实现在相对简

图1车联网应用场景示例单的交通场景下的辅助驾驶。

相比较之下，DSRC技术具有先发优势，验证时间长，也更

4结语

航电WDM网络作为下一代航电网络的理想选择，已经成为每年AVFOP讨论的热点问题。为了满足航对航电WDM 网络系统进行了分析，之后对航电WDM架构进行了简要描述，并给出了航电光网络单元的设计方法，构建了环形光网络。未来准备结合该架构进行实现，从多方面评价其性能和网络的合理性。参考文献：

[1]周立，丁凡，熊华钢.航空电子WDM网络多信道强实时调

度设计[J],北京航空航天大学学报，2010，36 (12):

1392-1395.

[2]霍曼，邓中卫.国外军用飞机航空电子系统发展趋势[J].航

空电子技术，2004,35⑷.

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信息通信

许彩霞:5G 车联网对自动驾驶技术发展的影响

为成熟，在网络安全方面也先行一步。LTE -V 2X 的优点在于 无需投入新的路边设施成本更低,网络覆盖的距离更长，可平 滑演进到5G 。

2 5G 车联网

5G 网络作为第五代移动通信网络,能够实现网络高度融 合，是一个由多种接入技术、多层网络、多种设备和多种用户 类型交互的异构网络环境,能够提供跨越时间和空间的、无缝 的、连续的用户体验[7]。

5G 网络的峰值理论传输速度可达每秒数十Gbit /s ,这比 4G 网络的传输速度快数百倍。与4G 主要侧重人与人之间的 通信不同，在5G 时代，人和人、人和物、物和物包括车与车、车 与物都将连成一体，构成全新的信息化基础设施。

在5G 技术研发过程中，车联网成为5G 重要应用场景。 5G 通信技术充分考虑汽车、交通产业需求,“高可靠低时延”成 为国际电信联盟定义的5G 三大应用场景之一,也是我国确定 的四大应用场景之一。

面对5G 车联网的业务需求，当前4G 网络已经不能满足

业务的要求。主要体现在如下方面：

(1) 传输带宽不足:5G 车辆网的实时娱乐互动单用户要求

M 级的速率要求，当前4G 空口的带宽有限，尤其边缘用户上

行受限，需要采用5G 的N R 实现空口速率的100倍提升。同

时单用户的速率提升，而所有用户数据均要通过集中的核心

网关转发，对于核心网的集中传输压力大。

(2) 网络时延过大:5G 车辆网自动驾驶控制需要10m s 的 时延。当前4G 所有的业务需要经过多层网络传输，传输时延 大，无法满足低时延控制指令的要求。

如果说基于4G /4.5G 的LTE -V 2X 还无法挑起重担的话， 那么5G 的商用给LTE -V 2X 提供了更强大的性能和更多的可 能性。5G 增强了移动带宽，峰值速率可达20Gb /s ，支持更低 的延时(< 10ms ),更高的可靠性(> 99.99%)以及更大的带宽 (每平方公里可连接100万个终端)。从华为等厂商的测试结果来看，基于5G 的LTE -V 2X 在 覆盖距离、网络延时方面都要优于DSRC -但是，距离5G -V 2X 的商用，还需经过更长时间的测试验证。

3 5G 车联网与自动驾驶

在5G 商用之后，车联网、自动驾驶的商业模式将会出现 更多的创新和发展。5G 车联网需重点考虑以下3个典型场景:

(1) 自动驾驶场景，围绕汽车驾驶及安全相关的“网”：需 要更高的可靠性(接近100%),非常低的端到端时延(m s 级)， 非常高的数据速率(每秒几十Mbit /s );(2) 高速移动宽带网络场景，围绕道路交通信息管理的 “网”:需要优先保证V 2X 业务实现安全功能，无缝提供移动宽 带通信功能；

(3) 信息娱乐场景，围绕汽车这个载体里的人需要的宽带

“网”:需要支持高速数据传输速率，支持高清视频应用和高清

云游戏应用。3.1传统的自动驾驶

在已有的自动驾驶研究领域，美国的谷歌、特斯拉、Mob -

ileye 自动驾驶系统，是基于传感器、雷达和摄像头等信息输入， 通过人工智能技术进行决策，单车本身在一定程度上就可以 自动驾驶。但是单车本身也有很大的局限性，在晚上、雨雪天、 雾天等恶劣天气下，在交叉路口、拐弯处等场景，雷达、摄像头 看不见、看不清、看不准。针对这些场景开发性能更强的传感

器，成本会高到消费者无法承受的地步。

目前正在研发的自动驾驶车辆仍处于单车智能的状态， 没有车联网的支持，很难达到L 5级别的全场景自动驾驶。3.2车联网下的自动驾驶

在车联网和无人驾驶领域,lms 可能就决定了生与死的瞬 间。3GPP 定义了若干个lm s 到几m s 的低时延场景，主要集 中在自动驾驶上。自动驾驶中制动等反应时间,是个系统响应 时间，其中包括了给网络云端计算处理、车间协商处理的时间， 也包括了车辆本身系统计算及制动处理时间。如果要做到时 速100km/h 制动距离不超过0.3m ,那么系统整体响应时间不 能超过10ms ，而人类最好的F 1车手的反应时间在100ms 左右。从保障安全的角度，系统响应时间当然越低越好,其中对 通讯时延的要求会更高。未来5G 网络能够在提供99.999% 稳定性的同时做到小于lm s 的通讯时延，因此自动驾驶车辆 的低时延场景更需要系统其它环节的配合来实现。

在实现车辆自动驾驶场景中，V 2X 是一个必要且增值的 使能技术;即使车辆本身就可以实现部分自动驾驶，通过车联

网技术依然可以进一步提升性能，且可以降低单车部署传感 器的成本，减少对高精度传感器的依赖。

在未来很长一段时间，尽管路上会是V 2X 与非V 2X 车辆

共存的局面,单车由V 2X 技术所带来的增益会随V 2X 车型渗

透率提高而逐步提升，从而正向驱动非V 2X 车辆的升级和徹。

4结论过去十几年在自动驾驶和车联网领域虽然有比较多的研

发，但是所取得的研究进展相对较小，其根本原因在于基础技

术仍存在瓶颈，而5G 网络的商用势必为自动驾驶和车联网的 融合提供更合适的契机。

在5G 车联网技术的推动下，更聪明、更安全、更环保的智 能出行将并不遥远:智能车辆如同深海中的鱼群快速游动，彼 此却又永不相撞，实现零事故、零拥堵、低排放。

5G 车联网的最终目标是完全自动驾驶和全部联网，实现 解放驾驶员的双手和大脑;汽车空间真正开放给业务开发者， 形成汽车和交通环境下的信息服务新生态。

参考文献：

[1] 高云桐.车联网在5G 网络环境下的发展趋势及应用探究

[J ].电脑知识与技术，2016, 12(23):24-26.

[2] 徐灿辉.5G 网络架构对车联网发展影响的研究[J ].广东

通信技术,2018(1):76-79.[3] 中国信息通信研究院.车联网白皮书(2017年)[R ].北京: 中国信息通信研究院,2017.

[4] 睿午餐.自动驾驶功能的应用和产业化发展中车联网的 作用[EB /OL ]. (2017-06-24) [2018-4-15], http :// ba - ijiahao .baidu .eom /s ? id =1571070960037861.[5] 远光灯.终于等到你5G 对自动驾驶和车联网意味着什 么？ [EB /OL ]. (2018-03-11) [2018-4-15], http ://www . sohu .com /a /225269418 455835.[6] 李凤,房家奕，赵丽.3GPP LTE -V 2X 标准进展及技术介

绍[J ].电信网技术，2016(6) :40-45.[7] 王胡成，徐晖，程志密，王可.5G 网络技术研究现状和发 展趋势[J ].电信科学，2015, 31(9):149-155.

作者简介:许彩霞(1978-)女，本科，讲师、通信工程师。主要 研究方向:数字通信、光纤通信。

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