淺析5G技術(shù)在于無人駕駛領(lǐng)域的應(yīng)用

楊曉波

摘要：當(dāng)前，自動(dòng)駕駛汽車發(fā)展迅速，各大汽車廠商都計(jì)劃到2020年左右推出自動(dòng)駕駛量產(chǎn)汽車， 5G技術(shù)是這一過程中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一。5G階段的數(shù)據(jù)容量擴(kuò)大、傳輸速度加快及可靠低時(shí)延通信，能運(yùn)用于車聯(lián)網(wǎng)無人駕駛的研究。5G通信技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)內(nèi)車、人等所有元素的智能連接，包括車對(duì)車（V2V）、車對(duì)設(shè)施（V2I）、車對(duì)網(wǎng)（V2N）和車對(duì)人（V2P），形成一個(gè)智能運(yùn)行和提供智能服務(wù)的集合系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：5G技術(shù)；無人駕駛

一、無人駕駛等級(jí)

自動(dòng)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(duì)汽車行業(yè)、交通領(lǐng)域有著深遠(yuǎn)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(shù)分成五個(gè)等級(jí)；

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

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

等級(jí)2：至少有兩項(xiàng)控制能自動(dòng)化，如結(jié)合主動(dòng)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(duì)汽車的絕對(duì)控制；

等級(jí)3：車輛具有自動(dòng)閃避障礙、自我導(dǎo)引、主動(dòng)控制等功能，但駕駛者仍擁有操控權(quán)；

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

二、無人駕駛技術(shù)

隨著人工智能、傳感檢測(cè)、同步定位、高精度地圖等核心技術(shù)的不斷更新，促進(jìn)了無人駕駛的發(fā)展。無人駕駛的關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點(diǎn)正按照兩橫三縱的技術(shù)架構(gòu)，從2016年到2025年逐步實(shí)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(wù)、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(gòu)向ASIC專用架構(gòu)的轉(zhuǎn)變，算法和芯片設(shè)計(jì)的協(xié)同發(fā)展，實(shí)現(xiàn)全區(qū)域的無人駕駛等高級(jí)（HA）/完全自動(dòng)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(shù)是實(shí)現(xiàn)汽車無人駕駛的關(guān)鍵技術(shù)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(jìn)行分析操作，知道車輛在道路上運(yùn)行，激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、聲吶和攝像機(jī)等采集設(shè)備采集基礎(chǔ)信息，通過3D建模進(jìn)行周邊環(huán)境感知，同時(shí)通過同步建圖加強(qiáng)定位，實(shí)時(shí)得到全局地圖，并通過和高精度地圖中特征物的比對(duì)，可以加強(qiáng)車輛導(dǎo)航與定位的精準(zhǔn)度，使自動(dòng)化車輛和無人駕駛成為可能。

高精度地圖技術(shù)是無人駕駛的不可或缺技術(shù)。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(dòng)態(tài)交通信息的不斷交互處理，實(shí)時(shí)告知無人駕駛汽車的行走方向和路況。可以把實(shí)時(shí)的交通信息傳遞給汽車，來判斷擁堵的程度，同時(shí)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(shù)是目前無人駕駛整個(gè)環(huán)節(jié)中最核心的技術(shù)，但同時(shí)也是目前無人駕駛產(chǎn)業(yè)鏈的難點(diǎn)。在決策層的高級(jí)環(huán)節(jié)涉及到機(jī)器學(xué)習(xí)中的深度學(xué)習(xí)，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(chǔ)上，不斷對(duì)無人駕駛系統(tǒng)進(jìn)行訓(xùn)練，最終達(dá)到能在復(fù)雜交通環(huán)境及狀況作出智能、合理的判斷。

三、5G技術(shù)

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，汽車對(duì)車輛（V2V）和車輛對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施（V2I）通信也將進(jìn)入手動(dòng)駕駛和無人駕駛領(lǐng)域。無人駕駛汽車可以不斷的從其他車輛和到了基礎(chǔ)設(shè)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(jié)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(zhǔn)確的畫面，使無人駕駛汽車的實(shí)現(xiàn)成為可能。

3GPP批準(zhǔn)了第五代移動(dòng)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（5G NR）獨(dú)立組網(wǎng)功能凍結(jié)。5G實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)已經(jīng)達(dá)到了14GB/秒（Gbps），超過了預(yù)先設(shè)定無線5G連接速度標(biāo)準(zhǔn)。目前由三個(gè)典型應(yīng)用場景組成：

第一個(gè)eMBB（增強(qiáng)移動(dòng)寬帶），提供人與人之間的數(shù)據(jù)通信，邊緣用戶體驗(yàn)速率在100Mpbs，峰值速率在1Gbps，主要應(yīng)用于AR/VR、社交網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程培訓(xùn)、實(shí)時(shí)監(jiān)控、無線家庭娛樂等一些超高清視頻數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域；

第二個(gè)URLLC（超可靠低時(shí)延通信），因?yàn)椴捎谩白园套訋薄⒖缮炜s傳輸時(shí)間間隔等新技術(shù)，將端到端的時(shí)間延遲為降低至ms級(jí)別，且可靠性接近100%，主要運(yùn)用于對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延很敏感以及對(duì)數(shù)據(jù)傳輸可靠性很高的遠(yuǎn)程醫(yī)療診斷、智能電網(wǎng)、智慧能源、無人駕駛等領(lǐng)域；

第三個(gè)是mMTC（海量機(jī)器類通信），主要指標(biāo)是連接數(shù)密度，每平方公里連接100萬個(gè)終端，主要應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場景，側(cè)重于人與物之間的信息交互，支持海量物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入。

經(jīng)過科學(xué)測(cè)算，遠(yuǎn)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(shí)延會(huì)從4G的50毫秒縮短到1毫秒，那么這輛車要移動(dòng)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(yàn)。

目前3GPP已批準(zhǔn)了第五代移動(dòng)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（5G NR）獨(dú)立組網(wǎng)功能凍結(jié)。3GPP正式最終確定5G第二階段標(biāo)準(zhǔn)（R16）的15大研究方向，在多用戶MIMO（MU-MIMO）增強(qiáng)、multi-TRP增強(qiáng)、波束管理增強(qiáng)。

5G新空口移動(dòng)性（管理）增強(qiáng)，R15定義了5G新空口獨(dú)立組網(wǎng)（SA）移動(dòng)性的基本功能，而在（R16）則對(duì)新空口移動(dòng)新進(jìn)一步增強(qiáng)，提高移動(dòng)過程的可靠性、縮短由移動(dòng)導(dǎo)致的中斷時(shí)間。

5G新空口的V2X，3GPP已經(jīng)完成了LTE V2X標(biāo)、R15 EV2X標(biāo)準(zhǔn)。而R16階段將使得其滿足由SA1定義的“高級(jí)自動(dòng)駕駛”應(yīng)用場景，與LTE V2X形成“互補(bǔ)”。

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(shù)，涉及到“RAT-independent”以及混合定位技術(shù)，促進(jìn)無人駕駛技術(shù)的發(fā)展。

四、結(jié)束語

5G技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)正是無人駕駛所需能力。現(xiàn)有的雷達(dá)、攝像頭等車載感知技術(shù)只能提供一個(gè)看的能力，沒有辦法實(shí)現(xiàn)車對(duì)車（V2V）、車對(duì)設(shè)施（V2I）、車對(duì)網(wǎng)（V2N）和車對(duì)人（V2P）之間的互動(dòng)，而5G的增強(qiáng)移動(dòng)寬帶技術(shù)及海量機(jī)器類通信技術(shù)能實(shí)時(shí)完成交互任務(wù)，同時(shí)基于5G的uRLLC超可靠低時(shí)延通信技術(shù)、支撐3ms級(jí)時(shí)延，可以降低時(shí)間延遲及道路參與者的不確定因素，并及時(shí)通過交互完成周圍車輛的距離、速度、位置、運(yùn)行軌跡及狀態(tài)，彌補(bǔ)了傳感器受到距離和環(huán)境的約束，促進(jìn)從單車智能到協(xié)作式智能演變。

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

參考文獻(xiàn)

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