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汽車， 5G技術是這一過程中最關鍵的環節之一。5G階段的數據容量擴大、傳輸速度加快及可靠低時延通信，能運用于車聯網無人駕駛的研究。5G通信技術和物聯網技術可以實現車聯網內車、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（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。

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展方向，對汽車行業、交通領域有著深遠的影響。能降低發生交通事故發生的頻率，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，如自動緊急剎車系統，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與車道維持系統，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展。無人駕駛的關鍵技術節點正按照兩橫三縱的技術架構，從2016年到2025年逐步實現三大傳感器的融合使用、高精度地圖、車載通訊模塊、互聯網終端、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，FGPA通用架構向ASIC專用架構的轉變，算法和芯片設計的協同發展，實現全區域的無人駕駛等高級（HA）/完全自動駕駛（FA）功能和網聯協同決策控制的功能。

車載傳感器技術是實現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境情況，車載系統通過傳感器獲得數據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、路徑規劃、輔助決策中起到了重要作用。

路徑規劃與決策技術是目前無人駕駛整個環節中最核心的技術，但同時也是目前無人駕駛產業鏈的難點。在決策層的高級環節涉及到機器學習中的深度學習，需要在環境感知環節獲取的環境數據和高精度地圖提供的交通大數據基礎上，不斷對無人駕駛系統進行訓練，最終達到能在復雜交通環境及狀況作出智能、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據，不再局限于自身車載傳感器獲得的信息，所有的數據流與傳感器輸入相結合，將無人駕駛車輛周圍環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）獨立組網功能凍結。5G實驗室試驗已經達到了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據通信，邊緣用戶體驗速率在100Mpbs，峰值速率在1Gbps，主要應用于AR/VR、社交網絡、遠程培訓、實時監控、無線家庭娛樂等一些超高清視頻數據傳輸領域；

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%，主要運用于對網絡時延很敏感以及對數據傳輸可靠性很高的遠程醫療診斷、智能電網、智慧能源、無人駕駛等領域；

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

經過科學測算，遠程控制讓100KM/h的車停下來，從發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（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展。

四、結束語

5G技術的優點正是無人駕駛所需能力。現有的雷達、攝像頭等車載感知技術只能提供一個看的能力，沒有辦法實現車對車（V2V）、車對設施（V2I）、車對網（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，彌補了傳感器受到距離和環境的約束，促進從單車智能到協作式智能演變。

5G技術發展為智能網聯汽車的發展奠定基礎，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，有望早日實現各類區域完全自動無人駕駛的設想。

參考文獻

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