浅析5G技术在于无人驾驶领域的应用

杨晓波

摘要：当前，自动驾驶汽车发展迅速，各大汽车厂商都计划到2020年左右推出自动驾驶量产汽车， 5G技术是这一过程中最关键的环节之一。5G阶段的数据容量扩大、传输速度加快及可靠低时延通信，能运用于车联网无人驾驶的研究。5G通信技术和物联网技术可以实现车联网内车、人等所有元素的智能连接，包括车对车（V2V）、车对设施（V2I）、车对网（V2N）和车对人（V2P），形成一个智能运行和提供智能服务的集合系统。

关键词：5G技术；无人驾驶

一、无人驾驶等级

自动驾驶不能称为无人驾驶，真正的无人驾驶是汽车未来的研究发展方向，对汽车行业、交通领域有着深远的影响。能降低发生交通事故发生的频率，保证人们的安全。目前美国（NHTSA）将无人驾驶技术分成五个等级；

等级0：驾驶者拥有百分之百的控制权，车辆没有任何安全系统辅助设备，目前绝大部分车辆属此层级；

等级1：车辆拥有单个或多个独立功能电子控制系统，如自动紧急刹车系统，未来新车多属于此层级；

等级2：至少有两项控制能自动化，如结合主动车距控制巡航系统与车道维持系统，但仍需要驾驶者张伟对汽车的绝对控制；

等级3：车辆具有自动闪避障碍、自我导引、主动控制等功能，但驾驶者仍拥有操控权；

等级4：车辆全自动驾驶，使用者仅须给定相关信息，例如目的地、路径等，车辆无法任意改为手动驾驶。

二、无人驾驶技术

随着人工智能、传感检测、同步定位、高精度地图等核心技术的不断更新，促进了无人驾驶的发展。无人驾驶的关键技术节点正按照两横三纵的技术架构，从2016年到2025年逐步实现三大传感器的融合使用、高精度地图、车载通讯模块、互联网终端、通信服务、决策芯片和算法的成熟。随着人工智能嵌入式落地智能终端，FGPA通用架构向ASIC专用架构的转变，算法和芯片设计的协同发展，实现全区域的无人驾驶等高级（HA）/完全自动驾驶（FA）功能和网联协同决策控制的功能。

车载传感器技术是实现汽车无人驾驶的关键技术之一。汽车通过自身的车载传感器了解周围环境情况，车载系统通过传感器获得数据输入并进行分析操作，知道车辆在道路上运行，激光雷达、毫米波雷达、声呐和摄像机等采集设备采集基础信息，通过3D建模进行周边环境感知，同时通过同步建图加强定位，实时得到全局地图，并通过和高精度地图中特征物的比对，可以加强车辆导航与定位的精准度，使自动化车辆和无人驾驶成为可能。

高精度地图技术是无人驾驶的不可或缺技术。高精度地图是无人驾驶汽车的重要辅助，通过高精度地图和动态交通信息的不断交互处理，实时告知无人驾驶汽车的行走方向和路况。可以把实时的交通信息传递给汽车，来判断拥堵的程度，同时选择最佳行驶路径。在辅助感知、路径规划、辅助决策中起到了重要作用。

路径规划与决策技术是目前无人驾驶整个环节中最核心的技术，但同时也是目前无人驾驶产业链的难点。在决策层的高级环节涉及到机器学习中的深度学习，需要在环境感知环节获取的环境数据和高精度地图提供的交通大数据基础上，不断对无人驾驶系统进行训练，最终达到能在复杂交通环境及状况作出智能、合理的判断。

三、5G技术

随着通信技术的发展，汽车对车辆（V2V）和车辆对基础设施（V2I）通信也将进入手动驾驶和无人驾驶领域。无人驾驶汽车可以不断的从其他车辆和到了基础设施接收数据，不再局限于自身车载传感器获得的信息，所有的数据流与传感器输入相结合，将无人驾驶车辆周围环境和交通情况描绘出一幅更加清晰准确的画面，使无人驾驶汽车的实现成为可能。

3GPP批准了第五代移动通信技术标准（5G NR）独立组网功能冻结。5G实验室试验已经达到了14GB/秒（Gbps），超过了预先设定无线5G连接速度标准。目前由三个典型应用场景组成：

第一個eMBB（增强移动宽带），提供人与人之间的数据通信，边缘用户体验速率在100Mpbs，峰值速率在1Gbps，主要应用于AR/VR、社交网络、远程培训、实时监控、无线家庭娱乐等一些超高清视频数据传输领域；

第二个URLLC（超可靠低时延通信），因为采用“自包含短子帧”、可伸缩传输时间间隔等新技术，将端到端的时间延迟为降低至ms级别，且可靠性接近100%，主要运用于对网络时延很敏感以及对数据传输可靠性很高的远程医疗诊断、智能电网、智慧能源、无人驾驶等领域；

第三个是mMTC（海量机器类通信），主要指标是连接数密度，每平方公里连接100万个终端，主要应用于物联网的应用场景，侧重于人与物之间的信息交互，支持海量物联网设备接入。

经过科学测算，远程控制让100KM/h的车停下来，从发出指令到真正停下来，5G的时延会从4G的50毫秒缩短到1毫秒，那么这辆车要移动的距离就降到了2.8厘米。所以只有5G才能给无人驾驶带来真正的高安全系数体验。

目前3GPP已批准了第五代移动通信技术标准（5G NR）独立组网功能冻结。3GPP正式最终确定5G第二阶段标准（R16）的15大研究方向，在多用户MIMO（MU-MIMO）增强、multi-TRP增强、波束管理增强。

5G新空口移动性（管理）增强，R15定义了5G新空口独立组网（SA）移动性的基本功能，而在（R16）则对新空口移动新进一步增强，提高移动过程的可靠性、缩短由移动导致的中断时间。

5G新空口的V2X，3GPP已经完成了LTE V2X标、R15 EV2X标准。而R16阶段将使得其满足由SA1定义的“高级自动驾驶”应用场景，与LTE V2X形成“互补”。

5G新空口的新型定位方式，R15支持“RAT-independent”定位，R16将研究更为景区的定位技术，涉及到“RAT-independent”以及混合定位技术，促进无人驾驶技术的发展。

四、结束语

5G技术的优点正是无人驾驶所需能力。现有的雷达、摄像头等车载感知技术只能提供一个看的能力，没有办法实现车对车（V2V）、车对设施（V2I）、车对网（V2N）和车对人（V2P）之间的互动，而5G的增强移动宽带技术及海量机器类通信技术能实时完成交互任务，同时基于5G的uRLLC超可靠低时延通信技术、支撑3ms级时延，可以降低时间延迟及道路参与者的不确定因素，并及时通过交互完成周围车辆的距离、速度、位置、运行轨迹及状态，弥补了传感器受到距离和环境的约束，促进从单车智能到协作式智能演变。

5G技术发展为智能网联汽车的发展奠定基础，提升了无人驾驶的可靠性并推动其全面走向商用的重要里程碑。5G技术将促进无人驾驶技术更快的走向成熟，有望早日实现各类区域完全自动无人驾驶的设想。

参考文献

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[2]刘湘明.浅谈5G移动通信技术及其发展趋势.

[3]黄美宜.浅谈汽车无人驾驶技术.

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[5]彭金帅.浅析无人驾驶汽车的关键技术及其未来商业化应用.