5G移動(dòng)技術(shù):變革汽車(chē)行業(yè)

責(zé)任編輯:zsheng

2018-09-30 21:21:41

摘自:電子發(fā)燒友網(wǎng)

預(yù)計(jì)到2035年,5G將為汽車(chē)產(chǎn)業(yè)、供應(yīng)鏈、客戶創(chuàng)造超過(guò)2 4萬(wàn)億美元的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出,幾乎占預(yù)期5G全球經(jīng)濟(jì)影響的五分之一。

預(yù)計(jì)到2035年,5G將為汽車(chē)產(chǎn)業(yè)、供應(yīng)鏈、客戶創(chuàng)造超過(guò)2.4萬(wàn)億美元的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出,幾乎占預(yù)期5G全球經(jīng)濟(jì)影響的五分之一。

5G已經(jīng)成為市場(chǎng)的熱門(mén)話題,各類(lèi)5G要來(lái)的口號(hào)和消息也是不絕于耳。5G會(huì)在下載速度、智慧城市、智能生活、工業(yè)控制等方面給我們生活工作帶來(lái)巨大的變化和影響,同時(shí)對(duì)于我們?nèi)粘3鲂械钠?chē),在插上5G這個(gè)”翅膀”后,它也會(huì)有脫胎換骨的變革。

5G發(fā)展路徑

5G是第五代的通信技術(shù),目前的5G技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)研制的關(guān)鍵階段,全球5G頻譜共識(shí)初步形成,未來(lái)5G將形成全球統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。中國(guó)位列世界5G第一梯隊(duì),在政府、產(chǎn)業(yè)組織層面已與歐美日韓建立了5G合作機(jī)制,預(yù)計(jì)明年下半年5G可初步具備商用條件。

5G三大應(yīng)用場(chǎng)景:支持廣覆蓋和高速率的eMBB業(yè)務(wù),超低時(shí)延和高可靠(URLLC)和海量聯(lián)接(mMTC)。5G帶來(lái)的超低時(shí)延和高可靠性和海量的物聯(lián)網(wǎng)能力將會(huì)為汽車(chē)互聯(lián)、無(wú)人駕駛帶來(lái)新的技術(shù)基礎(chǔ)。

以上都是官方的解釋,簡(jiǎn)單粗暴地整理下來(lái),通信技術(shù)的發(fā)展路徑可以簡(jiǎn)單理解為:3G無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)——4G(LTE)——LTE-Advanced(簡(jiǎn)稱LTE-A)(6GHz以下5G無(wú)線電接入網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ))——5G(從6GHz到100GHz的頻率)。

在這一演化路徑中,MIMO天線配置從2x2——8x8——16x16——256x256,這將會(huì)帶來(lái)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)速度和覆蓋的飛躍。

5G帶來(lái)了連接速率的增長(zhǎng)、聯(lián)網(wǎng)數(shù)量的劇增、延時(shí)的大幅度降低。5G目標(biāo)可以用幾個(gè)數(shù)字來(lái)歸納:1000倍的容量提升、1000億+的連接支持、10GB/s的最高速度、1ms以下的延時(shí)。

5G與4G的區(qū)別

基于LTE技術(shù)基礎(chǔ)的4G已經(jīng)進(jìn)入成熟大規(guī)模部署的階段,而5G現(xiàn)階段依然處在技術(shù)系統(tǒng)驗(yàn)證階段,要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的部署預(yù)計(jì)要到2020年。

4G和以前的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)主要側(cè)重于原始帶寬的提供,而5G旨在提供無(wú)所不在的連接,更加突出萬(wàn)物互聯(lián)。

5G網(wǎng)絡(luò)在很長(zhǎng)一段時(shí)間是不會(huì)獨(dú)立存在的,它與現(xiàn)階段的4G、3G甚至2G網(wǎng)絡(luò)都會(huì)是長(zhǎng)期共存。因此5G的設(shè)計(jì)初衷是支持多種不同的應(yīng)用,例如物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴設(shè)備、AR、VR等。

5G與4G的最根本的差別,那就是在處理大量聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的連接需求方面上。假如當(dāng)我們處理高清視頻在線播放的時(shí)候,5G可以提供超高速的速度,而面對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò),5G便會(huì)提供超低的數(shù)據(jù)傳輸速率,降低功耗,提高待機(jī)時(shí)間。

5G加速車(chē)聯(lián)網(wǎng)無(wú)人駕駛到來(lái)

車(chē)聯(lián)網(wǎng)是什么?我們可以這樣理解,利用車(chē)載電子傳感裝置,通過(guò)移動(dòng)通訊技術(shù)、汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)、智能終端設(shè)備與信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái),使車(chē)與路、車(chē)與車(chē)、車(chē)與人、車(chē)與城市之間實(shí)時(shí)聯(lián)網(wǎng),實(shí)現(xiàn)信息互聯(lián)互通,從而對(duì)車(chē)、人、物、路、位置等進(jìn)行有效的智能監(jiān)控、調(diào)度、管理的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

再進(jìn)一步來(lái)說(shuō),無(wú)人駕駛的前期基礎(chǔ)必然是以車(chē)聯(lián)網(wǎng)作為基礎(chǔ)。未來(lái)車(chē)輛在進(jìn)行無(wú)人駕駛中便需要通過(guò)車(chē)聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行信息通信,在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中,需要進(jìn)行海量、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)交換。

英特爾CEO Brian Krzanich表示:” 未來(lái)無(wú)人駕駛汽車(chē)將在每秒鐘消耗0.75GB的數(shù)據(jù)量,每天使用大概4000GB的數(shù)據(jù)量。此外,無(wú)人駕駛汽車(chē)和車(chē)聯(lián)網(wǎng)通信的實(shí)現(xiàn)還需要網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸汽車(chē)導(dǎo)航信息、位置信息以及汽車(chē)各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù),到云端或其他車(chē)輛終端,需要更高的網(wǎng)絡(luò)帶寬和更低的網(wǎng)絡(luò)延時(shí),而這僅靠4G、LTE-V和DSRC等通信技術(shù)還無(wú)法實(shí)現(xiàn)。”

5G網(wǎng)絡(luò)可以將端到端的通信時(shí)延控制在10毫秒內(nèi),這對(duì)于保證車(chē)輛在高速行駛中的安全來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。此外,在流量峰值和連接數(shù)密度方面,5G技術(shù)能夠以超過(guò)每秒10GB的傳輸速度和106/km2的連接數(shù)密度滿足未來(lái)車(chē)聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的車(chē)輛與人、交通基礎(chǔ)設(shè)施之間的通信需求。

因此低時(shí)延和高速的傳輸速度是5G的兩大優(yōu)勢(shì),而這也會(huì)推動(dòng)無(wú)人駕駛和車(chē)聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展。

車(chē)聯(lián)網(wǎng)的通訊技術(shù)V2X

前面已經(jīng)說(shuō)到5G會(huì)助力車(chē)聯(lián)網(wǎng)和無(wú)人駕駛的發(fā)展,而當(dāng)中的通訊移動(dòng)技術(shù)也成為不可或缺的一部分??梢灶A(yù)見(jiàn)的是,汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的變革更多是追求更安全的行車(chē)環(huán)境,同時(shí)把交通效率進(jìn)一步提升。

現(xiàn)階段的車(chē)聯(lián)網(wǎng)的通訊技術(shù)必定是蜂窩車(chē)聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)(C-V2X),它是V2X車(chē)聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上融入蜂窩網(wǎng)絡(luò),讓車(chē)與路、車(chē)與車(chē)、車(chē)與人、車(chē)與城市之間能夠進(jìn)行互聯(lián)。

實(shí)際在發(fā)展之初,除了C-V2X,還有DSRC(專用短程通信技術(shù))這車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。DSRC是由通用、福特、豐田、本田等車(chē)企推動(dòng),可支持車(chē)車(chē)、車(chē)路之間的直接通信,此后歐洲和日本等國(guó)家也都提出了各自的標(biāo)準(zhǔn)和專用頻段。DSRC技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于可靠性高、傳輸實(shí)時(shí)性強(qiáng),弱點(diǎn)在于通信距離優(yōu)勢(shì)不明顯。因此,如果僅通過(guò)DSRC實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛技術(shù)與車(chē)聯(lián)網(wǎng)通信,那么就需要針對(duì)路邊設(shè)施進(jìn)行大規(guī)模投入,同時(shí)每個(gè)國(guó)家都有自己一套頻段和標(biāo)準(zhǔn),通用性不強(qiáng),投入研發(fā)和大規(guī)模布局時(shí)間長(zhǎng),成本也很大,不利于商業(yè)化。

C-V2X是基于全球3GPP Release 14規(guī)范的V2X通信技術(shù),也是擁有持續(xù)演進(jìn)路徑的V2X通信技術(shù),并支持前向及后向兼容,尤其是基于5G新空口的C-V2X可提供高吞吐量、寬帶載波支持、超低時(shí)延、高可靠性,可大大豐富自動(dòng)駕駛的應(yīng)用場(chǎng)景。

這意味著C-V2X是擁有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)可以持續(xù)演進(jìn)?,F(xiàn)階段C-V2X的形態(tài)便是LTE-V2X,它是利用現(xiàn)階段Celluar蜂窩網(wǎng)絡(luò)4G LTE進(jìn)行車(chē)聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)耐ㄓ嵓夹g(shù)。LTE-V2X是車(chē)對(duì)萬(wàn)物V2X通信的全球解決方案,擁有面向5G新空口的演進(jìn)路徑,是現(xiàn)今唯一一項(xiàng)遵循全球3GPP規(guī)范的V2X通信技術(shù)。

LTE-V2X網(wǎng)絡(luò)最初由大唐、華為等通訊運(yùn)營(yíng)商推出。它針對(duì)車(chē)輛V2X的通信需求定義了兩種通信方式:集中式與分布式。集中式也稱為蜂窩式,需要基站作為控制中心,車(chē)輛與基礎(chǔ)設(shè)施、其他車(chē)輛之間需要通過(guò)將數(shù)據(jù)在基站進(jìn)行中轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)通信;分布式也稱為直通式,無(wú)需基站作為支撐,讓終端之間實(shí)現(xiàn)V2X通信。

LTE-V2X既支持直通,也支持基站輔助方式,實(shí)現(xiàn)了直通和蜂窩模式的融合,相較于DSRC具有顯著的性能優(yōu)勢(shì),未來(lái)可以平滑演進(jìn)到5G。

現(xiàn)在市面上已經(jīng)有多家芯片設(shè)計(jì)廠商推出了支持C-V2X技術(shù)的芯片和相關(guān)解決方案。如高通C-V2X車(chē)聯(lián)網(wǎng)解決方案“9150 C-V2X”芯片組,基于3GPP Release 14規(guī)范,面向PC5直接通信,集成全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS),支持汽車(chē)道路安全,甚至為日后的自動(dòng)駕駛也提供基礎(chǔ)。

通信延時(shí)10毫秒內(nèi)的重要性

圍繞5G的三大特點(diǎn),高速數(shù)據(jù)傳輸、超低時(shí)延、超大網(wǎng)絡(luò)容量,這些都會(huì)對(duì)車(chē)聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生重大的影響。現(xiàn)階段的C-V2X還是利用4G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸,對(duì)于未來(lái)需要實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛的目標(biāo)來(lái)說(shuō),4G網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延、速率和網(wǎng)絡(luò)容量還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求。

在5G時(shí)代,延時(shí)將降至10毫秒以內(nèi),更低延遲性與高可靠性的網(wǎng)路傳輸,可實(shí)現(xiàn)車(chē)對(duì)車(chē)、車(chē)對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施等通訊應(yīng)用。

我們比較2/3/4G網(wǎng)絡(luò)和Wifi的端到端的時(shí)延,根據(jù)獨(dú)立第三方網(wǎng)絡(luò)測(cè)試機(jī)構(gòu)Open Signal的測(cè)試結(jié)果,時(shí)延最短的是LTE,為98ms,這幾乎是5G的1ms時(shí)延的100倍。

我們?cè)賮?lái)看看人體的神經(jīng)纖維的傳導(dǎo)速度,大約在100-200米/秒,我們的軀體感覺(jué)系統(tǒng)分布于全身,信息從軀體感覺(jué)感受器傳導(dǎo)到脊椎和腦干的軸突是身體感覺(jué)系統(tǒng)的第一級(jí)傳入纖維(primary afferent axons)。

當(dāng)痛的感覺(jué)從指尖到腦干,其傳導(dǎo)的距離在1米左右,需要花費(fèi)20到200ms,這不包括運(yùn)動(dòng)反饋,單純是信息傳導(dǎo)到腦干。如果人體需要作出反應(yīng),還需要一點(diǎn)的時(shí)延,這個(gè)時(shí)延在幾十毫秒。

再來(lái)看一個(gè)例子,電影膠片是以24fps的速度播放的。fps(Frame per Second),即每秒顯示的幀數(shù),畫(huà)面更新率。這個(gè)24fps,大概是41.66ms,我們的眼睛完全感覺(jué)不到任何卡頓,非常流暢;對(duì)于電視信號(hào)的音頻/視頻延遲(唇音同步),聲音超前畫(huà)面40ms到滯后畫(huà)面60ms范圍內(nèi),人們明顯不會(huì)感覺(jué)聲畫(huà)不同步。

這些都說(shuō)明了,人類(lèi)對(duì)于幾十毫秒內(nèi)的反應(yīng)是遲鈍的。因此我們來(lái)看看5G網(wǎng)絡(luò)的1ms下的時(shí)延,可以想像是多么快速,它是一個(gè)比人類(lèi)反應(yīng)還要快的存在。

對(duì)于車(chē)聯(lián)網(wǎng)和無(wú)人駕駛而言,假設(shè)汽車(chē)的行駛速度為60公里/小時(shí),60ms時(shí)延的制動(dòng)制動(dòng)距離為1米,10ms時(shí)延的制動(dòng)距離為17厘米,而1毫秒的5G時(shí)延,制動(dòng)距離僅為17毫米??吹竭@些數(shù)據(jù),你就會(huì)知道5G網(wǎng)絡(luò)的低時(shí)延會(huì)對(duì)車(chē)聯(lián)網(wǎng)和無(wú)人駕駛產(chǎn)生多大的影響。

5G推動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的變革

2016年底,車(chē)聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)?yán)塾?jì)出貨量將超過(guò)5千萬(wàn)輛,預(yù)測(cè)在2021年,出貨量累計(jì)將達(dá)3.8億。2018年全球車(chē)聯(lián)網(wǎng)的市場(chǎng)總額有望達(dá)390億歐元,車(chē)聯(lián)網(wǎng)將成為未來(lái)汽車(chē)的標(biāo)配。

在巨大的市場(chǎng)增長(zhǎng)潛力的引誘下,各大企業(yè)都對(duì)車(chē)聯(lián)網(wǎng)這個(gè)市場(chǎng)虎視眈眈,紛紛出招。不僅是企業(yè),國(guó)家政府對(duì)于車(chē)聯(lián)網(wǎng)也出臺(tái)了很多政策。國(guó)家“十三五”規(guī)劃重點(diǎn)項(xiàng)目中,發(fā)改委把車(chē)聯(lián)網(wǎng)的智能終端傳感器列入國(guó)家重大項(xiàng)目之一,同時(shí)給予大量資金、政策上的扶持。

5G時(shí)代的大數(shù)據(jù)將會(huì)引入到車(chē)內(nèi),不僅能提升汽車(chē)的駕乘體驗(yàn),同時(shí)也會(huì)提升行車(chē)的安全。如高速收費(fèi)信息、RTTI、紅綠燈信息、動(dòng)態(tài)停車(chē)場(chǎng)/位信息、以車(chē)作為身份的授權(quán)、消費(fèi)支付、服務(wù)訂閱、車(chē)車(chē)通信等信息都會(huì)被汽車(chē)所接受,以這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行運(yùn)算處理提供更好的行車(chē)體驗(yàn)。

此外5G是能夠助力V2X通訊,其超低時(shí)延、大容量連接、超高速率的特點(diǎn)將會(huì)為無(wú)人駕駛加速。5G時(shí)代端到端的時(shí)延從平均50ms下降到10ms內(nèi),同時(shí)1平方公里內(nèi)能同時(shí)連接100萬(wàn)個(gè)網(wǎng)絡(luò),這些技術(shù)優(yōu)勢(shì)可以滿足智能交通和自動(dòng)駕駛的要求。

自動(dòng)駕駛無(wú)人駕駛的登場(chǎng),這些都會(huì)令駕駛者有更多駕駛外的體驗(yàn),在車(chē)內(nèi)我們可以更充分利用時(shí)間進(jìn)行辦公和生活。超低時(shí)延、中心化的通訊將會(huì)帶來(lái)社交生態(tài)的新變革,道路上行駛的車(chē)輛,將可以隨時(shí)隨地實(shí)時(shí)建立連接。

5G將會(huì)具有更強(qiáng)的性能、更多的場(chǎng)景和全新的生態(tài),這必然會(huì)引發(fā)新一輪的市場(chǎng)社會(huì)變革,萬(wàn)物互聯(lián)的世界里面,汽車(chē)行業(yè)的變革已經(jīng)蓄勢(shì)待發(fā)。

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