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無人駕駛感知技術(shù)介紹
2020-03-17 22:52:07· 來源：易控智駕
五、V2X網(wǎng)聯(lián)通信技術(shù)
近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”等新技術(shù)的興起，智能交通系統(tǒng)（ITS，Intelligent Transport System）在智能網(wǎng)聯(lián)、車聯(lián)網(wǎng)方面也有了長(zhǎng)足發(fā)展。作為 ITS 的重要載體，無人駕駛汽車不再是孤立的個(gè)體，僅關(guān)注車輛與周邊道路環(huán)境已無法滿足安全、高效、節(jié)能、行駛的更高要求，需要進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)車輛與外部節(jié)點(diǎn)間的信息共享和控制協(xié)同，V2X 網(wǎng)聯(lián)通信技術(shù)將成為未來無人駕駛發(fā)展的重要技術(shù)支撐。
V2X 網(wǎng)聯(lián)是基于物聯(lián)網(wǎng)，運(yùn)用 D2D（Device to Device，終端直通）以及信息通信等技術(shù)實(shí)現(xiàn)車輛與外界互聯(lián)的無線通信技術(shù)。歐美 和日本較早展開 V2X 網(wǎng)聯(lián)技術(shù)研究，美國(guó)在 2010 年頒布了以 IEEE802.11P 作為底層通信協(xié)議和 IEEE 1609 系列規(guī)范作為高層通信協(xié)議的 V2X 網(wǎng)聯(lián)通信標(biāo)準(zhǔn)。與之相比，V2X 在我國(guó)發(fā)展相對(duì)較晚，2015 年才開始相應(yīng)研究；2016 年國(guó)家無線電委員會(huì)確定了我國(guó)的 V2X 專用頻譜；同年 6 月，V2X 技術(shù)測(cè)試作為第一家“國(guó)家智能網(wǎng)聯(lián)汽車試點(diǎn)示范區(qū)”及封閉測(cè)試區(qū)的重點(diǎn)布置場(chǎng)景之一；2017 年 9 月 19 日， 我國(guó)首部 V2X 應(yīng)用層團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《合作式智能交通系統(tǒng)車用通信系統(tǒng)應(yīng)用層及應(yīng)用數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)》正式發(fā)布。
無人駕駛對(duì)V2X 網(wǎng)聯(lián)通信提出了以下幾點(diǎn)技術(shù)要求：網(wǎng)絡(luò)接入時(shí)間短、傳輸時(shí)延低、傳輸可靠性高、干擾性低、信息安全性高、頻譜可再利用。另外，還需要對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理，這就要求 V2X 技術(shù)可以合理借助各類感知傳感器，并從獲取的數(shù)據(jù)中探索規(guī)律進(jìn)行有效表示。
V2X 技術(shù)的實(shí)現(xiàn)一般基于 RFID、拍照設(shè)備、車載傳感器等硬件平臺(tái)。V2X 網(wǎng)聯(lián)通信產(chǎn)業(yè)分為 DSRC （ Dedicated Short Range Communication，專用短程協(xié)議）和 LTE-V2X 兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)業(yè)陣營(yíng)：DSRC 的設(shè)備組成包括車載單元(OBU，On Board Unit)、路邊單元（RSU，Road Side Unit）、控制中心等。1999 年，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)專門分配了無線頻率 5.9GHz 頻段內(nèi) 75MHz 頻譜，作為智能交通系統(tǒng)中 DSRC 的專屬頻譜。作為以 IEEE802.11p 為基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)，DSRC 可以在數(shù)百米的特定區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)高速移動(dòng)目標(biāo)的識(shí)別和雙向通信。DSRC 的優(yōu)勢(shì)在于技術(shù)成熟可靠，能夠保證低時(shí)延和安全可靠性，因此依然是當(dāng)下市場(chǎng)主流的 V2X 標(biāo)準(zhǔn)。
DSRC 能夠支持的最高車速為 200km/h，數(shù)據(jù)傳輸速率一般為12Mbps，反應(yīng)時(shí)間為 100ms 以內(nèi)，低時(shí)延達(dá)到 20ms。另外也存在一些不足，包括覆蓋范圍小、傳輸速率低、易受到建筑物遮擋、處理大 量數(shù)據(jù)較慢、建設(shè)成本較高等。目前，DSRC 在不停車收費(fèi)（ETC 系統(tǒng)）、車隊(duì)管理、出入控制、信息服務(wù)等領(lǐng)域已經(jīng)有廣泛應(yīng)用。
LTE-V2X 基于現(xiàn)有蜂窩移動(dòng)通信支持（3G/4G），擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。相比 DSRC，LTE-V2X 的起步較晚：2015 年初，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織 3GPP（3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴計(jì)劃） 啟動(dòng)了 LTE-V2X 的業(yè)務(wù)需求研究工作，明確了對(duì) LTE-V2X 在時(shí)延、覆蓋范圍、可靠性、安全性等方面的要求;2016 年 9 月完成了 LTE-V2X 第一階段標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)先實(shí)現(xiàn)了基于 D2D 的 V2V 標(biāo)準(zhǔn)化。
中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（CCSA）已經(jīng)針對(duì) LTE-V2X 先后開展了需求與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、無線空口技術(shù)和頻譜需求等項(xiàng)目的研究工作，工信部、發(fā)改委和科技部等政府部門和高通、華為等公司也在大力推動(dòng) LTE-V2X 技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
LTE-V2X 技術(shù)按照通信方式分為集中式（LTE-V-Cell）和分布式（LTE-V-Direct）兩種，如圖 2-6 所示。LTE-V-Cell 以基站為分布中心，需要現(xiàn)有蜂窩網(wǎng)絡(luò)的支持，具有帶寬大、覆蓋廣的通信特點(diǎn)，能 免實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信；LTE-V-Direct 獨(dú)立于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，是一種車輛與周邊環(huán)境節(jié)點(diǎn)直接通信的技術(shù)，具有低時(shí)延、高可靠的優(yōu)勢(shì)。
目前，LTE-V2X 仍在研發(fā)測(cè)試階段，但是已形成可運(yùn)營(yíng)的完整網(wǎng)絡(luò)體系，能夠在高頻段（5.9GHz）、高車速（250km/h）、高車流量的環(huán)境下提供可靠的通信能力，并且在大容量、低時(shí)延、抗干擾性以及可管理性等方面更為成熟。LTE-V2X 具有三點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：1）部署成本低， 可以重復(fù)利用既有蜂窩網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施；2）覆蓋范圍廣，可擴(kuò)展至數(shù)百米以上的非視距范圍；3）數(shù)據(jù)傳輸速率高，峰值上行 500Mbps、下行 1Gbps。對(duì)國(guó)內(nèi)企業(yè)而言，采用 LTE-V2X 還有助于規(guī)避專利風(fēng)險(xiǎn)。
V2X 網(wǎng)聯(lián)通信集成了 V2N、V2V、V2I 和 V2P 四類關(guān)健技術(shù)：1）V2N（Vehicle to Network，車-互聯(lián)網(wǎng)），主要是通過網(wǎng)絡(luò)將車輛連接到云服務(wù)器，能夠使用云服務(wù)器上的娛樂、導(dǎo)航等功能；2）V2V（Vehicle to Vehicle，車-車），指不同車輛之間的信息互通；3）V2I（Vehicle to Infrastructure，車-基礎(chǔ)設(shè)施），主要包括車輛與道路、交通燈、路障等基礎(chǔ)設(shè)施之間的通信， 用于獲取交通燈信號(hào)時(shí)序、路障位置等道路管理信息；4）V2P（Vehicle to Pedestrian，車-行人），指車輛與行人或非機(jī)動(dòng)車之間的交互，主要是提供安全警告。
四類技術(shù)的感知范圍不同，為無人駕駛提供的信息和能力也有所差異：
通過 V2N 技術(shù)，無人駕駛車輛可以提高收集數(shù)據(jù)的能力， 并且通過對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬和調(diào)優(yōu)，不斷提升無人駕駛體驗(yàn)效果。V2N 還可提供實(shí)時(shí)路況、獲取遠(yuǎn)程交通信息、發(fā)出交通事故警報(bào)等 ， 從而減少擁堵、提高駕駛效率。
V2V 技術(shù)有助于無人駕駛車輛獲取周邊車輛運(yùn)行信息，包括相對(duì)位置、行車環(huán)境等，為行車提供防碰撞警示提醒。V2V 還可為進(jìn)一步縮短車輛之間的安全距離提供可靠信息。
V2I 為無人駕駛提供交通信號(hào)燈狀態(tài)、交通管制信號(hào)等交通道路信息，為車輛選擇加減速時(shí)機(jī)和改變行駛路線提供依據(jù)，進(jìn)而控制道路整體通行速度，提高駕駛安全性。
V2P 技術(shù)通過向無人駕駛車輛提供周邊行人狀態(tài)信息，保證行人的安全，提高道路安全服務(wù)質(zhì)量。
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