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從「5G汽車聯(lián)盟」說起——一篇看懂5G+汽車

2021-09-13 13:46:22·  來源：中汽創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)中心  
　
汽創(chuàng)君：智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)的發(fā)展需要大量的跨行業(yè)、跨學(xué)科合作，需要行業(yè)間進(jìn)行有效交流，理解彼此的訴求，找準(zhǔn)自身定位，探討共贏的合作方式。2016年9月，電信
汽創(chuàng)君：智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)的發(fā)展需要大量的跨行業(yè)、跨學(xué)科合作，需要行業(yè)間進(jìn)行有效交流，理解彼此的訴求，找準(zhǔn)自身定位，探討共贏的合作方式。2016年9月，電信行業(yè)與汽車行業(yè)的全球跨行業(yè)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟——「5G汽車通信技術(shù)聯(lián)盟」（5G Automotive Association）成立，聯(lián)盟的使命在于研發(fā)、實驗和推動智能車聯(lián)、智慧交通等萬物互聯(lián)所需的通信解決方案和應(yīng)用，包括相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化推進(jìn)、商業(yè)機會挖掘，以及全球市場的拓展。5GAA發(fā)起方包括奧迪、寶馬和戴姆勒以及五家電信通訊公司——愛立信、華為、英特爾、諾基亞、高通。目前已經(jīng)有多家機構(gòu)加盟該組織，中興在2017年1月加入，成為該組織的最新成員。


圖 目前5GAA的所有成員

從上圖可以看出，5G汽車聯(lián)盟成員包含汽車整車廠、電信運營商、電信基礎(chǔ)設(shè)施供應(yīng)商、通信芯片供應(yīng)商、汽車零配件供應(yīng)商等智能車聯(lián)生態(tài)圈各方面成員。

一、5G的發(fā)展及其與4G的區(qū)別
5G是指第五代移動通信技術(shù)，4G基礎(chǔ)設(shè)施剛剛進(jìn)入成熟商用，開始快速普及，而與此同時，5G標(biāo)準(zhǔn)也開始嶄露頭角，在興起的路上。如果將4G理解為現(xiàn)有3G無線標(biāo)準(zhǔn)的演化。與3G、4G主要面對公眾需求不同，5G是面向場景的時代，將會在垂直行業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮非常重要的作用。
A、5G的定義及發(fā)展路徑
下一代移動通信網(wǎng)絡(luò)（NGMN）聯(lián)盟對5G的定義如下：“5G是一個端對端的生態(tài)系統(tǒng)，可帶來一個全面移動和聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備。通過由可持續(xù)商業(yè)模式開啟的、具備連貫體驗的現(xiàn)有和新型的用例，它增強了面向消費者合作者的價值創(chuàng)造。”
　　
直白粗暴點整理這條發(fā)展路徑：從3G無線標(biāo)準(zhǔn)——到4G（LTE）——到更高帶寬的LTE-Advanced（簡稱LTE-A）（6GHz以下5G無線電接入網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)）——到5G（從6GHz到100GHz的頻率），在這一演化路徑中，MIMO天線配置從2x2——提升到8x8——提升到16x16——猛增至256x256，這將會帶來無線網(wǎng)絡(luò)速度和覆蓋的飛躍。
5G技術(shù)的目標(biāo)可以被歸結(jié)為以下幾個數(shù)字：

1000x的容量提升
　　1000億+的連接支持
　　10GB/s的最高速度
　　1ms以下的延遲
B、4G和5G的區(qū)別
　　1）基于LTE的4G網(wǎng)絡(luò)正在經(jīng)歷一次快速部署，而5G網(wǎng)絡(luò)目前還只停留在研究報告和實現(xiàn)項目階段，后者的大規(guī)模部署預(yù)計要等到2020年。
　　2）4G和之前的移動網(wǎng)絡(luò)主要側(cè)重于原始帶寬的提供，而5G旨在提供無所不在的連接，為快速彈性的網(wǎng)絡(luò)連接奠定基礎(chǔ)，無論用戶身處的是摩天大樓還是地鐵站。
　　3）5G網(wǎng)絡(luò)并不會獨立存在，它將會是多種技術(shù)的結(jié)合，包括2G、3G、LTE、LTE-A、Wi-Fi、M2M等等。換句話說，5G的設(shè)計初衷是去支持多種不同的應(yīng)用，比如物聯(lián)網(wǎng)、聯(lián)網(wǎng)可穿戴設(shè)備、增強現(xiàn)實和沉浸式游戲。
　　不同于4G，5G網(wǎng)絡(luò)有能力處理大量的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和流量類型。比如說，當(dāng)處理高清視頻在線播放任務(wù)時，5G可提供超高的速度鏈接。而面對傳感器網(wǎng)絡(luò)時，它就只會提供低數(shù)據(jù)傳輸速率了。


　　4）5G網(wǎng)絡(luò)將會率先使用云RAN和虛擬RAN這樣的新架構(gòu)，以促進(jìn)一個更加中心化網(wǎng)絡(luò)的建立，并通過身處網(wǎng)絡(luò)邊緣的本地化數(shù)據(jù)中心來最大化地利用服務(wù)器農(nóng)場。
　　5）最后，5G還會率先利用感知無線電技術(shù)，讓網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施自動決定提供頻段的類型，分辨移動和固定設(shè)備，在特定時間內(nèi)適配當(dāng)前狀況。換句話說，5G網(wǎng)絡(luò)可同時服務(wù)于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)和Facebook應(yīng)用。

二、5G與無人駕駛浪潮
國際通信行業(yè)巨頭愛立信和瑞典公交公司聯(lián)合開發(fā)了連接5G網(wǎng)絡(luò)的無人駕駛公交車——EZ10，能夠通過愛立信的5G測試網(wǎng)絡(luò)將車輛行駛的實時畫面和位置數(shù)據(jù)傳送到遠(yuǎn)端調(diào)度中心，完成數(shù)據(jù)的實時交互和運算。在國內(nèi)，華為、大唐、中國移動、北汽、長安等眾多通信企業(yè)、運營商和汽車企業(yè)也已經(jīng)行動起來，共同探索如何將5G技術(shù)與汽車產(chǎn)業(yè)相融合。

根據(jù)國際電信聯(lián)盟的規(guī)劃和相關(guān)預(yù)測，人們都預(yù)計2020年5G網(wǎng)絡(luò)有望全面實現(xiàn)商用化。預(yù)測同時，很多汽車企業(yè)也計劃在2020年前后實現(xiàn)無人駕駛汽車上路，作為同樣商業(yè)化需要一段時間而又被寄予厚望的兩種技術(shù)，5G網(wǎng)絡(luò)與無人駕駛技術(shù)必將碰撞出諸多花火：

未來車輛在進(jìn)行無人駕駛與車聯(lián)網(wǎng)通信的過程中，需要進(jìn)行海量、實時的數(shù)據(jù)交互已經(jīng)成為行業(yè)共識——英特爾CEO Brian Krzanich曾表示，未來無人駕駛汽車將在每秒鐘消耗0.75GB的數(shù)據(jù)量，每天使用大概4000GB的數(shù)據(jù)量。此外，無人駕駛汽車和車聯(lián)網(wǎng)通信的實現(xiàn)還需要網(wǎng)絡(luò)實時傳輸汽車導(dǎo)航信息、位置信息以及汽車各個傳感器的數(shù)據(jù)，到云端或其他車輛終端，需要更高的網(wǎng)絡(luò)帶寬和更低的網(wǎng)絡(luò)延時，而這僅靠4G、LTE-V和DSRC等通信技術(shù)還無法實現(xiàn)。

援引《中國汽車報》采訪相關(guān)人士的報道，5G網(wǎng)絡(luò)可以將端到端的通信時延控制在10毫秒內(nèi)，這對于保證車輛在高速行駛中的安全來說至關(guān)重要。此外，在流量峰值和連接數(shù)密度方面，5G技術(shù)能夠以超過每秒10GB的傳輸速度和106/km2的連接數(shù)密度滿足未來車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的車輛與人、交通基礎(chǔ)設(shè)施之間的通信需求。因而，實時性和高速通信成為5G最大優(yōu)勢，進(jìn)而對無人駕駛與車聯(lián)網(wǎng)通信發(fā)展的助推作用。


三、V2X兩條技術(shù)路線：DSRC與LTE-V

當(dāng)前，汽車企業(yè)與通信服務(wù)商各自開發(fā)了DSRC（專用短程通信技術(shù)）和LTE-V（融合4G LTE網(wǎng)絡(luò)的車輛通信解決方案）以滿足車輛的V2X通信需求。
　　
DSRC由通用、福特、豐田、本田等車企推動，可支持車車、車路之間的直接通信，此后歐洲和日本等國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)勢在于可靠性高、傳輸實時性強，弱點在于通信距離優(yōu)勢不明顯。因此，如果僅通過DSRC實現(xiàn)無人駕駛技術(shù)與車聯(lián)網(wǎng)通信，那么就需要針對路邊設(shè)施進(jìn)行大規(guī)模投入。而這將限制DSRC的商業(yè)化。
　　
LTE-V網(wǎng)絡(luò)由大唐、華為等通訊運營商推出，被稱為是影響車聯(lián)網(wǎng)“連接”的起始點，針對車輛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，車輛與基礎(chǔ)設(shè)施、其他車輛之間需要通過將數(shù)據(jù)在基站進(jìn)行中轉(zhuǎn)來實現(xiàn)通信；分布式也稱為直通式，無需基站作為支撐，讓終端之間實現(xiàn)V2X通信。LTE-V既支持直通，也支持基站輔助方式，實現(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，未來可以平滑演進(jìn)到5G，應(yīng)用前景更加光明。
由此看出，車企和通訊運營商的兩種技術(shù)路線著眼點各不相同，希望「5G汽車聯(lián)盟」這種機構(gòu)能提高跨行業(yè)合作的效率，今早統(tǒng)一全球標(biāo)準(zhǔn)，令5G早日應(yīng)用在汽車工業(yè)。
四、通信時延10毫秒內(nèi)的意義
在5G時代，延時將降至10毫秒以內(nèi)，更低延遲性與高可靠性的網(wǎng)路傳輸，可實現(xiàn)車對車、車對基礎(chǔ)設(shè)施等通訊應(yīng)用，促進(jìn)車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。
比較2/3/4G網(wǎng)絡(luò)和WiFi的端到端時延，根據(jù)獨立第三方網(wǎng)絡(luò)測試機構(gòu)Open Signal的測試結(jié)果，時延最短的是LTE，為98ms，這幾乎是5G的1ms時延的100倍——如果延時到毫秒級，將徹底顛覆人類未來生活。


　　
人體神經(jīng)纖維的傳導(dǎo)速度是100～200米/秒，我們的軀體感覺系統(tǒng)分布于全身，信息從軀體感覺感受器傳導(dǎo)到脊椎和腦干的軸突是身體感覺系統(tǒng)的第一級傳入纖維（primary afferent axons）。


研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)痛覺從指尖傳導(dǎo)到腦干，也就是相當(dāng)于痛覺傳導(dǎo)距離1米左右，需要花費29到200ms（軸突直徑位于Aδ）。這還不包括運動反饋和認(rèn)知過程。這只是信息傳導(dǎo)到了腦干，而人體要作出反應(yīng)，還需要一點時延，這個時延大概是幾十毫秒——當(dāng)我們在玩一些交互游戲，比如第一人稱射擊類游戲時，研究指出，50ms的時延完全不影響游戲體驗。通常，玩家與服務(wù)器之間存在100ms延遲時，并不會覺得游戲“卡頓”。


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)，畫面更新率。這個24fps，大概是41.66ms，我們的眼睛完全感覺不到任何卡頓，非常流暢；對于電視信號的音頻/視頻延遲（唇音同步），聲音超前畫面40ms到滯后畫面60ms范圍內(nèi)，人們明顯不會感覺聲畫不同步。是的，人類在幾十毫秒時延內(nèi)是反應(yīng)遲鈍的。想象一下，這個只有1ms時延的5G網(wǎng)絡(luò)多么恐怖？網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不再是那個網(wǎng)絡(luò)，這是一個人類真正可以觸覺的網(wǎng)絡(luò)，一個比人身體反應(yīng)速度還快的網(wǎng)絡(luò)。　　對于車聯(lián)網(wǎng)和無人駕駛而言，假設(shè)汽車的行駛速度為60公里/小時，60ms時延的制動制動距離為1米，10ms時延的制動距離為17厘米，而1毫秒的5G時延，制動距離僅為17毫米——粗略的估算，即可想象到這將對汽車行業(yè)帶來多么大的影響。

五、爆發(fā)時點
V2X包括車車通信(V2V)、車路通信(V2I)、車和行人通信(V2P)以及車和網(wǎng)絡(luò)通信(V2N)的全方位網(wǎng)絡(luò)連接。要讓車輛主動和周圍的車、道路設(shè)施、行人、網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行溝通，廣播和接收位置、速度、狀態(tài)等信息，在沒有實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化通訊協(xié)議，以及相關(guān)設(shè)備產(chǎn)業(yè)化之前，V2X仍然遙不可及。中國移動2017年將啟動5G外場試驗，2018年啟動5G網(wǎng)絡(luò)預(yù)商用試驗，2019年進(jìn)行商用化規(guī)模試驗，力爭在2020年實現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)模商用。
從時間軸上看，5G整體標(biāo)準(zhǔn)將于2018年（3GPP第一版試用標(biāo)準(zhǔn)）至2019年（ITU標(biāo)準(zhǔn)）確定。2020年之后開始5G的商用產(chǎn)品建設(shè)。
  • 4G基礎(chǔ)設(shè)施剛剛進(jìn)入成熟商用，運營商不會迅速轉(zhuǎn)向5G的擴(kuò)張。
  • 5G的第一個建設(shè)突破口將是基站天線，由于5G的Massive-MIMO技術(shù)可以在4.5G上投入使用實現(xiàn)平滑過渡，各家在技術(shù)成熟時會投入建設(shè)。
  • Massive-MIMO相較于傳統(tǒng)天線，單塔天線數(shù)量會從8個以下上升到64個以上，勢必帶來一波產(chǎn)業(yè)機會，但投產(chǎn)應(yīng)該是在兩年以后。


六、市場空間
2016年底，車聯(lián)網(wǎng)汽車?yán)塾嫵鲐浟繉⒊^5千萬輛，預(yù)測在2021年，出貨量累計將達(dá)3.8億。2018年全球車聯(lián)網(wǎng)的市場總額有望達(dá)390億歐元，車聯(lián)網(wǎng)將成為未來汽車的標(biāo)配。
  • 發(fā)改委、工信部、交通部規(guī)劃及政策配套大力支持使得我國車聯(lián)網(wǎng)行業(yè)處于戰(zhàn)略高度
  • 車聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)LTE-V即將落地，預(yù)計2018年開始全面商用，重慶車聯(lián)網(wǎng)示范區(qū)啟用，杭州等地也開始演示工作
  • 中國移動的車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)占其物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)比重35%左右，聯(lián)通在20%左右。車聯(lián)網(wǎng)是運營商重點發(fā)力的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景。

4G網(wǎng)絡(luò)、智能終端的普及，夯實了移動互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的云、管、端三大基礎(chǔ)，開啟了移動互聯(lián)新時代，并極大地改變了人們的生活。而未來5G將具備更強的性能、更多的場景和全新的生態(tài)三大特點，必將激發(fā)新一輪的社會變革，開啟一個萬物互聯(lián)的全新時代，而這個時代，汽車可能是一把關(guān)鍵的鑰匙。 
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