《電子技術(shù)應(yīng)用》
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關(guān)于5G的移動車聯(lián)網(wǎng) (C-V2X)技術(shù)解析

2017-11-06

近日,美國高通公司高級技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)總監(jiān)、未來移動通訊論壇車聯(lián)網(wǎng)工作組主席李儼博士進(jìn)行了《通往5G之路:移動車聯(lián)網(wǎng) (C-V2X)技術(shù)解析》的分享,以下是其演講原文:

李儼:高通是CDMA移動通信技術(shù)的創(chuàng)始人。在2012年前后全球開始做4G、中國4G還不是特別清晰的時候,高通決定在中國推動移動技術(shù),讓LTE終端在中國能實(shí)現(xiàn)最早的落地,其中有一個很重要的領(lǐng)域,就是汽車。尤其是整個移動通信在汽車領(lǐng)域的結(jié)合作用開始逐漸的顯現(xiàn)。到2014年、2015年前后,高通推動了汽車上面的通信技術(shù),主要是從安全角度考慮,如緊急呼救等,來解決主動式安全。

從通訊的角度去看,我們要思考的是如何將通訊跟汽車結(jié)合,幫助汽車做到更加安全和智能。我認(rèn)為,我們應(yīng)該通過相互的協(xié)作、溝通把跨行業(yè)的工作做起來。

今天重點(diǎn)談的就是C-V2X,連接的能力。整個產(chǎn)業(yè)如今正在往連接性,智能性,電氣化,共享性這幾個方向發(fā)展。通過網(wǎng)聯(lián)技術(shù)的發(fā)展,人工智能的發(fā)展,新的電氣化的發(fā)展,把整個汽車產(chǎn)業(yè)向外擴(kuò)展,希望讓交通變得更加環(huán)保和安全。

國家角度來講,也希望利用汽車行業(yè)大的變革,實(shí)現(xiàn)彎道超車,盡快趕上國際更高水平。事實(shí)上,我們國家網(wǎng)聯(lián)和智能化的戰(zhàn)略也十分清晰,這也為車企帶來了新的機(jī)會。

智能網(wǎng)聯(lián)汽車六個字,是三個維度。汽車是在電氣化維度發(fā)展,人工智能也在自己的維度發(fā)展,通信也在自己的維度發(fā)展。現(xiàn)在大家用的手機(jī)都是4G,再過兩年5G就要來了。2G、3G、4G都是以人為中心,2G是打電話,3G是在打電話的基礎(chǔ)上把數(shù)據(jù)帶到了智能手機(jī)上,4G是針對數(shù)據(jù)優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)。

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而5G更加關(guān)注的是行業(yè),針對物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用做了很多擴(kuò)展。以后人為中心是一部分,物為中心是另外一部分,針對這樣的需求5G做了很多擴(kuò)展,除了增強(qiáng)型移動寬帶外上網(wǎng)速度更快,這部分實(shí)際上主要是針對以人為中心的應(yīng)用的進(jìn)一步發(fā)展。

今天我們上網(wǎng)可能是很快了,在4G上能夠達(dá)到一個GB的下載速度,但是這個峰值速率并不是普遍的。到5G的時候,幾乎在任何時候大家都能看到幾百兆,甚至是一個GB的連接體驗(yàn)。

物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用,還會繼續(xù)向前演進(jìn)。不僅把所有的路燈都連上,把每個井蓋都連上,我們要讓所有開車的人都知道某一個地方有沒有井蓋,讓每一個對經(jīng)濟(jì)社會能產(chǎn)生影響的節(jié)點(diǎn)都有通信能力。

另外一點(diǎn)要談下關(guān)鍵型技術(shù),一些低時延,高可靠的技術(shù)要求應(yīng)怎么優(yōu)化?需要我們通訊能力非??煽?。如果僅僅基于通訊能力,汽車是一個可以殺人的工具,它一定要有絕對的安全和可靠性,要做到無論把它放在每一個值里都要可靠。這對通訊能力要求極高。

今天我們打電話掉線是不可避免的,大家都經(jīng)歷過,但是如果將來在車上通訊斷了,是有可能出人命的。當(dāng)我們把通訊能力放到車上的時候,安全性要做大量的優(yōu)化。

另一個維度,智能性,今天討論更多的就是車載智能計算。從整個人工智能決策體系來看,感知、決策、執(zhí)行,這是一個完整的人工智能閉環(huán)。智能計算只是解決了控制,決策這個環(huán)節(jié)。決策是一定要來自于數(shù)據(jù)的,前期大量的數(shù)據(jù)要通過采集納入到汽車?yán)锩妗?/p>

今天的汽車?yán)锩娉艘b各種各樣的傳感器,聲光電,激光雷達(dá),攝像頭,毫米波,通過這些設(shè)備來采集很多數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)核心的目的是要形成動態(tài)地圖,交給智能駕駛計算形成你的軌跡規(guī)劃。

但是如果這些數(shù)據(jù)不完整,只有一個強(qiáng)化的大腦是沒有用的,所以一定要強(qiáng)調(diào)感知的能力。

今天大家看的自動駕駛汽車都頂著一個大腦袋,站得高,看得遠(yuǎn)。但是站得再高,也會遇到問題的。如果旁邊來了一個大卡車,很可能你什么東西都看不到。移動的感知能力需要擴(kuò)展到視距以外,當(dāng)被汽車擋住的物體快速向我過來的時候,我才可以通過二次雷達(dá)感知到。

實(shí)際上所有自動駕駛的核心是3D動態(tài)地圖,高精度的動態(tài)地圖。所有最后的決策,最終的感知是把所有的信息都放到高精度地圖上。這個不僅僅包括傳統(tǒng)靜態(tài)的路,交通燈也要規(guī)劃出來,當(dāng)然也包括信號燈的變化。然后就是以我為中心的時候,周邊都有哪些車輛,他們每個都是屬于什么狀態(tài),這些都得弄到動態(tài)地圖里面,才能做軌跡推演,決定要變道,還是剎車。

現(xiàn)在地圖已經(jīng)很準(zhǔn)了,問題是,你能不能精確的知道你在地圖里面的什么位置?所以定位也是汽車?yán)锩娣浅7浅V匾母兄侄?,要推演到我到底是哪一個軌道上??赡苡衅渌膫鞲衅鬟M(jìn)來,或者我要根據(jù)攝像頭來看道路,才能定位我到底在哪條道上。整個定位要做很多的推演,GPS定位等各方面的融合實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位。這也是傳統(tǒng)移動通訊公司所擅長的行業(yè)。

回來說V2X,我們相當(dāng)于在車上裝了電子的喇叭,我把我的情況說出來,我告訴別人我在哪里,這樣就保證了不僅每一個人都知道我在地圖上的哪里,我也知道別人在地圖上什么位置。

接下來,我們要做的是不僅要告訴別人我在哪,還要告訴別人我去哪里,這是很重要的。如果說前方一公里你就要出去,你到了距離出口一公里的時候,鄰行車道的車輛不一定會讓你。車與車之間一定要協(xié)作,當(dāng)我要出去的時候,我要告訴相鄰的車我必須要出去,這是協(xié)助式的意圖感知,只有這樣將來的智能交通系統(tǒng)才能成立。

一輛車的能力做得再強(qiáng),你只能一時半會上路開。但是大家都在路面上的時候,就需要用共同的路徑規(guī)劃了。這個時候就需要在系統(tǒng)級別上進(jìn)行相互的意圖傳遞,未來要真的做到智能交通的話就需要協(xié)作式的路徑規(guī)劃。

很多人談到智能網(wǎng)聯(lián)汽車的時候,說最終的目標(biāo)是要把方向盤卸掉,車?yán)餂]有司機(jī)。但是做人工智能的時候,所有的人工智能都會提到的,一定是決策的時候人要在里面,不能讓機(jī)器完成所有的事情。如果說能讓機(jī)器把事情全做了,這基本上是騙你的。如果汽車在環(huán)境里面出問題了,駕駛員都沒有了,誰來參與決策?

比如說前方立交橋的路況處理不了,打個電話給救援中心,如果發(fā)生事故把車撞了,或是前面有一灘水不知道能夠通過,因?yàn)檐嚴(yán)镉写罅康膫鞲衅?,我們可以把?dāng)前立體的VR形式把數(shù)據(jù)傳回給呼叫中心,呼叫中心會幫你把車開出來,開到機(jī)器可以接管的地方,這既完成了自動駕駛這件事,也可以把司機(jī)給從駕駛位中拿出來了。

說到V2X很多都是談人工智能,但是并不是要到了一定高度人工智能的時候,通信才有作用,實(shí)際上今天很多企業(yè)處于做人工智能的初級階段,ADAS的時候已經(jīng)做了很多傳感器。很多車企曾考慮在這個時候就把這個作為解決感知問題的一個方式。解決了感知層面后,依舊把大量的信息提供給人,因?yàn)槿嗽隈{駛艙里面,人要更復(fù)雜。當(dāng)然在某些具體環(huán)節(jié)可以取代人的能力。

剛才也提到了,感知層面是可以幫助我們做事的,很多車企今天就要把V2X放到車?yán)锩嫒?,幫助駕駛員實(shí)現(xiàn)一些感知拓展。如果了解整個V2V發(fā)展的話,大家聽到過幾個概念,第一,Dsrc。這個概念什么時候提的?說起來有點(diǎn)遠(yuǎn),是1999年提出來的。那時候WiFi都沒有。那個時候美國人就想著,要給基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行改變。每一個道釘都裝上這個東西之后,道釘跟車之間就能夠互動,告訴車輛應(yīng)該往哪個方向走,這一點(diǎn)將來就可以做人工智能,可以避免很多危險。

這一觀點(diǎn)提出來之后,確實(shí)得到了政府的支持,在1999年就分了75兆頻率,叫做Dsrc的應(yīng)用,這個頻率一直留到現(xiàn)在還在用。當(dāng)時在做的時候,想得很好。那時候還沒有3G,最好的技術(shù)就是WiFi了。就拿WiFi來改,WiFi最開始做的時候是針對于大家都在辦公室內(nèi)外,不動的,在不動的技術(shù)上改,再怎么優(yōu)化也不好,但是他們一直在努力。

不僅技術(shù)不好,命也不好。1999年誕生的它,在2000年就趕上互聯(lián)網(wǎng)泡沫,美國說有錢的時候把它裝到道釘上去,2000年以后就不提了,為什么呢?沒錢。后來又開始在做,2010年做完以后,奧巴馬希望用移動通信技術(shù)推動互聯(lián)網(wǎng)重新動議,美國交通署把件事翻出來,重新成立項(xiàng)目,叫做Mcity,M就是密西根。它做了一個封閉環(huán)境和公開環(huán)境,封閉環(huán)境就是很小,幾十畝地的一個區(qū)域,做了很多工況的環(huán)境,也做了很多網(wǎng)聯(lián)的技術(shù)。

密西根大學(xué)是東西校區(qū)的,兩個校區(qū)之間有車輛,他們裝了2860輛車,裝上去之后就跑了兩年,收集了幾十萬小時的數(shù)據(jù)。然后就說很多交通事故是可以避免的,甚至有84%的交通事故如果有提前的預(yù)警是可以避免的。從2015年開始,奧巴馬每兩個月就會寫一篇推薦V2X的技術(shù)、車聯(lián)網(wǎng)的文章,把它炒熱。他希望通過車和車之間的強(qiáng)制安裝,把交通事故下降到1/7。

但這有一個劣勢,WiFi如果信號不好,大家誰也上不了網(wǎng)。這時候把WiFi放到車上的話,信號不好的時候誰也搶不到資源,發(fā)不出聲音的。而且這畢竟是一個靜止不動的版本,雖然做了很多優(yōu)化,但是裝到車上以100公里每小時的速度跑的時候,還是不靈動。雖然高通做了很多大量算法的優(yōu)化,但是可靠性還不是特別好。

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另外,這個技術(shù)太老了,所以性能也不怎么好,工作距離比較短,這也造成給它的一些應(yīng)用有局限。做移動通訊的優(yōu)化是高通的強(qiáng)化,今天可以在高鐵上打電話,是在LTE的情況下改,生成新的技術(shù),這方面中國是很有創(chuàng)新精神的。一直到今年6月份我們完成了標(biāo)準(zhǔn)。

C是蜂窩的意思,我們專門做移動通信的,所以管自己叫做蜂窩通信。V,是LTEV。這個是標(biāo)準(zhǔn)之前用的名字,現(xiàn)在是V2X。在去年年底做得差不多的時候,5G出來了,我們要有一個前瞻性。所以大家就在想,在商業(yè)推廣上,我們就把這個叫做C-V2X。

我們可以把5G納入到整個體系里面去。R14的對標(biāo)就是11p,11p能做的事情它都能做,除此之外還有很多其他的特性,要做得更可靠,通信距離更遠(yuǎn),甚至做到上到云端的能力,所以V2X有更廣的安全拓展的特性。再往后走,我們在R15和R16開始做。

11p跟它對標(biāo)的時候,傳的信息很少,就是在哪,位置、方向,速度這些信息。但是,未來我們需要更高帶寬支持自動駕駛。今天很多人都在說很炫的例子,前面一輛大卡車在開,后面幾輛車在走,他們編組行進(jìn)。這個時候在R15往上做一些優(yōu)化。

另外他們還有另外一些思路,說往自動駕駛車?yán)锩嫜b傳感器,激光雷達(dá)裝十幾個,攝像頭裝12個,激光雷達(dá)到現(xiàn)在為止還是很貴的,這個車怎么商用呢?科學(xué)家說社會上總會有一些有錢人,可以給他把所有的傳感器都裝上,他會很精確的把周圍情況都感知到。站的高,看清楚周圍所有的車輛后廣播出來,其他的車就不需要開雷達(dá),只要聽就好了。

將來有了這種模式之后,有錢的人可以去聽,去看,然后把看到的東西說出來,其他人就只要簡單裝一些攝像頭,簡單看一些基本的情況就可以了。然后一融合,一對比就可以形成可靠的數(shù)據(jù)供駕駛使用,通過這種方式可以大幅度降低人工駕駛進(jìn)入市場的成本。

所以需要“有錢人”把看到的東西播出來,快速、實(shí)時的播出來,整個未來的R15、R16是針對這些功能來做的。安全,防碰撞還是R14為主。這絕不是說5G的東西出來之后會把它替代掉,這個跟做移動通信不一樣。這個是一個長期演進(jìn)存在的過程。

未來要在增加技術(shù)的同時提供額外的功能。就像我們今天車?yán)镅b了攝像頭之后,還要裝雷達(dá),二者是補(bǔ)充關(guān)系,而不是替代關(guān)系。不是說5G快來了,就要等5G,現(xiàn)在就不研究了。此時此刻,車企就可以通過做V2X解決基礎(chǔ)安全性應(yīng)用。

在未來一到一年半里面業(yè)界爭論核心的點(diǎn)就是,我們一定要想辦法把別人跟你說的內(nèi)容映射出來。我有一個基站,車和車之間的通信是怎么用的?要廣播出來,讓所有人去聽。這個是一個經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)繞轉(zhuǎn)的,所有在沒有網(wǎng)絡(luò)覆蓋的時候,V2V是不通的。

這個問題就是時延比較大,一上一下,這個時延能不能解決安全性的應(yīng)用,因?yàn)榉琅鲎驳臅r候,要提前三四秒的預(yù)警,如果通信占到兩秒,可用性就大大打折扣了。V2X,就是手機(jī)跟網(wǎng)絡(luò)的接口,有了這個接口是很好的事,因?yàn)閷碛辛怂梢陨显贫藢?shí)時下載地圖的信息。如果解決動態(tài)分幾層,地圖基本不動,或者一個月內(nèi)不動的信息,通過U口下載是沒有問題的。但是你要非常動態(tài)的話,車和車級別的動態(tài),通過它不一定可靠,這是業(yè)界綜合最大的焦點(diǎn)。

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這里面的核心是替代基站,而且沿著馬路蓋基站,車企覺得不能為了做自動駕駛和感知給運(yùn)營商付更多的錢,而且也付不起。任何人都是說我說別人聽就好了,車也可以說,信號燈也可以說,行人也可以說,用同樣的語言去說。

信號燈說還有15秒鐘,別急著過來,慢點(diǎn)開。前車馬上要緊急剎車,我的預(yù)警距離還夠不夠?雖然前面還沒有看到剎車燈亮起來,但是我要提前預(yù)警。這個也有兩種派系,PC5里面就一個叫做模式3和模式4,模式4是車和車自己選擇設(shè)備和資源,我想說的時候聽一下哪個資源空的就挑出來。

模式3的話,設(shè)備商出來說你們不能隨便找資源,不能隨便說話,我要告訴你們資源在哪?;靖嬖V每輛車你在什么時候,什么地方說什么話,這樣的好處是移動運(yùn)營商和基站廠商能夠全程控制這件事。但是車企就不干了,如果在這種情況下車撞上了,設(shè)備上肯不肯承擔(dān)責(zé)任,這個問題就值得商榷了。

最后,做終端出身的高通和車企達(dá)成了共識,我們希望走模式4,這是三種模式。一去,一跟,一定要問清楚是誰,在一段時間內(nèi),業(yè)界還不夠統(tǒng)一,各有各的優(yōu)勢。兩個產(chǎn)業(yè)要討論,要找到一個中間路線,到底往哪走,這是當(dāng)前業(yè)界爭論非常大的一點(diǎn)。我們高通認(rèn)為應(yīng)該直接走向模式4,同時我們會增加入口,解決一些遠(yuǎn)距離,云端,非實(shí)時溝通的模式。

模式4,自主資源選擇。我是選擇干擾最少的資源來使用,我不承諾不對別人有干擾,但是我保證把干擾做到最小,這樣的好處是什么?總能找到資源把我的話說出來,每個人都說肯定彼此有干擾。但是我只要想辦法,找到離我最近的人,用需要的音量把話說出來就好了。

而集中調(diào)度未必能找到這樣的資源,你把誰扔了,可能對方都不干。另外,定時同步,頻段,全球性的頻段,但是兩邊一邊留了20,一邊留了30,進(jìn)可攻,退可守。中國是5905和5925,有了這個頻率之后,今年大家可以看到很多現(xiàn)場測試的情況。

最終給用戶看到的不是通信怎么樣,用戶是說這些錢放在這可靠不可靠,能不能自動剎車。應(yīng)用層的應(yīng)用,車企已經(jīng)開始開發(fā)了,所以我們要保證這些有的基礎(chǔ)不要被放棄掉,所以我們做標(biāo)準(zhǔn)的時候一刀切開。有人問到底11p老在哪?到底C-V2X改進(jìn)在哪?

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第一點(diǎn),傳輸時間,我們大家知道,如果我要讓別人知道一件事情的話,這是能量的傳遞。為了傳遞一個消息,就需要這么多能量,你要少了大家就聽不到。學(xué)過物理的人都知道,能量是什么?不僅涉及到法規(guī)的問題,還有傳多遠(yuǎn)呢?這就變成時間的問題了。所以11p犯了一個很大的問題,就是把所有10兆帶寬都拿來傳,但是傳不完。

我們看到這個問題,第一點(diǎn)要拓展距離,我們把時間加大,兩毫秒的傳輸。雖然看起來比11p大了很多,但是好處是可靠性增加了幾倍。我們要提供6倍能量,幾百微秒和2毫秒對車企的應(yīng)用不是那么敏感。真正傳輸時延不是說你傳了多長時間,而是等待的時間最長。不要把時間優(yōu)化在傳輸時間上,我要時間花在資源調(diào)度上。

11p用的是OFDM傳輸方式,信道編碼很重要,11p用的是卷積碼,但是也很差。到了LTE的時候,用的是turbo碼,當(dāng)你把這個加在一起的時候,11p會比C-V2X差12個TB,距離是2倍。當(dāng)你有些具體工況場景需要安全距離很長的時候,那就不可靠。11p最開始測試的時候,最開始就想測這個場景,這個場景距離要求特別高,而這個彎道提示也是這樣,彎道的時候11p看到的功率距離就比較短。

這是一個彎道,里面有一個故障車,你進(jìn)彎道之前看不到這個車,它停在路上,你要想預(yù)警,就需要一個廣播。如果你開得越快,你的剎車時間就越長,你需要獲得通知的提前量就會越遠(yuǎn)。

現(xiàn)在是11p的工作距離只有60公里。當(dāng)你70公里的速度進(jìn)來的時候還可以提前獲得預(yù)警,當(dāng)我接到預(yù)警就剎車還不會撞,但是你更高速度進(jìn)來,我保證你能撞上,因?yàn)槟憧隙ㄍ2幌聛?,高速公路這種情況,開到70公里以上很多。所以這個就不可靠。

這是一個借道超車的提示,經(jīng)常出事。這個距離決定是啥?大車走的是快還是慢,如果走得很慢,很容易超過他,安全距離很小。但是如果這個車超過70公里,很快,你要想超他,超車距離更長。11p這個車速只能大概40公里或者50公里,但是這個用了V2X可以到70公里以上。

這個事看起來不是特別遙遠(yuǎn),高通今年推出的芯片,就是支持C-V2X的CP5,模式4的功能。這個芯片會在明年四季度量產(chǎn),交給車企使用。為了支持這件事,高通也推出了一個參考設(shè)計,包括9150還有安全模塊等,在我們國家說得少,在歐美說得比較多一點(diǎn)。


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