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从「5G汽车联盟」说起——一篇看懂5G+汽车

2021-09-13 13:46:22·  来源：中汽创新创业中心  
　
汽创君：智能网联汽车技术的发展需要大量的跨行业、跨学科合作，需要行业间进行有效交流，理解彼此的诉求，找准自身定位，探讨共赢的合作方式。2016年9月，电信
汽创君：智能网联汽车技术的发展需要大量的跨行业、跨学科合作，需要行业间进行有效交流，理解彼此的诉求，找准自身定位，探讨共赢的合作方式。2016年9月，电信行业与汽车行业的全球跨行业产业联盟——「5G汽车通信技术联盟」（5G Automotive Association）成立，联盟的使命在于研发、实验和推动智能车联、智慧交通等万物互联所需的通信解决方案和应用，包括相关的标准化推进、商业机会挖掘，以及全球市场的拓展。5GAA发起方包括奥迪、宝马和戴姆勒以及五家电信通讯公司——爱立信、华为、英特尔、诺基亚、高通。目前已经有多家机构加盟该组织，中兴在2017年1月加入，成为该组织的最新成员。


图 目前5GAA的所有成员

从上图可以看出，5G汽车联盟成员包含汽车整车厂、电信运营商、电信基础设施供应商、通信芯片供应商、汽车零配件供应商等智能车联生态圈各方面成员。

一、5G的发展及其与4G的区别
5G是指第五代移动通信技术，4G基础设施刚刚进入成熟商用，开始快速普及，而与此同时，5G标准也开始崭露头角，在兴起的路上。如果将4G理解为现有3G无线标准的演化。与3G、4G主要面对公众需求不同，5G是面向场景的时代，将会在垂直行业领域发挥非常重要的作用。
A、5G的定义及发展路径
下一代移动通信网络（NGMN）联盟对5G的定义如下：“5G是一个端对端的生态系统，可带来一个全面移动和联网的设备。通过由可持续商业模式开启的、具备连贯体验的现有和新型的用例，它增强了面向消费者合作者的价值创造。”
　　
直白粗暴点整理这条发展路径：从3G无线标准——到4G（LTE）——到更高带宽的LTE-Advanced（简称LTE-A）（6GHz以下5G无线电接入网络的基础）——到5G（从6GHz到100GHz的频率），在这一演化路径中，MIMO天线配置从2x2——提升到8x8——提升到16x16——猛增至256x256，这将会带来无线网络速度和覆盖的飞跃。
5G技术的目标可以被归结为以下几个数字：

1000x的容量提升
　　1000亿+的连接支持
　　10GB/s的最高速度
　　1ms以下的延迟
B、4G和5G的区别
　　1）基于LTE的4G网络正在经历一次快速部署，而5G网络目前还只停留在研究报告和实现项目阶段，后者的大规模部署预计要等到2020年。
　　2）4G和之前的移动网络主要侧重于原始带宽的提供，而5G旨在提供无所不在的连接，为快速弹性的网络连接奠定基础，无论用户身处的是摩天大楼还是地铁站。
　　3）5G网络并不会独立存在，它将会是多种技术的结合，包括2G、3G、LTE、LTE-A、Wi-Fi、M2M等等。换句话说，5G的设计初衷是去支持多种不同的应用，比如物联网、联网可穿戴设备、增强现实和沉浸式游戏。
　　不同于4G，5G网络有能力处理大量的联网设备和流量类型。比如说，当处理高清视频在线播放任务时，5G可提供超高的速度链接。而面对传感器网络时，它就只会提供低数据传输速率了。


　　4）5G网络将会率先使用云RAN和虚拟RAN这样的新架构，以促进一个更加中心化网络的建立，并通过身处网络边缘的本地化数据中心来最大化地利用服务器农场。
　　5）最后，5G还会率先利用感知无线电技术，让网络基础设施自动决定提供频段的类型，分辨移动和固定设备，在特定时间内适配当前状况。换句话说，5G网络可同时服务于工业网络和Facebook应用。

二、5G与无人驾驶浪潮
国际通信行业巨头爱立信和瑞典公交公司联合开发了连接5G网络的无人驾驶公交车——EZ10，能够通过爱立信的5G测试网络将车辆行驶的实时画面和位置数据传送到远端调度中心，完成数据的实时交互和运算。在国内，华为、大唐、中国移动、北汽、长安等众多通信企业、运营商和汽车企业也已经行动起来，共同探索如何将5G技术与汽车产业相融合。

根据国际电信联盟的规划和相关预测，人们都预计2020年5G网络有望全面实现商用化。预测同时，很多汽车企业也计划在2020年前后实现无人驾驶汽车上路，作为同样商业化需要一段时间而又被寄予厚望的两种技术，5G网络与无人驾驶技术必将碰撞出诸多花火：

未来车辆在进行无人驾驶与车联网通信的过程中，需要进行海量、实时的数据交互已经成为行业共识——英特尔CEO Brian Krzanich曾表示，未来无人驾驶汽车将在每秒钟消耗0.75GB的数据量，每天使用大概4000GB的数据量。此外，无人驾驶汽车和车联网通信的实现还需要网络实时传输汽车导航信息、位置信息以及汽车各个传感器的数据，到云端或其他车辆终端，需要更高的网络带宽和更低的网络延时，而这仅靠4G、LTE-V和DSRC等通信技术还无法实现。

援引《中国汽车报》采访相关人士的报道，5G网络可以将端到端的通信时延控制在10毫秒内，这对于保证车辆在高速行驶中的安全来说至关重要。此外，在流量峰值和连接数密度方面，5G技术能够以超过每秒10GB的传输速度和106/km2的连接数密度满足未来车联网环境的车辆与人、交通基础设施之间的通信需求。因而，实时性和高速通信成为5G最大优势，进而对无人驾驶与车联网通信发展的助推作用。


三、V2X两条技术路线：DSRC与LTE-V

当前，汽车企业与通信服务商各自开发了DSRC（专用短程通信技术）和LTE-V（融合4G LTE网络的车辆通信解决方案）以满足车辆的V2X通信需求。
　　
DSRC由通用、福特、丰田、本田等车企推动，可支持车车、车路之间的直接通信，此后欧洲和日本等国家也都提出了各自的标准和专用频段。DSRC技术的优势在于可靠性高、传输实时性强，弱点在于通信距离优势不明显。因此，如果仅通过DSRC实现无人驾驶技术与车联网通信，那么就需要针对路边设施进行大规模投入。而这将限制DSRC的商业化。
　　
LTE-V网络由大唐、华为等通讯运营商推出，被称为是影响车联网“连接”的起始点，针对车辆V2X的通信需求定义了两种通信方式：集中式与分布式。集中式也称为蜂窝式，需要基站作为控制中心，车辆与基础设施、其他车辆之间需要通过将数据在基站进行中转来实现通信；分布式也称为直通式，无需基站作为支撑，让终端之间实现V2X通信。LTE-V既支持直通，也支持基站辅助方式，实现了直通和蜂窝模式的融合，相较于DSRC具有显著的性能优势，未来可以平滑演进到5G，应用前景更加光明。
由此看出，车企和通讯运营商的两种技术路线着眼点各不相同，希望「5G汽车联盟」这种机构能提高跨行业合作的效率，今早统一全球标准，令5G早日应用在汽车工业。
四、通信时延10毫秒内的意义
在5G时代，延时将降至10毫秒以内，更低延迟性与高可靠性的网路传输，可实现车对车、车对基础设施等通讯应用，促进车联网的发展。
比较2/3/4G网络和WiFi的端到端时延，根据独立第三方网络测试机构Open Signal的测试结果，时延最短的是LTE，为98ms，这几乎是5G的1ms时延的100倍——如果延时到毫秒级，将彻底颠覆人类未来生活。


　　
人体神经纤维的传导速度是100～200米/秒，我们的躯体感觉系统分布于全身，信息从躯体感觉感受器传导到脊椎和脑干的轴突是身体感觉系统的第一级传入纤维（primary afferent axons）。


研究发现，当痛觉从指尖传导到脑干，也就是相当于痛觉传导距离1米左右，需要花费29到200ms（轴突直径位于Aδ）。这还不包括运动反馈和认知过程。这只是信息传导到了脑干，而人体要作出反应，还需要一点时延，这个时延大概是几十毫秒——当我们在玩一些交互游戏，比如第一人称射击类游戏时，研究指出，50ms的时延完全不影响游戏体验。通常，玩家与服务器之间存在100ms延迟时，并不会觉得游戏“卡顿”。


电影胶片是以24fps的速度播放的。fps（frame per Second），即每秒显示的帧数，画面更新率。这个24fps，大概是41.66ms，我们的眼睛完全感觉不到任何卡顿，非常流畅；对于电视信号的音频/视频延迟（唇音同步），声音超前画面40ms到滞后画面60ms范围内，人们明显不会感觉声画不同步。是的，人类在几十毫秒时延内是反应迟钝的。想象一下，这个只有1ms时延的5G网络多么恐怖？网络已经不再是那个网络，这是一个人类真正可以触觉的网络，一个比人身体反应速度还快的网络。　　对于车联网和无人驾驶而言，假设汽车的行驶速度为60公里/小时，60ms时延的制动制动距离为1米，10ms时延的制动距离为17厘米，而1毫秒的5G时延，制动距离仅为17毫米——粗略的估算，即可想象到这将对汽车行业带来多么大的影响。

五、爆发时点
V2X包括车车通信(V2V)、车路通信(V2I)、车和行人通信(V2P)以及车和网络通信(V2N)的全方位网络连接。要让车辆主动和周围的车、道路设施、行人、网络进行沟通，广播和接收位置、速度、状态等信息，在没有实现标准化通讯协议，以及相关设备产业化之前，V2X仍然遥不可及。中国移动2017年将启动5G外场试验，2018年启动5G网络预商用试验，2019年进行商用化规模试验，力争在2020年实现5G网络规模商用。
从时间轴上看，5G整体标准将于2018年（3GPP第一版试用标准）至2019年（ITU标准）确定。2020年之后开始5G的商用产品建设。
  • 4G基础设施刚刚进入成熟商用，运营商不会迅速转向5G的扩张。
  • 5G的第一个建设突破口将是基站天线，由于5G的Massive-MIMO技术可以在4.5G上投入使用实现平滑过渡，各家在技术成熟时会投入建设。
  • Massive-MIMO相较于传统天线，单塔天线数量会从8个以下上升到64个以上，势必带来一波产业机会，但投产应该是在两年以后。


六、市场空间
2016年底，车联网汽车累计出货量将超过5千万辆，预测在2021年，出货量累计将达3.8亿。2018年全球车联网的市场总额有望达390亿欧元，车联网将成为未来汽车的标配。
  • 发改委、工信部、交通部规划及政策配套大力支持使得我国车联网行业处于战略高度
  • 车联标准LTE-V即将落地，预计2018年开始全面商用，重庆车联网示范区启用，杭州等地也开始演示工作
  • 中国移动的车联网业务占其物联网业务比重35%左右，联通在20%左右。车联网是运营商重点发力的物联网应用场景。

4G网络、智能终端的普及，夯实了移动互联网发展的云、管、端三大基础，开启了移动互联新时代，并极大地改变了人们的生活。而未来5G将具备更强的性能、更多的场景和全新的生态三大特点，必将激发新一轮的社会变革，开启一个万物互联的全新时代，而这个时代，汽车可能是一把关键的钥匙。 
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