2021年4月華為推出阿爾法S自動駕駛系統(tǒng)，再一次將國內(nèi)的自動駕駛技術(shù)推向高潮，業(yè)內(nèi)預(yù)計2025年左右自動駕駛將大規(guī)模采用。鑒于5G部署的時間表，因此有必要在5G的早期階段考慮聯(lián)網(wǎng)/自動駕駛汽車的影響，以確保無線行業(yè)能夠滿足未來十年聯(lián)網(wǎng)汽車的需求。

一般來說，5G被描述為包含三組不同的需求，定義如下：

• TR22.861描述了海量物聯(lián)網(wǎng)

• TR22.862描述了關(guān)鍵通信

• TR22.863描述了增強的移動通信

可以說，連接的車輛是這三組的交叉點，如圖1所示。對于自動駕駛部分，連接的汽車與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)，因為它發(fā)送/接收來自基礎(chǔ)設(shè)施和其他汽車的消息而無需人工干預(yù)。它是一種重要的通信形式，因為需要非常低的時延和極高的可靠性來確?！榜{駛員”和乘客的安全。最后，由于駕駛員解除了駕駛職責，他/她可能會消耗大量數(shù)據(jù)（例如，看電影、工作）。

車輛交通的特點是在空間和時間上具有不同的流動模式和密度。車輛密度在交通堵塞區(qū)域和附近流動交通區(qū)域之間可能有很大差異。在一天的不同時間，一個道路位置可能會經(jīng)歷兩種交通極端情況（即：非常稀疏和非常密集的車輛交通）。從通信網(wǎng)絡(luò)的角度來看，在這樣一個高度動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)中，在不過度調(diào)配資源的情況下實現(xiàn)高可靠性是一個挑戰(zhàn)。

此外，互聯(lián)汽車還帶來了一些與無線相關(guān)的挑戰(zhàn)。首先，需要廣覆蓋，沒有/幾乎沒有覆蓋空洞。第二，至少安全部分需要在覆蓋范圍外的條件下運行。最后，它是一個在高移動性條件下需要高數(shù)據(jù)速率的應(yīng)用程序。

在網(wǎng)絡(luò)控制下，連接的車輛可能處于RRC_CONNECTED。這可能對高層和物理層的設(shè)計都有重大影響：在物理層，gNB（RSU：Road Side Unit）可能需要發(fā)送許多控制消息（例如，分配授權(quán)）；因此，控制信道上可能存在一些容量限制。

預(yù)計自動駕駛汽車產(chǎn)生的下行、上行和sidelink流量將非常高，并將隨著新功能的開發(fā)而增長。如TR36.885附錄B所述，即使?jié)M足基本V2V服務(wù)的交通需求，對于城市15環(huán)境場景來說也是一個挑戰(zhàn)。請注意，就流量需求而言，該場景不是一個困難的環(huán)境，并且預(yù)計在許多部署中可以觀察到更高的流量密度。

由于啟用了新特性和功能，自動駕駛將顯著增加業(yè)務(wù)需求。例如，“platooning”功能需要在車輛之間進行大量的數(shù)據(jù)交換。交叉口的交通管制要求車輛之間以及車輛與基礎(chǔ)設(shè)施之間進行信息交換。或許更多的是，對“信息娛樂”服務(wù)的需求將激增：平均通勤時間約為1小時/天，司機現(xiàn)在有一小時的時間工作、看視頻等。而且，需求的增長將出現(xiàn)在那些不被視為熱點的地區(qū)，但通常由宏站覆蓋，這些地區(qū)的需求目前被視為較低。

車聯(lián)網(wǎng)通信

在車聯(lián)網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)需要通過使用服務(wù)感知系統(tǒng)和大規(guī)模部署路邊單元（RSU）來滿足交通需求，而且需要確保RSU的安全應(yīng)用。RSU還將用于發(fā)送流量數(shù)據(jù)。RSU的概念如圖2所示。RSU也可以作為信息娛樂的熱點。

部署這些RSU將具有挑戰(zhàn)性：

• 考慮到它們作為業(yè)務(wù)交付的熱點，使用毫米波傳輸似乎是合適的，包括在高移動性條件下部署毫米波 波束賦形。

• 考慮到RSU將大規(guī)模部署，不太可能每個RSU都通過有線連接到網(wǎng)絡(luò)。因此，無線回傳技術(shù)和協(xié)議需要標準化。

在某些情況下，無論是從安全角度還是從娛樂角度來看，RSU覆蓋范圍之外的汽車仍然可以從與其通信中獲益。因此，應(yīng)該考慮從car到RSU的中繼機制。

車對車通信

為了方便聯(lián)網(wǎng)的車輛之間的通信，并減輕蜂窩系統(tǒng)上的負載，需要標準化聯(lián)網(wǎng)車輛解決方案的V2V組件：

• V2V可提供顯著的安全效益，并且正在LTE的Rel-14中進行標準化。這項工作不包括自主駕駛。V2V有望成為自主駕駛車輛的關(guān)鍵部件：它是一種能提供比傳感器探測到的信息更遠的信息的手段，并為某些環(huán)境（非視距條件，如在城市交叉口）提供信息。

• V2V還可以提供高吞吐量、低時延安全性和車輛之間的交通效率。

為了為連接的車輛提供安全和交通管理服務(wù)，需要支持高吞吐量、高可靠性、低延遲V2V鏈路。這可能需要在毫米波或微波部署MIMO技術(shù)。車輛尺寸相對較大，允許放置天線，從而能夠?qū)μ囟ㄓ美龑崿F(xiàn)空間分集和減少干擾。在車輛上的不同位置放置多個天線可以確保減輕或減輕其他車輛造成的陰影。除了車頂天線外，車輛還可以利用保險杠天線進行定向保險杠到保險杠的通信，以實現(xiàn)車輛排列等具體應(yīng)用，從而減少對其他天線的干擾。

無線方面的演進

如上所述，聯(lián)網(wǎng)的車輛需要RSU節(jié)點和強大的V2V組件。此外，聯(lián)網(wǎng)車輛在時延、移動和覆蓋范圍方面是一個具有挑戰(zhàn)性的5G應(yīng)用。因此，無線側(cè)有必要對連接的車輛進行深入分析，確保5G能夠滿足市場的需求。未來連接的車輛場景（例如，合作車道合并，交叉口控制，車輛排列）的KPI更為嚴格。因此，無線應(yīng)為聯(lián)網(wǎng)車輛定義一套具有挑戰(zhàn)性的模擬評估場景、詳細的KPI和評估方法（特別是現(xiàn)實的信道模型），涵蓋所有預(yù)期部署場景。

提高安全性將是大量互聯(lián)汽車用例的關(guān)鍵要求。對于這種關(guān)鍵的V2X通信，需要超可靠的低時延通信來保證QoS。然而，在預(yù)定的時間限制內(nèi)，提供具有極高可靠性的一定數(shù)量的數(shù)據(jù)將是一個挑戰(zhàn)，特別是由于無線信道的高度時變和分散性、潛在的不足覆蓋和動態(tài)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。通過在傳統(tǒng)LTE蜂窩系統(tǒng)中使用幀結(jié)構(gòu)在L1上瞄準超可靠的低時延傳輸面臨以下缺點：

1.幀持續(xù)時間長，不滿足低時延要求，但通常允許重傳。

2.由于需要健壯的調(diào)制和編碼方案以確保足夠低的分組錯誤率，頻譜效率顯著下降。

3.反饋和信令的高開銷，以適應(yīng)高度時變的V2X信道。

因此，幀結(jié)構(gòu)和傳輸方案應(yīng)該是靈活的，以便在不犧牲頻譜效率的情況下滿足可靠性和時延要求，同時可以根據(jù)V2X信道條件進行調(diào)整。為了減少反饋和信令開銷，在短的連續(xù)雙向V2V傳輸期間使用信道互易性的傳輸方案是很好的部署候選方案。

5G NR和LTE之間的互通

對于互聯(lián)汽車應(yīng)用，需要廣覆蓋，沒有/幾乎沒有覆蓋空洞。這對于安全應(yīng)用和協(xié)同駕駛尤其如此。不過，5G NR基站的初步部署將不會有足夠的覆蓋范圍。因此，有必要考慮5G NR和LTE之間的互通，以便即使在5G NR不可用的情況下也向車輛提供無處不在的服務(wù)。

預(yù)計這款自動駕駛汽車將擁有多個無線頻率，包括GNSS/GPS、NR、4G LTE和802.11p，如圖3所示。這些無線頻率通過相應(yīng)地選擇（或接收）數(shù)據(jù)的連接管理器連接到應(yīng)用層。

• GNSS/GPS為無線提供位置和位置信息以及定時。

• 802.11p提供傳統(tǒng)服務(wù)，因為在NR開始部署時，可能有許多車輛配備802.11p無線電。

• LTE可以通過LTE網(wǎng)絡(luò)提供傳統(tǒng)的V2V服務(wù)以及額外的支持。

目前的DSRC協(xié)議可能會得到增強，以支持自動駕駛汽車所需的不斷增加的功能。盡管該協(xié)議超出了協(xié)議范圍，但增強的效果將主要影響NR，因為802.11p和4G不太可能滿足更大有效負載、更低時延和更好性能的物理層要求。