5G and the Future of Connected Cars
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任何顏色車牌——都拍攝的清清楚楚！
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2019年被視為全球「5G元年」。作為新一代行動通信技術，5G 將成為支撐未來創新的統一連接架構，賦予經濟成長新動能。
隨著 5G 商用的到來，人們都期待這項革新技術，將給很多傳統領域，帶來全新的面貌。比如對於百年汽車行業而言，這將意味著給自動駕駛、車聯網技術，帶來更多加速和突破，甚至給整個產業打開更多想像的空間。
5G與車聯網：將改變產業投資方向
首先，讓我們一起瞭解下「車聯網」的概念，車聯網也稱作V2X (Vehicle toEverything)，是汽車與萬物互聯，包括車與車(V2V)，車與基礎設施(V2I)、車與行人(V2P)以及與網路(V2N)之間的通信。
車聯網就好像是一個包含有車、交通信號燈等路邊設施、行人和雲端參與的社群，群裡的每一個參與者，都可以將自身的資訊，與其他參與者即時分享，實現彼此間位置和駕駛意圖的辨識，對信號燈等交通資訊的告知等，協助群內的車輛對道路的感知，支撐車輛自動化。
傳統 V2X 技術產生已久，它作為早期 802.11a 技術的衍生技術，孕育於 21 世紀的頭幾年。但是，傳統 V2X 技術具有明顯的局限性。主要有以下幾點：
首先，它缺乏長期的無線技術演進路線圖。隨著車輛間互聯性越來越高，汽車產業已經擁抱 4G LTE 技術，並向著 5G 未來不斷邁進，該傳統技術已經脫離汽車產業的未來願景，及發展方向。
其次，對於傳統 V2X 技術的投資缺乏動力。對於汽車廠商而言，進行一次性的投資並不合算，隨著時間推移，傳統技術將難以為繼；就道路基礎設施而言，傳統 V2X 技術不能和其他廣泛部署，並不斷創新進步的無線技術產生協同效應，資金緊張的各級交通部門，很難對其進行投資，並推動基礎設施的升級。
最後，傳統的 V2X 技術，並沒有預見到 2019 - 2020 年全球 5G 轉型的加速，而正是由於全球 5G 技術發展的加速，改變了汽車廠商和道路基礎設施管理者的投資方向。
鑒於傳統 V2X 技術的不足，並充分利用蜂窩行動通信的產業規模優勢，全球行動通信標準化組織 3GPP，在 R14 標準版本中，定義了 C-V2X (蜂窩車聯網)技術。
自從 2016 年 C-V2X 技術誕生以來，汽車產業的大多數參與方都採取了 C-V2X，這一能夠全面解決安全和效率問題的技術，它是既適用於未來發展，又符合全球變革路徑的最佳技術。
自從 2016 年 C-V2X 技術誕生以來，汽車產業的大多數參與方都採取了 C-V2X，這一能夠全面解決安全和效率問題的技術，它是既適用於未來發展，又符合全球變革路徑的最佳技術。
基於 3GPP 無線標準的 C-V2X， 全球無線部署符合 5G 演進路線，將從終端和基礎設施層面，充分發揮規模效應。 C-V2X 能整合於車內資訊處理無線模組中，所以汽車廠商的增量成本問題也得到瞭解決。
道路基礎設施部署，能與 5G 規模部署產生協同效應，這為各級政府節省了大量支出。相對於傳統技術，C-V2X 還具有技術優越性，能夠提供 2 倍以上的通信範圍及可靠性。
道路基礎設施部署，能與 5G 規模部署產生協同效應，這為各級政府節省了大量支出。相對於傳統技術，C-V2X 還具有技術優越性，能夠提供 2 倍以上的通信範圍及可靠性。
5G帶給自動駕駛的突破：低時延、高可靠、高速率
目前，自動駕駛技術在美國得到高速發展。截止到 2018 年底，美國加州政府已經向 60 家企業，發放了自動駕駛測試牌照。
在由著名研究機構 Navigant research 發佈的最新一年自動駕駛競爭力排行榜中，處於領先位置的公司，多是採用單車智慧的方式，即車輛對環境的感知和對行駛的決策，都是透過車載的感測器和計算處理單元來完成，這在交通設施相對完善的城市內道路，或者工作條件相對簡單的高速公路場景上，短時間內可以取得較快的進展。
但僅僅依靠單車智慧，會有比較大的局限性，例如對於交通設施缺損比較嚴重、部署不很規範的道路，或者是交通流量比較大且車速較快的高速公路等複雜場景，單車智慧還很難完成複雜道路環境的感知和即時決策。但是隨著 5G 的發展和應用，為自動駕駛汽車打破了這些局限性。
業界自動駕駛研究領域普遍認為，自動駕駛不僅需要智慧的車，還需要智慧的路相配合。利用 5G 技術低時延、高可靠、高速率和大容量的能力，車聯網不僅可以幫助車輛間，進行位置、速度、行駛方向和行駛意圖的溝通，更可以利用路邊設施，輔助車輛對環境進行感知。
比如車輛利用自身的攝影機，可能無法保證對交通信號燈進行準確的判斷，進而可能會發生闖紅燈的違規行為，但是利用車聯網的 V2I 技術，交通信號燈把燈光信號，以無線信號的方式發給周邊的車輛，確保自動駕駛汽車準確瞭解交通信號燈的狀態。
不僅如此，交通信號燈還可以廣播，下次信號改變的時間，甚至其他相鄰路口，未來一段時間內的信號狀態，自動駕駛車輛可以據此精確的優化行進速度和路線，選擇一條紅燈最少、行駛最快的路線，即優化了交通，又可以減少碳排放。
另一個例子，是交叉路口的通行優化和橫穿行人告警。今天道路上經常發生，橫穿路口的行人/自行車與車輛間的碰撞事故，尤其是左轉車輛，由於視線受阻，司機和車載感測器，經常無法觀察到路口內橫穿的行人，一個解決辦法就是透過在路口上安裝雷達和攝影機，對路口內行人進行監視，如果檢測到斑馬線上和路口內有行人，並且行人在車輛的行進路線上，路邊設施(RSU)，可以將檢測到的情況，即時通知即將轉彎，或直行的車輛注意避讓，規避事故的發生。
5G和車聯網技術是自動駕駛所必須的技術保障。透過選擇「智慧的車+智慧的路」這一正確的技術路線，充分發揮5G的技術優勢，我們有理由相信5G技術，將在自動駕駛領域發揮其巨大作用。
5G加強自動駕駛的感知、決策和執行
汽車的自動駕駛包括感知/認知、決策和執行共三個層面，而這三個層面都能夠利用 5G 行動通信技術得到增強。
首先來看感知/認知層面。感知/認識就是讓汽車和駕駛者，知道「我在哪裡，我周圍有什麼，我是否有危險」。因而首先需要高精度的定位，對於自動駕駛來說，甚至需要亞米級的定位。傳統的衛星定位(GNSS)無法滿足車輛自動化，所需的定位精度，因而需要使用以網路輔助的差分定位技術，並且結合航跡推演技術，來提升定位精度。
以高通公司推出的，視覺增強精確定位(VEPP)技術為例，其融合多個汽車感測器，包含全球導航衛星系統(GNSS)、攝影機、慣性測量單元(IMU)和車輪感測器，以提供更準確的全球車輛定位。
VEPP 是車載通訊系統(Telematics)控制單元，和高階定位裝置之間的組合，實現了車道等級準確度，精確度小於1米。在精確地掌握了自身位置之後，我們還需要一張支持自動駕駛的車道級別的高精地圖，從而知道車輛在道路中的位置，而利用 5G 行動通信大頻寬的優勢，車輛可以即時獲取最新的高精地圖。
其次，車輛需要瞭解周邊的道路參與者和障礙物。自動駕駛車輛往往安裝多個先進感測器，包括攝影機、雷達，甚至雷射雷達來感知周邊的物體。
但是這些價值不菲的感測器，只能檢測到視距範圍內的物體，並且對氣候條件也比較敏感，比如霧霾天氣攝影機和雷射雷達就會失效。
但是這些價值不菲的感測器，只能檢測到視距範圍內的物體，並且對氣候條件也比較敏感，比如霧霾天氣攝影機和雷射雷達就會失效。
而利用 V2V 車車通信技術，可以把車輛感知範圍，擴大到視距之外，比如前後若干車輛的位置，甚至它們緊急剎車的狀態信息，進而可以提前對道路狀況進行判斷，及早採取規避措施避免追撞事故的發生。
同時，利用 V2I 通信，車輛還可以從道路基礎設施那裡，獲得諸如信號燈和路口內行人等資訊，形成完整的對道路環境的感知。
同時，利用 V2I 通信，車輛還可以從道路基礎設施那裡，獲得諸如信號燈和路口內行人等資訊，形成完整的對道路環境的感知。
5G 技術不僅可以提高自動駕駛車輛的環境感知能力，還可以利用車輛間無線連接，讓多個車輛進行協作式決策，合理規劃行動方案。比如，在高速公路內側車道上車輛，在其需要駛離高速公路時，可以透過車車通信與周邊車輛協商，要求周邊車輛避讓，以便其能夠向外側車道變換，並駛離高速。
如前所述，僅依靠單車智慧，L4/L5 只是存在理論上的可行性。讓機器學會準確辨識道路上的所有標識、信號，和道路參與者是一件幾乎無法完成的任務，讓機器學會處理所有可能的偶發事件，也需要付出難以承受的代價。
只有透過以 5G 技術的車車/車路協同，充分發揮基礎設施的能力，才能以較低的代價和成本，讓自動駕駛車輛，實現對駕駛環境的感知和行駛的決策。
只有透過以 5G 技術的車車/車路協同，充分發揮基礎設施的能力，才能以較低的代價和成本，讓自動駕駛車輛，實現對駕駛環境的感知和行駛的決策。
另外，從人工智慧的角度來看，機器無法完全替代人類的決策，在一些偶發的複雜場景，需要人類參與決策，即「Man in the loop」。但是對於自動駕駛車輛來講，車內的乘員可能並不會駕駛汽車，也無法參加決策。
但有了 5G 技術，我們就可以讓遠端服務中心的人員，參與到決策中來。比如在一些特殊的場景，機器無法完成駕駛而造成脫離(Disgagement)。
就像今天車輛發生故障時，我們呼叫救援中心一樣，車輛可以利用 5G 網路呼叫遠端的服務中心，利用 5G 的低時延大頻寬，將現場的實時圖像和感測器資訊，傳送給服務中心的專業人員，由專業人員在虛擬現實的場景下，遠端控制車輛駛離複雜路況，直到駕駛系統能夠再次接管車輛。
就像今天車輛發生故障時，我們呼叫救援中心一樣，車輛可以利用 5G 網路呼叫遠端的服務中心，利用 5G 的低時延大頻寬，將現場的實時圖像和感測器資訊，傳送給服務中心的專業人員，由專業人員在虛擬現實的場景下，遠端控制車輛駛離複雜路況，直到駕駛系統能夠再次接管車輛。
當然我們並不是說，只有 L4/L5 這樣的高度自動化，才需要 5G 技術，實際上車聯網技術，對以人類駕駛為中心的低級別自動化也有極大的幫助。
例如前面提及的多項感知技術，都可以應用到當前的車輛中，為駕駛員提供駕駛輔助(ADAS)，例如以車載雷達和 V2V 技術，融合的前撞預警和緊急自動剎車等。
例如前面提及的多項感知技術，都可以應用到當前的車輛中，為駕駛員提供駕駛輔助(ADAS)，例如以車載雷達和 V2V 技術，融合的前撞預警和緊急自動剎車等。
5G 應用車聯網，有兩大問題亟待解決
在大規模商用前，還有一些政策和技術上的問題急需解決。
首先，是資訊安全和隱私方面。對於大眾消費者來講，除了關注車聯網，帶給我們的諸多便利和道路安全，也更加關心車聯網所設計的資訊安全和隱私問題。
為保護車主的隱私，提高網路的安全系數，C-V2X 設計了匿名密鑰體制，週期性變更標識和資訊簽名，為此需要在車輛中安裝幾百甚至幾千個證書。由於涉及到資訊安全問題，迫切需要政府多個相關部門的相互協作，制訂出題套適合國情的證書管理和分發體制。
為保護車主的隱私，提高網路的安全系數，C-V2X 設計了匿名密鑰體制，週期性變更標識和資訊簽名，為此需要在車輛中安裝幾百甚至幾千個證書。由於涉及到資訊安全問題，迫切需要政府多個相關部門的相互協作，制訂出題套適合國情的證書管理和分發體制。
自動駕駛技術可以將我們，從繁重的駕駛任務中解放出來，使我們的旅程更加安全、更加環保。5G 車聯網將大大增強自動駕駛車輛的感知能力，促進自動駕駛車輛的盡早量產。更高級的自主駕駛需要車車/車路的廣泛協同，而 5G 技術更是自主駕駛不可替代的必要手段。
5G應用車聯網，落地可期
雖然 5G 應用車聯網到目前還沒有真正的實現，但也已經走在實現的路上。2017 年 6 月 3GPP 發佈 R14 版本的 C-V2X 標準之後，產業界迅速展開 C-V2X 產品的開發，和相關測試驗證工作。當年 9 月，高通公司發佈了基於 3GPP R14 版本的 9150 C-V2X 晶片組，並基於該晶片組在全球範圍內開展廣泛測試。
今年消費電子展(CES)期間，福特汽車宣佈自 2022 年起，福特將在美國銷售的，每一輛新車和卡車上，都內置 C-V2X 技術；而近期又宣佈將於 2021 年在中國量產首款搭載 C-V2X 技術的車型。
在今年 2 月世界行動通信大會期間，對岸中國的吉利宣佈，計劃在 2021 年發佈其首批支持 5G 和 C-V2X 的量產車型。部分對岸中國車企也都積極跟進，考慮在兩年內量產的部分車型中，率先支持 C-V2X 技術。
5G帶給自動駕駛的突破：低時延、高可靠、高速率
目前，自動駕駛技術在美國和中國得到高速發展。截止到 2018 年底，美國加州政府已經向 60 家企業發放了自動駕駛測試牌照，中國各地政府也先後向 24 家企業發放了測試牌照。
在由著名研究機構 Navigant research 發佈的最新一年自動駕駛競爭力排行榜中，處於領先位置的公司，多是採用單車智慧的方式，即車輛對環境的感知和對行駛的決策，都是透過車載的感測器和計算處理單元來完成，這在交通設施相對完善的城市內道路，或者工作條件相對簡單的高速公路場景上，短時間內可以取得較快的進展。
但僅僅依靠單車智慧，會有比較大的局限性，例如對於交通設施缺損比較嚴重、部署不很規範的道路，或者是交通流量比較大，且車速較快的高速公路等複雜場景，單車智慧還很難完成複雜道路環境的感知，和即時決策。但是隨著 5G 的發展和應用，為自動駕駛汽車打破了這些局限性。
利用 5G 技術低時延、高可靠、高速率和大容量的能力，車聯網不僅可以幫助車輛間進行位置、速度、行駛方向，和行駛意圖的溝通，更可以利用路邊設施輔助車輛，對環境進行感知。
比如車輛利用自身的攝影機，可能無法保證對交通信號燈進行準確的判斷，進而可能會發生闖紅燈的違規行為，但是利用車聯網的 V2I 技術，交通信號燈把燈光信號，以無線信號的方式發給周邊的車輛，確保自動駕駛汽車準確瞭解，交通信號燈的狀態。
不僅如此，交通信號燈還可以廣播下次信號改變的時間，甚至其他相鄰路口未來一段時間內的信號狀態，自動駕駛車輛可以據此精確的優化行進速度和路線，選擇一條紅燈最少、行駛最快的路線，即優化了交通，又可以減少碳排放。
另一個例子是交叉路口的通行優化，和橫穿行人警告。今天道路上經常發生橫穿路口的行人/自行車，與車輛間的碰撞事故，尤其是左轉車輛，由於視線受阻，司機和車載感測器經常無法觀察到路口內橫穿的行人，一個解決辦法就是通過在路口上，安裝雷達和攝影機，對路口內行人進行監視，如果檢測到斑馬線上和路口內有行人，並且行人在車輛的行進路線上，路邊設施(RSU)，可以將檢測到的情況，即時通知即將轉彎或直行的車輛注意避讓，規避事故的發生。
5G 和車聯網技術是自動駕駛所必須的技術保障。透過選擇「智慧的車+智慧的路」這一正確的技術路線，充分發揮5G的技術優勢，我們有理由相信 5G 技術，將在自動駕駛領域發揮其巨大作用。
5G 加強自動駕駛的感知、決策和執行
汽車的自動駕駛包括感知/認知、決策和執行共三個層面，而這三個層面都能夠利用 5G 行動通信技術得到增強。
首先來看感知/認知層面。感知/認識就是讓汽車和駕駛者知道「我在哪裡，我周圍有什麼，我是否有危險」。因而首先需要高精度的定位，對於自動駕駛來說，甚至需要亞米級的定位。
傳統的衛星定位(GNSS)，無法滿足車輛自動化所需的定位精度，因而需要使用以網路輔助的差分定位技術，並且結合航跡推演技術，來提升定位精度。
傳統的衛星定位(GNSS)，無法滿足車輛自動化所需的定位精度，因而需要使用以網路輔助的差分定位技術，並且結合航跡推演技術，來提升定位精度。
以高通公司推出的，視覺增強精確定位(VEPP)技術為例，其融合多個汽車感測器，包含全球導航衛星系統(GNSS)、攝影機、慣性測量單元(IMU)和車輪感測器，以提供更準確的全球車輛定位。
VEPP是車載通訊系統(telematics)控制單元和高階定位裝置之間的組合，實現了車道等級準確度，精確度小於1米。在精確地掌握了自身位置之後，我們還需要一張支持自動駕駛的車道級別的高精地圖，從而知道車輛在道路中的位置，而利用5G移動通信大帶寬的優勢，車輛可以實時獲取最新的高精地圖。
其次，車輛需要瞭解周邊的道路參與者和障礙物。自動駕駛車輛往往安裝多個先進傳感器，包括攝影機、雷達，甚至雷射雷達來感知周邊的物體。但是這些價值不菲的傳感器只能檢測到視距範圍內的物體，並且對氣候條件也比較敏感，比如霧霾天氣攝影機和雷射雷達就會失效。
而利用 V2V 車車通信技術，可以把車輛感知範圍，擴大到視距之外，比如前後若干車輛的位置，甚至它們緊急剎車的狀態信息，進而可以提前對道路狀況進行判斷，及早採取規避措施避免追撞事故的發生。同時，利用 V2I 通信，車輛還可以從道路基礎設施那裡，獲得諸如信號燈，和路口內行人等資訊，形成完整的對道路環境的感知。
5G 技術不僅可以提高自動駕駛車輛的環境感知能力，還可以利用車輛間無線連接，讓多個車輛進行協作式決策，合理規劃行動方案。比如，在高速公路內側車道上車輛，在其需要駛離高速公路時，可以通過車車通信與周邊車輛協商，要求周邊車輛避讓以便其能夠向外側車道變線並駛離高速。
如前所述，僅依靠單車智能，L4/L5只是存在理論上的可行性。讓機器學會準確辨識道路上的所有標識、信號和道路參與者是一件幾乎無法完成的任務，讓機器學會處理所有可能的偶發事件，也需要付出難以承受的代價。
只有透過基於5G技術的車車/車路協同，充分發揮基礎設施的能力，才能以較低的代價和成本，讓自動駕駛車輛實現對駕駛環境的感知和行駛的決策。
只有透過基於5G技術的車車/車路協同，充分發揮基礎設施的能力，才能以較低的代價和成本，讓自動駕駛車輛實現對駕駛環境的感知和行駛的決策。
另外，從人工智慧的角度來看，機器無法完全替代人類的決策，在一些偶發的複雜場景，需要人類參與決策，即「man in the loop」。但是對於自動駕駛車輛來講，車內的乘員可能並不會駕駛汽車，也無法參加決策。
但有了 5G 技術，我們就可以讓遠端服務中心的人員參與到決策中來。比如在一些特殊的場景，機器無法完成駕駛而造成脫離(Disgagement)，就像今天車輛發生故障時，我們呼叫救援中心一樣，車輛可以利用 5G 網路，呼叫遠端的服務中心，利用 5G 的低時延大頻寬，將現場的即時圖像和感測器資訊，傳送給服務中心的專業人員，由專業人員在虛擬現實的場景下，遠端控制車輛駛離複雜路況，直到駕駛系統能夠再次接管車輛。
當然我們並不是說只有 L4/L5 這樣的高度自動化，才需要 5G 技術，實際上車聯網技術，對以人類駕駛為中心的低級別自動化，也有極大的幫助。例如前面提及的多項感知技術，都可以應用到當前的車輛中，為駕駛員提供駕駛輔助(ADAS)，例如基於車載雷達和 V2V 技術融合的前撞預警和緊急自動剎車等。
5G應用車聯網，有兩大問題亟待解決
基於 3GPP R14 版本的 C-V2X，可以增強自動駕駛車輛，對環境的感知，為低級別自動駕駛，提供更加準確的駕駛輔助資訊。L4/L5 高級自動駕駛所需的協作式決策，將對 V2X 通信提出更高的要求，需要 V2X 提高更高的頻寬，更短的時延，最重要的是需要提供更高的可靠性。
2019年3月，3GPP 通過了標準立項，計劃在 R16 版本中開發基於 5G 新空口的 5G V2X 技術，利用 5G 新空口所具有的高頻寬，低時延和高可靠能力，進一步提升 C-V2X 技術的能力，支撐高級別自動駕駛技術。
R16 版本 C-V2X 標準計劃於 2019 年底完成，相信在標準完成後晶片廠商也會盡快推出符合 R16 版本的晶片，配合車企進行 L4/L5 高級別自動駕駛車輛的開發和測試。
R16 版本 C-V2X 標準計劃於 2019 年底完成，相信在標準完成後晶片廠商也會盡快推出符合 R16 版本的晶片，配合車企進行 L4/L5 高級別自動駕駛車輛的開發和測試。
自動駕駛技術可以將我們從繁重的駕駛任務中解放出來，使我們的旅程更加安全、更加環保。5G 車聯網將大大增強自動駕駛車輛的感知能力，促進自動駕駛車輛的盡早量產。更高級的自主駕駛需要車車/車路的廣泛協同，而 5G 技術更是自主駕駛不可替代的必要手段。
5G 應用車聯網，落地可期
雖然5G應用車聯網到目前還沒有真正的實現，但也已經走在實現的路上。
2017 年 6 月 3GPP 發佈 R14 版本的 C-V2X 標準之後，產業界迅速展開C-V2X產品的開發和相關測試驗證工作。當年 9月，高通公司發佈了基於 3GPP R14 版本的 9150 C-V2X 晶片組，並基於該晶片組在全球範圍內開展廣泛測試。
2017 年 6 月 3GPP 發佈 R14 版本的 C-V2X 標準之後，產業界迅速展開C-V2X產品的開發和相關測試驗證工作。當年 9月，高通公司發佈了基於 3GPP R14 版本的 9150 C-V2X 晶片組，並基於該晶片組在全球範圍內開展廣泛測試。
今年消費電子展(CES)期間，福特汽車宣佈自 2022 年起，福特將在美國銷售的每一輛新車和卡車上，都內置 C-V2X 技術。
我們有理由相信，在未來兩年內，與 5G 網路建設同步展開，我國多數城市和高速公路，會採用 C-V2X 技術，對交通基礎設施進行升級改造。
2020 起量產的具備 C-V2X 功能的車輛，將能夠率先感受到 C-V2X 技術帶來的便利的交通、安全的駕駛提示和更加優化的節能減排。5G 和 AI 等新興技術的結合，必將激發汽車行業的創新浪潮，賦能整個汽車生態的進化。
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