邬贺铨院士：5G车联网有哪些挑战

　　2020年1月10日，中国电动汽车百人会年会自动驾驶论坛在北京钓鱼台国宾馆举行，中国工程院院士邬贺铨在论坛做主题发言，以下为发言全文：

　　我想就5G车联网的挑战这个题目跟大家谈一下我的一些看法。

　　车联网的通信模式可以分成四类：1.V2V（怎么解决汽车与汽车之间的通信）；2.V2P（汽车跟行人之间怎么通信）；3.V2I（汽车跟路边、云、红绿灯、停车场的通信），怎么控制信号灯的转换；4.V2N（汽车到网络的通信），解决优化交通流量的问题，做好交通的规划。

　　为什么车联网需要有通信呢？我们的汽车车速和刹车的距离，它们是有关系的，假如每小时开到112公里的话，到刹车的时候，差不多要真正刹住需要5秒钟，我们说100米以内可能是驾驶员的感知，200米是车辆的感知，V2V可以有300米的感知，可以提前一些，上到云可以有更远距离的感知（2公里）。

　　现在汽车作为自动驾驶，是L5级别，不同级别对传统时延有不同的要求的，这需要有不同的技术来支撑。就通信技术而言，在4G时代，L1、L2级别的支撑应该是没问题的，但是如果说真的要到L5级别，就需要5G，最底下一行eMBB是增强的移动宽带，eV2X是增强的v2x通信，包括车到车、车到路、车到基础设施等等。实际上为什么会时延有要求?我们可以停车为例，应该说对时延要求不是最严格的，但是我们可以算出来，如果停车精度要1米的话，扣除处理的时延10毫秒，制动感应30毫秒，这个时候可以看到V2X的时延只允许5毫秒。

　　远程驾驶、自动驾驶要求端到端的时延不超过5毫秒，可靠性要求99.999%，需要联网，每辆车每秒的数据会到一个GB，按照移动通信标准化组织3GPP对eV2X的要求，在自动驾驶和传感器共享的要求，时延不能高于3毫秒，传感器共享要求带宽1GB，我们可以看到在4G的时代，LTE的时延可能要到100毫秒，如果我们加上边缘计算，可以减到10毫秒，但是仍然超出了目前自动驾驶的要求，所以我们需要有5G+边缘计算，可以说车联网需要5G，只有5G才能支持这个要求。

　　车联网的通信可以分成好几类，总的叫V2X，一类是短距离的通信，最大传输距离800米这么长，而最高车速是60公里，最大数据率大概是27MB。另外容量不够，如果交通拥堵的时候，车很多的时候就不能胜任了，在抗干扰方面以及覆盖方面是它的不足，现在较多用C-V2X，C是蜂窝的意思，基于蜂窝的V2X可以分为在4G场景下的LTE的V2X，还有增强的LTE环境下的V2X，以及NR的V2X，就是5G，我们可以看到，在4G时代，带宽可以扩展到上百兆，带宽可以到上行500兆，下行1G，但是用户面的时延10毫秒，控制面的时延50毫秒。增强的4G的V2X增加了一些功能，像车联网编队、高级驾驶、扩展远程驾驶。我们注意到最右边5G的时候，它的通信距离延伸到1公里，最高相对车速可以支持500公里，最大带宽到1G，最重要的是时延降到3毫秒，通信可靠性能做到99.99%。相对于其他的模式，5G是比较接近车联网需要的。

　　5G本身，我们走过了第一代移动通信，一个蜂窝小区，是以频率的不同区分用户，我们叫频分多址，它是模拟的，以GSN为代表的2G是数字的，以时隙的不同区分用户，TDMA，3G都是CDMA，是以码道的不同区分用户，码分多址。4G把频分、时分、码分都用上了，它的峰值速率可以上到100兆。现在5G来了，在多址方式上，5G和4G有所改进，但是并没有完全变化。

　　应该说整个移动通信都是十年一代，每一代移动通信的峰值速率是前一代的100倍，所以5G峰值速率可以上到20G，但是这是极端的情况，是工作在毫米波频段800兆的窄频，而且一个蜂窝全部给一个用户用，服务器就在边上，这种情况基本上是实验室做一个测试可以，对一般的应用是不可能的。即便做不到20G，做到1G是没有问题的。最重要的区别不在于带宽，而在于它扩展的应用模式叫产业互联网和智慧城市，三代应用场景增强移动宽带、超可靠、低延时、广覆盖、大连接，它基本上还依靠通信的基本原理，蜂窝做得更密，这样容量更大，尽管频率高了，传输距离短了，但是蜂窝密了，能够适应。其实是大规模的天线，也就是说把空分的能力也加上去了，还有窄宽频率以及物理层的改进。所以5G跟4G比，在多项性能上都有1-2个数量级的提升，比如说移动性现在能支持500公里时速的高铁，无线接口延时减少到1毫秒，连接密度提升10倍，一平方公里有100万个连接，能效和密度密度各提高100倍。

　　但是整个5G虽然考虑了车联网，但是准确地来说，它首先还是为了公众通信而设计的，公众通信跟车联网有什么不一样？公众通信是面向广大的客户，地域很宽，而城市里头车联网距离很短，包括前后的车辆也就几十米的距离，所以距离是比较短的，公众通信80%的情况下面是在房间里头的，处于非移动状态，车联网80%的情况是行驶的准备，所以对移动性管理是要求高的，通信只有在使用的时候才占用信道，但是车联网基本上是永远在线的。通信应该说主要是点到点，而城市车联网的V2V环境下是点到多点，和多点到点。面向通信发送的方式是已知的，而车联网发给谁不受车主控制，所以这要求是很多种多样的，是不一样的，我今天主要想说即便5G要满足车联网的要求也还是有很大的挑战，比如说传统的互联网是叫无连接的，所谓无连接在右图可以看到，一个信件可以拆成很多个IP包，过去是无连接，我们的路由器既有节点控制功能，也有传送转发功能，过去收的一个IP包打开看一下地址，找到最近的路由器做转发，这实际上是不考虑全网优化的，现在我们希望把节点控制功能抽出来，进行网络操作，把应用功能抽出来，然后全网收集全网的大数据，包括业务流量的数据以及车流的数据，还有网络资源的数据。在源端就定义了端到端的这条路由，这就是叫面向连接。

　　原来的无连接，一个邮件可以变成很多个信件，本来都是同一个源到同一个目的地的，但是实际上在互联网上，我们是逐包转发的，每一个包各自选路，这叫无连接，相当于走不通的路。在当初互联网开始的时候认为不稳定，所以我们用这种方式能够保证它通信的可靠性，即便一个包传不了，可以重传这个包，而不是一个信道都丢掉。如果用原来互联网无连接的方式就显得效率太低了，在车联网上尤其如此，所以我们改用软件定义网，也就是说通过网络的集中管理，从头到尾给它指定一个路由，这种情况在现实交通中，比如说我们在北京早高峰、晚高峰给公交车指定一个路由，但是平时不能对任何车定路由。而5G希望对所有的业务流能够在源端把每一个路有指定好，优化方式。实际上在现实情况下，可能只有级别很高的高级车辆才能有这种待遇。

（编辑：应用网_阳江站长网）

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