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聚焦5•17电信日丨中国信科集团副总经理陈山枝:“5G+车联网”的技术与应用

2020年5月17日 16:34  CCTIME飞象网  

2020年世界电信和信息社会日大会5月17日召开了。大会上,中国信科集团副总经理、专家委主任,无线移动通信国家重点实验室主任、IEEE Fellow陈山枝博士以《“5G+车联网”的技术与应用》为题,分享5G赋能垂直行业、蜂窝车联网(C-V2X)技术与标准进展、C-V2X产业进展和应用、“5G+车联网”发展展望、中国信科(大唐)对5G和车联网的贡献等内容。

01、5G赋能垂直行业

移动通信基本上按照10年一代进行演进,从80年代的大哥大开始,2G承载话音+短信、3G支持互联网、4G的高速数据和各种APP改变了我们的生活。5G的着重点是改变社会,特别是万物互联、进入到垂直行业。5G从服务人到服务行业,赋能产业升级,催生新兴业态,对未来产业结构的转型升级带来很大变化。

5G的驱动力基于两个方面,一是移动互联网的增长,特别是视频流量的增长,未来5G的流量将是现在流量的1000倍。二是万物互联,据预测,未来连接到网络上的设备将是现在的100-1000倍,全球将有200-300亿联网设备。5G最关键的三大典型应用场景,增强移动宽带(eMBB)使得手机接入速率达到Gbps。另外两个应用,海量机器类通信(Mmtc)、超高可靠低时延通信(uRLLC)是之前移动通信系统(特别是1G到3G)所没有的。海量机器类通信(mMTC)实现每平方公里接入近1百万的设备,使智能物流、环境监测、智能计量等应用得以快速发展;超高可靠低时延通信(uRLLC)的ms级空口时延,使得自动驾驶、远程医疗、智能电网等对于时延特别敏感的业务接入成为可能。

我国政府的大力支持5G发展,由工信部牵头的5G技术试验在2019年Q1整体完成;由运营商牵头的5G规模试验在2019年Q3已经完成,2020年进入5G规模商用。随着5G商用的启幕,将推动移动互联网在我国由消费互联网向产业互联网发展,5G和大数据、云计算、区块链、人工智能等多种新技术叠加,催化反应,产生裂变,将颠覆部分传统产业,升级部分传统产业,孵化新应用,催生新业态、产生新商业模式。

5G是产业升级引擎和经济增长新极,预计2020--2035年5G产业价值链GDP贡献将达3.5万亿美元,相当于世界第七大经济体印度的GDP,并将创造就业机会2200万人次。5G将以全新网络架构,开启万物广泛互联、人机深度交互的新时代,成为全面构筑经济社会数字化转型的关键基础设施。5G也将带来巨大的产业变革,跨界竞争、打破壁、重构产业生态体系。电信运营商、互联网服务商、移动通信设备商、消费电子设备商、IT制造商、汽车制造商等融合跨界竞争。

02、蜂窝车联网(C-V2X)技术与标准进展

信息通信技术应用于汽车行业,从最早的收音机,到卫星导航、3G和4G的远程信息服务(Telematics),再到目前的LTE-V2X车联网以及未来的NR-V2X,车联网技术使低时延、高可靠的通信成为可能,“5G+车联网”将促进智能网联汽车(ICV)、智能交通和自动驾驶的发展。中国每年约有26万人死于交通事故,通过车联网实现车车、车路间的实时通信将对刹车、变道、突发事故等提前预警,提高道路安全。我国每年道路拥堵时间达12亿小时,汽车排放的有害气体比正常行驶时高出40%之多,通过车联网实现车车及车路协同将从技术上为绿波带通行、高优级车辆通行提供保障,提升交通效率。此外车辆的信息娱乐服务,比如保险和金融服务、车辆的远程诊断、多媒体信息与娱乐服务等,拓展了汽车信息服务和商业模式创新的空间。车联网可以提升道路安全和交通效率,最终支撑自动驾驶成为可能。

广义车联网包含:车内网、车际网和车云网;狭义车联网专指“V2X”。车内网通过控制器局域网络(Controller Area Network, CAN)技术建立的整车内部通信网络,实现汽车内部控制系统与各检测和执行部件间的数据通信;车云网(Telematics)远程信息服务或车载移动互联网,指车载终端通过3G/4G等实现与互联网的无线连接;车际网(V2X)是实现车车通信、车路通信的无线通信技术,包括C-V2X和IEEE 802.11p。C-V2X技术提出后,车云网和车际网都可以通过C-V2X实现。广义车联网(三者结合)是实现智能交通和无人驾驶的关键,车际网(V2X)联合ADAS 实现车车和车路协同,车云网将各种数据上传至云平台,实现宏观交通调控及开拓“出行即服务(MaaS)”等新市场。

相比通过3G和4G的Telematics只提供实时性和可靠性要求不高的远程信息服务,V2X (Vehicle to everything )支持车与车之间(V2V,Vehicle-to-Vehicle)、车与路之间(V2I,Vehicle-to-Infrastructure)、车与人之间(V2P,Vehicle-to-Pedestrian)、车与网络之间(V2N,Vehicle-to-Network),提供低时延、高可靠信息传输,支持道路安全类应用。

本人在2013年517电信日,首次在国内外公开提出LTE-V2X概念和关键技术,之后中国信科(原大唐)与产业界共同在3GPP形成国际标准,是首个基于蜂窝与直通融合的车联网技术。LTE-V2X支持LTE-V-CELL 和LTE-V-Direct两种模式。LTE-V-CELL利用运营商部署的集中式网络架构,支持车辆本地快速接入。LTE-V-Direct为分布式网络架构,采用灵活可靠的MAC机制,灵活支持车辆通信。通过大唐-福特汽车(Ford)京津高速公路联合测试,测试结果表明LTE-V2X通信性能优于IEEE 802.11p标准,LTE-V2X的各项性能居国际领先水平。在相同传输距离时,传输可靠性比IEEE 802.11p提升25%以上。

根据3GPP C-V2X车联网技术标准演进,LTE V2X和NR V2X互补关系,而不是替代关系(LTE-V2X和NR-V2X的in-device共存)。相比LTE-V,NR-V2X面向更高级V2X业务,提供更灵活、更可靠、更快速通信服务。比如车辆编队、高级驾驶、传感扩展、远程驾驶等时延在3-10MS级,接入可靠性在99.999%,数据传输速率要求100Mbps -1000Mbps等应用,NR-V2X相当于要求在直通链路(Sidelink)上实现eMBB以及URLLC。

03、V2X产业进展与应用

2017年9月,国家制造强国建设领导小组召开车联网产业发展专项委员会第一次会议,提出发展LTE-V2X,到2019年9月国务院印发《交通强国建设纲要》,我国颁布了一系列政策支持C-V2X的发展。特别是《交通强国建设纲要》指出:要加强智能网联汽车(智能汽车、自动驾驶、车路协同)研发,形成自主可控完整的产业链。

在一系列政策的支持下,我国建设了10个智能网联汽车示范区,中国信科(大唐)的产品和解决方案广泛应用于各大示范区部署。2018年8月,重庆i-VISTA自动驾驶大赛中首次引入LTE-V2X,中国信科(大唐)独家为此次挑战赛提供了LTE-V2X相关设备和技术支持。2018年11月,V2X“三跨”互联互通应用展示是世界首例跨通信模组、跨终端提供商和跨整车厂的互通测试,体现了中国C-V2X标准及产业的成熟度。2019年10月,汽车工程学会,IMT-2020 C-V2X工作组等单位联合组织了C-V2X“四跨”互联互通应用展示活动,在18年三跨基础上增加了安全机制,共70多家厂商参与,体现了中国C-V2X产业的健康有序的发展势头。中国信科(大唐)作为唯一端到端供应商全面参与“三跨”、“四跨”活动,全面提供路侧设备(RSU)、车载终端(OBU)、LTE-V2X通信模组、CA和安全模块等产品和解决方案。

国际上,2019年3月为加快C-ITS部署,欧盟出台新规试图在底层技术上排除C-V2X。2019年6月在5GAA等组织的努力推动下,欧盟委员会驳回了上述提案,保持技术中立。2019年11月21日,美国联邦通信委员会(FCC)提出在5.9GHz频段中划拨20MHz专用于C-V2X的建议。

雷达、激光、摄像头等高级驾驶辅助系统(ADAS, Advanced Driving Assistance System)受限于视距、环境等因素,成本高且难以适应复杂道路环境,需要车联网技术配合,实现从单车智能到网联智能。车联网技术与ADAS是互补关系,ADAS+C-V2X将从单车智能到网联智能,提升道路安全和交通效率,最终实现自动驾驶。

04、“5G+车联网”发展展望

随着《工业和信息化部关于推动5G加快发展的通知》等文件的发布,5G新基建已经出现,未来需要更丰富5G应用场景,培育新型应用模式,构建 5G应用生态系统。5G+车联网、5G+工业互联网、5G+医疗健康等在众多应用中相比更加成熟,将有利于得到更快的推广和应用。

基于C-V2X的道路基础设施将包括应用层的交通监管、事故处理、信息发布、车辆调度、行车辅助、出行辅助、合作驾驶等的应用系统建设,包括LTE –V2X网络建设,以及智能终端、道路传感网、车辆传感网、监控设备等基础交通设施的投资和建设。在现有的高速公路、城市道路的基础设施上,增加基于C-V2X技术的道路基础设施的建设与投资,将是构建智能网联新架构的重要组成,从而构成车路协同的新的网络。新的网络将实现交通和交警的跨界融合,为大众带来新的智慧出行服务。

车联网的建设将分为三个阶段,第一阶段通过V2X车车/车路协同,在城市道路和高速公路部署LTE-V2X,实现智能交通,提高交通效率,驾驶辅助安全;第二阶段将实现在特定区域、特定场景(园区、港口)等部署LTE-V2X,通过区域性中低速行车协同决策与控制,实现商用车(如工程车、货运车等)自动驾驶;阶段三将通过高度智能、广域网联感知、决策、控制等广域高速行车协同决策与控制,实现乘用车自动驾驶。第一阶段和第二阶段在这几年都会部署和商用。但第三阶段涉及普通消费者的乘用车自动驾驶可能需要很长时间才能实现,因为还涉及到法律等其它因素。

在上述应用中,C-V2X提供低时延、高可靠通信保障,异构多域连接提升协同信息感知,网联智能降低单车感知要求、降低成本。结合MEC(边缘计算)更大数据量更大范围的信息传播、边缘部署保障高带宽、低时延的特点,将能提供更广泛、更精确的信息感知、更强大的群体智能、更低的建设和投资成本。

汽车产业正面临百年未有之的大变革,汽车产业的“四化”变革 (电动化、智能化、网联化、共享化) 中的“三化”(智能化、网联化、共享化)与5G+车联网等技术的直接相关。未来的汽车将是新型的载人移动智能电子设备,当前是我国由汽车大国走向汽车强国的战略机遇期,我们愿与产业界共同合作实现梦想。

05、中国信科(大唐)对5G和车联网的贡献

中国信科是由大唐电信集团与烽火通信集团2018年7月重组成立的一家新的中央企业,大唐电信集团是我国移动通信“创新高地”,是3G TD-SCDMA的提出者,4G TD-LTE核心知识拥有者和标准主导者,5G关键技术和国际标准的主要贡献者;烽火通信集团是光通信的发源地,我国光通信系列核心器件的首创者,建立6+1产业基地,从1965年至今承担国家多条干线网络工程。

大唐从3G开始、对4G、5G和车联网的核心技术有着重要贡献,5G标准提案数量5000+、5G相关专利3400+,是TDD空口设计、大规模组网、超密集组网、车联网等核心技术的提出者,中国信科的专家分别担任国际电联(ITU) 5G技术评估组主席,3GPP核心网与终端(CT)组副主席,3GPP RAN5组副主席。目前中国信科的5G系列化产品与解决方案已投入5G新基建的建设当中。

2013年大唐首次在国内外提出LTE-V车联网概念,并主导国际标准制定;2014推动3GPP标准立项,发布全球首台LTE-V样机;2017年发布业界首款基于自研芯片LTE-V2X预商用产品OBU/RSU;2018发布全球首款车联网模组产品升级支持R14;2019发布车规级参考设计模组用于前装车载终端市场,发布具备融合感知及地基增强能力的整体解决方案。目前,大唐已经率先推出车规级通信模组DMD3A。

中国信科希望后续与业界同仁随5G扬帆起航推进5G商用和车联网应用,创新合作共赢。

编 辑:孙秀杰
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