一、什么叫自动驾驶

自动驾驶分为 6 个等级：

Level 0：人工驾驶，无驾驶辅助系统，仅提醒。
Level 1：辅助人工驾驶，可实现单一的车速或转向控制自动化，仍由人工驾驶（如定速巡航、ACC）。
Level 2：部分自动驾驶，可实现车速和转向控制自动化，驾驶员必须始终保持监控（如车道中线保持）。
Level 3：有条件自动驾驶，可解放双手（hands off），驾驶员监控系统并在必要时进行干预。
Level 4：高级自动驾驶，可解放双眼（eyes off），在一些预定义的场景下无需驾驶员介入。
Level 5：全自动驾驶，完全自动化，不需要驾驶员（driverless）。

二、自动驾驶基本原理

关于自动驾驶的基本原理，需了解三大关键词：传感器、数据融合（Data Fusion）、100%安全性决策。

1、传感器

自动驾驶需要的传感器系统主要有三种类型：摄像头、雷达和激光雷达。

1.1、摄像头

摄像头是自动驾驶必备的传感器，包括前视、后视和 360 度摄像系统，后视和 360 度摄像头主要提供 360 度外部环境呈现，前视摄像头主要用于识别行人、车辆、道路、交通标志等。

1.2、雷达（RADAR）

自动驾驶需要多个雷达传感器，其功能是无线探测和测距，主要用于盲点检测、防碰撞、自动泊车、制动辅助、紧急制动和自动距离控制等应用。目前的雷达系统主要基于 24GHz 和 77GHz，相较于 24GHz，77GHz 在测量距离和速度时具有更高的精度，以及更高的角分辨率，且还具备天线尺寸小、干扰小等优点。

1.3、激光雷达（LiDAR）

LiDAR，即 Light Detection And Ranging 的缩写，它是一种基于激光的系统，除发射器（激光器）外，系统还具备高灵敏度的接收器。LiDAR 主要用于测量静止和移动物体的距离，并通过处理提供所检测物体的三维图像。

LiDAR 应用于自动驾驶所面临的挑战是，如何克服在雨雪、雾、温度等环境影响下识别较远距离的物体，同时，这玩意成本太高，目前不适合汽车领域的大规模部署。

2、数据融合（Data Fusion）

数据融合就是将不同传感器（如雷达、摄像头和激光雷达）数据进行智能化合成，实现不同信息源的互补性、冗余性和合作性，从而做出更好、更安全的决策。比如摄像头具有分辨颜色（识别指示牌和路标）的优势，可易受恶劣天气环境和光线的影响，但雷达在测距、穿透雨雾等有优势，两者互补融合可作出更精确、更可靠的评估和判断。

3、100%安全性决策

一旦出现交通事故，重则导致人身伤亡，因此，自动驾驶对技术安全的要求相当苛刻，需实现接近 100%的安全性。

简而言之，自动驾驶就是通过传感器收集全面的环境信息，再对信息融合处理，并作出接近 100%安全性决策。

目前多数人所谈的自动驾驶，都是基于汽车本地端的传感器、数据融合来实现决策的。

但是，你有没有想过，这种单凭本地端实现的方式存在一些局限性。

当汽车横穿十字路口时，自动驾驶能预知从左侧高速驶来的大卡车吗？

由于易受雨、雪、雾、强光等环境影响，摄像头能始终准确识别指示牌和红绿灯吗？

再举一个例子。

当自动驾驶在高速路上以 130 公里 / 小时行驶时，摄像机 / 雷达融合无法安全地检测到前方超过 120 米距离外的停车，这将触发超过 5 米每平方秒的紧急制动，这是无法接受的。

总之，道路环境异常复杂，雷达、摄像头和激光雷达等本地传感系统受限于视距、环境等因素影响，要实现 100%安全性，自动驾驶需要弥补本地传感器所欠缺的感知能力。

简单的理解，本地传感系统让汽车实现了“眼观六路”，但自动驾驶还需要“耳听八方”。

这就需要 C-V2X 闪亮登场。

三、C-V2X 能做什么？

C-V2X，C 即 Cellular，V2X 就是 vehicle-to-everything，指车与外界的信息交换，它是基于蜂窝网络的车联网技术。

C-V2X 指从 LTE-V2X 到 5G V2X 的平滑演进，它不仅支持现有的 LTE-V2X 应用，还支持未来 5G V2X 的全新应用。它基于强大的 3GPP 生态系统和连续完善的蜂窝网络覆盖，可大幅降低未来自动驾驶和车联网部署成本。

与雷达、激光雷达等传感器不同，我们可以把 V2X 视为一种无线传感器系统的解决方案，它允许车辆通过通信信道彼此共享信息，它可检测隐藏的威胁，扩大自动驾驶感知范围，能预见接下来会发生什么，从而进一步提升自动驾驶的安全性、效率和舒适性。C-V2X 被认为是自动驾驶的关键推动因素之一。

C-V2X 能做什么呢？还是继续举例吧。

如上图，道路前方弯道处停有一辆抛锚的汽车，但由于正好处于弯道，汽车本地的摄像头、雷达等传感器无法检测到，眼看一场车祸正要酿成悲剧。

幸运的是，我们有 V2X。

V2X 通过通信网络共享信息，具有“耳听八方”的能力，此时汽车显示屏上会提示前方有车辆，并启动减速和转向，安全通过。

再来一个案例。

如上图，前方的大卡车挡住了视线，而对面正驶来一辆汽车，此时要超车，毫无疑问是非常危险的。

当驾驶员刚打左转灯准备超车时，V2X 通过显示屏立即提示，前方有来车，不能超车…

直到危险解除后，才顺利超车，安全通过。

四、C-V2X 技术简介

V2X 主要包括 V2N（车辆与网络 / 云）、V2V（车辆与车辆）、V2I（车辆与道路基础设施）和 V2P（车辆与行人）之间的连接性。

2015 年，3GPP 在 Rel. 14 版本中启动了基于 LTE 系统的 V2X 服务标准研究，即 LTE-V2X，国内多家通信企业（华为、大唐、中兴）参与了 LTE-V 标准制定和研发。2016 年 9 月，首版涵盖了 V2V 和 V2I 的 V2X 标准发布；2017 年 6 月，进一步增强型 V2X 操作方案发布。

在 Rel. 14 中，V2V 通信基于 D2D（ Device-to-Device）通信，其为 Rel.12 和 Rel.13 版本中的 Proximity Services (ProSe) 近距离通信技术的一部分。新的 D2D 接口被命名为 PC5 接口，以实现可支持 V2X 要求的增强型功能，这些增强型功能包括：支持高达 500Km / h 的相对车速、支持 eNB 覆盖范围内的同步操作、提升资源分配性能、拥塞控制和流量管理等。

在 Rel. 14 中，LTE-V2X 主要有两种操作模式：通过 PC5 接口点对点通信（V2V）和通过 LTE-Uu 与网络通信（V2N）。

基于 PC5 接口的 V2V 通信也包括两种模式：管理模式（PC5 Mode 3）和非管理模式（PC5 Mode 4），当网络参与车辆调度时称为管理模式，当车辆独立于网络时称为非管理模式。在非管理模式下，基于车辆间的分布式算法来进行流量调度和干扰管理；在管理模式下，通过 Uu 接口的控制信令由基站（eNB）辅助进行流量调度和干扰管理。

C-V2X 还将持续平滑演进到 5G V2X，将对功能进一步增强，以支持低延迟和高可靠性 V2X 服务。

除了 PC5 和 Uu 接口，C-V2X 技术构架还包括 V2X 控制功能、边缘应用服务器和 V2X 应用服务器。

C-V2X 技术构架，来源 ngmn V2X 白皮书

V2X 控制功能（V2X control function）位于核心网，其为实现 V2X 通信向 UE 提供必要的参数以执行相关网络动作。

V2X 应用服务器可部署于网络之外，由车企、移动运营商或第三方来运营，从而跨运营商跨车厂，这也解决了过去车企担心的依赖 C-V2X 会导致自动驾驶业务被电信运营商所控制的问题。

边缘应用服务器靠近数据源部署，解决了时延和网络负荷问题，将在许多 V2X 用例（比如实时高清地图更新等）中发挥重要作用。

五、为何自动驾驶需要5G

目前基于 LTE 的 V2N 已经覆盖了很多车联网用例，比如交通信息提示、地图更新、OTA 固件更新。未来 V2V 和 V2I 将广泛应用于车联网的低时延、远距离通信场景。

你可以将 C-V2X 看成是连接 V2N 和 V2V/V2I 的粘合剂，其依托于成熟的蜂窝网络生态，随着 4G 向 5G 的技术演进，将在未来自动驾驶领域发挥关键的作用。

1、5G的速度是最大的优势

基于 5G 近实时的高清视频传输，V2N 和 V2V 互补（V2N2V），如前所述，让自动驾驶不仅能“眼观六路”，还能“耳听八方”，实现 100%安全性。

2、5G 网络切片技术提供始终如一的 QoS 保障

与互联网“尽力而为”的数据传输不同，网络切片可提供始终如一的低时延和高速率服务保障，这对于安全性要求极高的自动驾驶领域尤为关键。比如，当汽车行驶于网络拥塞区域（比如演唱会、体育场附近），网络切片技术仍然能优先保障汽车通信的高速率和低时延性能。

网络切片 vs 无网络切片性能监控

3、边缘计算是自动驾驶的未来

5G 核心网控制面与数据面彻底分离，NFV 令网络部署更加灵活，从而使能分布式的边缘计算部署。边缘计算将更多的数据计算和存储从“核心”下沉到“边缘”，部署于接近数据源的地方，一些数据不必再经过网络到达云端处理，从而降低时延和网络负荷，也提升了数据安全性和隐私性。

这对于时延要求极高、数据处理和存储量极大的自动驾驶领域而言，重要性不言而喻。未来对于靠近车辆的移动通信设备，如基站、路边单元等或均将部署车联网的边缘计算，来完成本地端的数据处理、加密和决策，并提供实时、高可靠的通信能力。

是的，自动驾驶需要 5G，但说到最后，对于 5G 自动驾驶，挑战在哪里？

想到了两点：

挑战一，网络频繁切换

5G 无线频率更高、覆盖范围小，未来城市的每个灯柱或将就是一个小基站，必然会带来基站间频繁切换的问题而影响自动驾驶能力，怎么破？

C-RAN（Cloud RAN）构架可大幅降低切换开销。

挑战二，天线怎么安装

今天的 5G 手机面临的一大挑战是，天线太多，手机空间太小。未来的汽车也将面临这样的问题。

我们掐指算一下，未来的汽车将有多少无线系统？LTE V2X（5.8-5.9GHz）、卫星定位（1.57GHz，1.1-1.2GHz，1.6GHz）、蓝牙（2.4GHz）、WIFI（2.4GHz，5GHz）、3G/4G 网络（700MHz-2.6GHz）、雷达（76-77GHz）、5G NR（3.3-4.9GHz、6-80GHz）、无线充电等等。

这么多天线系统，在安装时必须考虑汽车的挡风玻璃、金属壳对无线信号的衰减影响，怎么破？

目前还没有成套的解决方案，但是可以预期的是，不久的将来，新材料天线、与车体集成的天线将应运而生，大家可以拭目以待！

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