未來(lái)可期：5G移動(dòng)標準如何使互聯(lián)駕駛的愿景成為現實(shí)

　　Guido Dornbusch （Molex CVS 產(chǎn)品管理副總裁）

　　摘?要：展望了5G的市場(chǎng)規模及在互聯(lián)駕駛上的應用。

　　關(guān)鍵詞：5G；駕駛；互聯(lián)

　　1 5G的市場(chǎng)規模概況

　　愛(ài)立信開(kāi)展的一項研究顯示，到2020年，5G 移動(dòng)標準的使用人數將達到全球人口的15%，并且5G 用戶(hù)的數量到 2022 年將突破5億大關(guān)（如圖1）。預測結果同時(shí)表明，在從2019年開(kāi)始的未來(lái)6年里，每天都會(huì )新增超過(guò)100萬(wàn)的移動(dòng)寬帶用戶(hù)，從而截止到 2022 年底，總共將增加 26 億5G新用戶(hù)。

　　這些數字可以揭示出 5G 標準不可思議的市場(chǎng)潛力，尤其是考慮到此次研究尚未將物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 或者聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)考慮在內。然而，對于 5G 設備來(lái)說(shuō)這些都是主要的目標群體——畢竟5G標準的目標是首次以最優(yōu)的方式將“機器”整合到移動(dòng)通信當中。因而5G 已經(jīng)不僅僅是一個(gè)與電信部門(mén)有關(guān)的話(huà)題，而且還涉及行業(yè)的其他分支。例如汽車(chē)業(yè)已經(jīng)將其視作實(shí)現未來(lái)愿景的最佳手段，諸如自動(dòng)駕駛的聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)。這項任務(wù)將會(huì )面對一系列的挑戰，從 5G 指導方針的標準化到互聯(lián)汽車(chē)安全功能的實(shí)施、天線(xiàn)校準等（圖2）。

　　專(zhuān)家目前認為 5G 在3個(gè)應用領(lǐng)域存在巨大的潛力。

　　第1個(gè)應用領(lǐng)域與消費品行業(yè)有關(guān)（增強型移動(dòng)寬帶 - eMBB），在該領(lǐng)域，預計在提高了網(wǎng)絡(luò )流量并且降低了網(wǎng)絡(luò )的能耗后，可以實(shí)現大量設備的同時(shí)使用，而不會(huì )造成網(wǎng)損。那樣主要會(huì )為用戶(hù)增加便利并提高體驗質(zhì)量 （QoE）。例如，在大量人群聚集時(shí)，例如音樂(lè )會(huì )或者體育賽事，有非常多的個(gè)人設備要同時(shí)使用，那么網(wǎng)絡(luò )容量就必須足夠支持這些大量的人群。

　　第2個(gè)應用領(lǐng)域是大規模機器類(lèi)型通信（mMTC），特別是對于作為物聯(lián)網(wǎng)組成部分的所有類(lèi)型設備的聯(lián)網(wǎng)來(lái)說(shuō)，這一問(wèn)題越發(fā)重要起來(lái)。目標則是在每平方公里的范圍內實(shí)現多達100萬(wàn)臺互聯(lián)設備的通信。

　　然而，尤其是第3個(gè)潛在的應用才激起了汽車(chē)業(yè)對 5G 的極大興趣：高可靠低延遲（URLL），可以確?？煽康倪B接效果并縮短傳輸時(shí)間。這一應用對于不斷發(fā)展進(jìn)步中的自動(dòng)駕駛汽車(chē)技術(shù)至關(guān)重要。

　　由于 5G 可以?xún)?yōu)化移動(dòng)通信設備與汽車(chē)的集成，多個(gè)利益相關(guān)方都在參與著(zhù) 5G 標準的確定工作。盡管通信行業(yè)的主要參與者已經(jīng)定義了現有的標準，例如UMTS 和 LTE 等，新晉選手正在參與到 5G 中來(lái)。鑒于此，汽車(chē)行業(yè)成立了 5GAA，這是一個(gè)為 5G 的標準化來(lái)定義要求的機構。通用的定義是非常重要的，因為只有這樣，不同制造商生產(chǎn)的設備之間進(jìn)行有效的通信才會(huì )成為可能 – 比如說(shuō)，在道路交通方面。

　　2 與全向天線(xiàn)和信號強度有關(guān)的挑戰

　　盡管汽車(chē)行業(yè)對于 5G 的未來(lái)非常樂(lè )觀(guān)，但在技術(shù)實(shí)施過(guò)程中，仍然需要解決很多的細節問(wèn)題。一個(gè)挑戰就是移動(dòng)通信與天線(xiàn)設備的整合，其終極目標則是創(chuàng )造出一種“智能天線(xiàn)”。目前，信號是通過(guò)汽車(chē)車(chē)頂上的天線(xiàn)，以電纜連接的方式傳送到車(chē)載電子設備上去的，這類(lèi)電子設備往往位于駕駛室。5G 帶來(lái)更大的帶寬，同時(shí)也要求（6~100）GHz工作頻率，這樣一來(lái)，通過(guò)線(xiàn)纜從天線(xiàn)向電子元件發(fā)送信號將會(huì )造成極大的損耗。這也意味著(zhù)各種電子元件以及相應的信號處理系統的位置必須靠近天線(xiàn)—— 也就是說(shuō)，位于車(chē)頂的正下方或者處于天線(xiàn)之中。隨之產(chǎn)生的問(wèn)題是，電子元件將暴露在多變的天氣環(huán)境下。車(chē)頂以下以及天線(xiàn)自身遇到的高溫和氣候波動(dòng)會(huì )對電子元件的性能以及操作的生命周期產(chǎn)生極大的影響。只有少數幾家制造商才能在這類(lèi)條件下將電子元件和天線(xiàn)良好的結合到一起。

　　此外，將頻率范圍從當前的 6 GHz 拓展到高達 100GHz，會(huì )增加無(wú)線(xiàn)電場(chǎng)的衰減，這就意味著(zhù)只能在較短一些的距離上接收信號。這樣會(huì )導致全向天線(xiàn)發(fā)生問(wèn)題，天線(xiàn)隨之無(wú)法接收信號，或者只能在有限的程度上接收信號。盡管可以通過(guò)天線(xiàn)的精確對準來(lái)增加距離，然后就必須為設備加裝大量的天線(xiàn)。如此一來(lái)，就只能使用發(fā)射機方向上的天線(xiàn)。路邊單元還必須配備定向天線(xiàn)，從而將信號發(fā)射到路過(guò)的汽車(chē)中的設備上。一些天線(xiàn)的制造商以及汽車(chē)制造商已經(jīng)開(kāi)始合作來(lái)解決這一問(wèn)題。

　　3 5G 在互聯(lián)汽車(chē)中的未來(lái)

　　5G 很快就會(huì )取代 LTE 這一當前的移動(dòng)標準。專(zhuān)家認為，到 2020 年，將會(huì )有 2.5 億輛聯(lián)網(wǎng)的乘用車(chē)和卡車(chē)行駛在全球的道路上，并且到 2025 年，所有的新車(chē)都將連接到物聯(lián)網(wǎng)?；ヂ?lián)汽車(chē)的未來(lái)愿景似乎已經(jīng)觸手可及。在那一愿景成為現實(shí)前，汽車(chē)制造商都在愈發(fā)重視在汽車(chē)上安裝與安全和安防有關(guān)的傳感器，這樣汽車(chē)就可以在沒(méi)有任何網(wǎng)絡(luò )的情況下自主行駛，不必依賴(lài)于無(wú)線(xiàn)連接。通過(guò)無(wú)線(xiàn)連接運行的各種功能將用于增強駕駛員的舒適度。例如，通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，汽車(chē)可以得知前方事故導致的交通阻塞，然后選擇一條備選道路來(lái)避免不必要的等待。盡管從 2022 年起，道路上行駛的所有車(chē)輛并不會(huì )一下子就變得“聰明”起來(lái)，但隨著(zhù)新移動(dòng)標準的引入，我們已經(jīng)可以期待一個(gè)新時(shí)代的到來(lái)，到那時(shí)，作為物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)組成部分，移動(dòng)通信將會(huì )更進(jìn)一步地推動(dòng)未來(lái)愿景的實(shí)現。

　　參考文獻

　　[1]The Ericsson Mobility Report[R/OL].https://www.ericsson.com/en/mobility-report.

　　本文來(lái)源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2019年第11期第21頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。