從V2X用例解密汽車工業(yè)和5G的技術(shù)需求關(guān)鍵性指標(biāo)

在本文中展示的用例細(xì)節(jié)取決于場景和行駛條件，它不可能考慮到未來所有的可能情況。因此，這些用例是基于歷史經(jīng)驗(yàn)、專家的意見和仿真結(jié)果總結(jié)得到的。它們將給大家提供一個(gè)數(shù)量級的概念，而不是一個(gè)確切的值。

在數(shù)字化運(yùn)輸和物流的遠(yuǎn)程感知和控制方面，類似于物聯(lián)網(wǎng)世界內(nèi)的其他用例，遠(yuǎn)程傳感器和車輛的控制是基于遙測和命令消息的傳輸，在一定的延遲或數(shù)據(jù)速率下，并不具有迫切的要求。然而，更具有挑戰(zhàn)性的是，它們必須能在車輛熄火，甚至在地下停車場的情況下工作。



這要求的穿透能力（特別是通過墻壁和地板）和功率能效已經(jīng)超越了當(dāng)前商業(yè)4G網(wǎng)絡(luò)所能提供的水平，以便實(shí)現(xiàn)良好的覆蓋水平，并增加車輛電池的壽命。這些方面已經(jīng)在最近的標(biāo)準(zhǔn)化工作和討論中有所描述，LTE Rel 12特別解決方案為達(dá)到10年電池壽命的兩節(jié)AA電池，覆蓋范圍擴(kuò)展15dB的需求被指定為Rel 13。但我們是不是應(yīng)該能在5G版本中再進(jìn)一步要求一下15年電池壽命和30dB？



此外，由于車輛可以解鎖甚至遠(yuǎn)程啟動(dòng)，安全方面也應(yīng)該避免車輛被潛在的黑客盜取信息甚至控制。這個(gè)用例的主要要求如下︰
1. 低功耗（相當(dāng)于或低于4G）；
2. 高穿透性能，可以通過墻壁、地板或者其他地下停車點(diǎn)；
3. 在應(yīng)用程序?qū)?，端到端低?s延遲；
4. 非常強(qiáng)的安全機(jī)制。

而在車輛的遠(yuǎn)程處理方面，將根據(jù)從車外到通信基礎(chǔ)設(shè)備的處理過程，在時(shí)延方面的要求可能會(huì)非常嚴(yán)格，也可能不嚴(yán)格。例如，根據(jù)變化后的道路條件，在沒有大問題的情況下更新計(jì)算行程可能需要幾秒鐘，而在現(xiàn)實(shí)中，通過強(qiáng)化應(yīng)用程序，行程呈現(xiàn)在擋風(fēng)玻璃上應(yīng)該在幾毫秒內(nèi)完成。一般情況下，遠(yuǎn)程處理需要采集通信基礎(chǔ)設(shè)備上傳車輛傳感器捕獲的所有信息，這樣的帶寬要求就可能要高達(dá)100M bit/s。此外，遠(yuǎn)程處理單元應(yīng)跟隨道路上行駛的車輛，這也需要低延遲一個(gè)特別的交接機(jī)制，所以虛擬機(jī)需要被從一個(gè)基站快速轉(zhuǎn)移到下一個(gè)基站。



路上信息社交方面，這個(gè)用例主要在時(shí)速將近200 km/h的車輛和覆蓋良好的公路基礎(chǔ)設(shè)施上，需要通信鏈路具有高數(shù)據(jù)速率（十幾M bit/s）和低延遲。此外，為了彌補(bǔ)車體對信號的屏蔽，需要提高穿透損失率，信號強(qiáng)度應(yīng)該達(dá)到15-20dB。



上面提供的KPI必須在不同的物理情況下實(shí)現(xiàn)——例如，發(fā)射和接收車輛的距離、相對速度及車輛密度——在一定條件下每輛車提供的負(fù)荷。例如，當(dāng)車輛距離基站10米遠(yuǎn)的地方，它可能比較容易實(shí)現(xiàn)10毫秒延遲與99.999%的可靠性，以相同的速度，在空蕩蕩的街道以同一方向行駛。而如果車輛是500米遠(yuǎn)，在相反的方向，在擁擠的街道，這將是更大的挑戰(zhàn)。如果要達(dá)到同樣的目標(biāo)，在那里它們就需要與許多其他車輛共享無線通訊信道。

表 不同條件下需要滿足的延遲和可靠性



這些條件背后的理念是：
車輛密度︰
城市環(huán)境中，我們假設(shè)每輛車占據(jù)6-12米的空間（4米車輛再加上2-8米的差距）。我們假設(shè)每個(gè)方向有2-3條車道的這種類型，那么就可以導(dǎo)致有1000-3000輛/平方公里。對于郊區(qū)的推導(dǎo)同樣，我們使用2條車道及8-20米的差距。對于高速公路場景，假定在同一條車道上60米的安全距離（高密度為12米），相關(guān)反應(yīng)時(shí)間為1.8秒和平均時(shí)速為120 km/h（高密度為24 km/h）。
相對速度︰
為了獲得這些值，我們考慮最大允許速度（50 km/h、100 km/h）和在一輛車最大可能的速度（250 km/h）。汽車制造商限制汽車速度在250 km/h（跑車可能不被限制）。
通信范圍︰
在城市環(huán)境中，在附近的汽車是主要交互的伙伴，因此認(rèn)為適當(dāng)?shù)姆秶?0-100米。相對于其他速度，我們選擇這樣的范圍是因?yàn)槭袇^(qū)汽車密集并且都保持一定的剎車距離（在對應(yīng)的速度下）。
提供負(fù)載︰
從平均情況來預(yù)計(jì)，大量的數(shù)據(jù)流量將在城市市區(qū)和高速公路環(huán)境中傳輸。城市市區(qū)環(huán)境提供高密度的信息，因而許多信息對象被發(fā)送到車輛。高速公路方案包括快速傳輸，需要更多預(yù)見和更多信息向汽車發(fā)送。郊區(qū)的環(huán)境通常不是那么密集，傳輸會(huì)相對緩慢。



應(yīng)該指出的是，這里給出的最大密度和速度值通常不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)，例如，在高速公路汽車密度為100輛/平方公里情況下，車輛通常會(huì)以遠(yuǎn)低于250 km/h的最高速度行駛。粗略地講，車輛密度和速度往往是負(fù)相關(guān)——面積稠密地區(qū)人口密度越大，車輛移動(dòng)越慢——而速度和必需的通信范圍呈正相關(guān)——車輛移動(dòng)的速度越快，它需要進(jìn)行的通信傳輸也越快。因此，密度和所需的范圍往往呈負(fù)相關(guān)——密度越大，車距就越短，車輛就越需要溝通。