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面向自动驾驶的5G技术

2016-09-26  来源:中国信息产业网  作者:解芳 姜春霞

随着4G进入规模商用阶段,面向2020年及未来的5G已成为通信技术研发热点。4G通信技术发展靠传输速率驱动,而5G通信技术发展将靠场景驱动,渗透到各个领域。自动驾驶是5G重要应用领域之一,在5G时代,时延将降至毫秒以内,更低延迟与高可靠性的传输性能,可满足车对车、车对基础设施等通信应用需求,促进自动驾驶应用的发展。

背景介绍

自动驾驶技术不仅能改善交通安全与堵塞等问题,同时对交通产业发展具有重要的战略意义。它以车对车、车对基础设施等通信为基础,在车-X(V2X:车、路、行人及互联网等)之间,进行无线通讯和信息交换与处理。自动驾驶发展的主要瓶颈是信息传输时延长以及车辆移动相对速度快带来的一系列问题。

目前,3GPP正在对车辆通信进行标准化,即基于LTE技术的车辆通信技术LTE-V,其对应的车辆通信业务主要是主动安全、交通效率以及信息预留等信息的传输,它为辅助驾驶服务。而实现自动驾驶应用的通信传输指标相对更高,需要传输时延达到1毫秒,满足自动驾驶中行车信息及控制等消息的实时交互,需要可靠性接近100%来保证自动驾驶的行车安全等,以上的通信问题是5G技术中要解决的关键问题。面向场景的5G技术,将引入先进的新型编译码及调制技术,新的帧结构设计等技术,通过更高的可靠性,更短的时延以及更高的传输效率等来共同满足未来自动驾驶业务的需求。

为了推动国内通信技术的发展,IMT-2020工作组对自动驾驶应用中5G通信立项,征集能够满足自动驾驶需求的5G技术和方案,解决车车之间直接通信的资源复用、冲突检测、切换带来对业务不连续问题,进一步推进我国在5G标准化中的进展。依托于国家重大专项《支持3D地图重构及自动驾驶的5G传输技术研发与验证》的支持,普天技术积极投入面向自动驾驶的5G技术研发,站在5G研究的前沿。以下介绍面向自动驾驶的5G架构和普天技术的研究情况。

面向自动驾驶的5G架构

面向自动驾驶的5G架构如下图所示,参与交通过程的车辆(vehicle)、行人(paradise)、以及路边单元(infrastructure)等接入终端之间通过或借助接入网进行信息收发。通过接入网传输的信息需要经过传输网和核心网甚至可能到自动驾驶的云平台。面向自动驾驶的5G技术在架构的各个层都有关键功能单元,以下结合具体功能对车载终端、接入网、核心网和云平台(云端服务器)进行详细说明。

面向自动驾驶的5G架构图

●面向自动驾驶的5G接入网

面向自动驾驶的5G接入网包括终端设备和5G接入设备。终端设备指车的传感器网络、路和人的传感器网络。车的传感器网络提供关于车的状况信息和车外环境状况,可以用来增强安全和作为安全驾驶的信息。路的传感器网络用于感知和传递路的状况信息。人的传感器网络用来感知交通行人周围环境的状况。以上感知信息是自动驾驶的信息源。

面向自动驾驶的5G接入设备主要负责对终端设备感知信息的无线发送和接收、空口无线资源管理、接入网侧移动性管理和空口通信的安全等。面向自动驾驶的5G技术在接入网侧将改变帧结构降低单个TTI传输时延,增强底层DMRS结构支持高达500公里/小时的移动速度,引入新的信道编码方式,设计适合于低时延业务类型的传输机制等,保证车辆高速移动场景中信息的及时可靠传输。

●面向自动驾驶的5G传输网和核心网

面向自动驾驶的5G传输网和核心网为车与车(V2V)、车与路(V2I)、车与网(V2C)、车与人(V2P)等的信息传输提供传输通道,在功能和性能上保障实时性、可服务性。其中传输网没有进行增强,以下主要介绍5G自动驾驶的核心网技术。

面向自动驾驶的5G核心网是提供自动驾驶业务的网络,包括移动管理实体(MME)、归属用户服务器(HSS)和网关(X-GW),以及V2X(代表V2V和V2P等)控制功能。MME是移动管理实体,负责移动性和承载管理。主要功能包括接入控制、移动性管理、会话管理、协助IP地址分配功能、无线侧网元间标识管理、xGW的选择,以及自动驾驶承载管理、自动驾驶业务的移动性管理、接入控制和会话管理。HSS是签约数据管理中心和鉴权中心。实现用户信息、组用户信息的管理和查询、用户鉴权、密钥(包括V2V和V2C密钥)生成、保存和管理等功能。还包含了签约数据库,其中保存了终端用户的基本签约信息和车辆签约信息等,为用户的移动性管理和V2X业务功能管理等提供数据支持。X-GW支持自动驾驶业务路由选择和数据转发功能、QoS控制、接入外部数据网功能。V2X控制功能(V2X Control Function)是逻辑功能,它用于对V2X所需的网络相关功能。提供为UE获得V2X业务功能的UE授权、自动驾驶直通通信必要参数配置。

●自动驾驶云平台

自动驾驶云平台支持自动驾驶应用服务与大数据处理,用于分析计算路况、大规模车辆路径规划、智能交通调度等,实现对车辆数据的存储分发、维护、信息融合和中央决策、下发决策结果,负责应用服务器功能、单播与多播模式的选择,以及业务分发功能。自动驾驶云平台借助EPS承载和MBMS承载业务来传输云端服务器和UE之间的应用信令和数据。自动驾驶云平台还负责提供对车载终端应用客户端的应用注册、注销、登录、登录退出管理;对车载终端应用客户端的状态监测和故障管理;对车载终端应用客户端的参数配置和远程控制;对车载终端软件的版本管理和下载管理。

面向自动驾驶的5G技术进展

普天技术借助在4G通信技术研发中的经验,重点研究以下三方面的内容,首先是支持自动驾驶中信息实时交互的5G低时延技术,包括超低时延的帧结构设计、相关物理信道的设计、HARQ增强技术等,从而实现自动驾驶的基本控制能力;其次是保证自动驾驶安全性的5G高可靠传输技术,依靠多维度分集技术和新型信道编码技术提升传输可靠性,满足业务可靠性需求;第三,支持超高移动速率下灵活和高效的5G网络技术,结合场景对双连接、协同多点传输等技术增强支持终端高移动性,保持业务的连续性和较高的系统性能。

随着重大专项的推进,普天技术将与国内知名车企和地图厂商合作集成高精度3D地图和自动驾驶应用平台,构建试验演示平台,完成基于5G技术方案的自动驾驶演示。在不远的将来,随着重大专项《支持3D地图重构及自动驾驶的5G传输技术研发与验证》的完成,普天技术将进一步增强在自动驾驶研发的5G关键技术的创新能力,提升在自动驾驶的领域研发影响力。

关键词:5G 自动驾驶