面向自動駕駛的5G技術

移動通信網(wǎng)消息(MSCBSC) 隨著4G進入規(guī)模商用階段，面向2020年及未來的5G已成為通信技術研發(fā)熱點。4G通信技術發(fā)展靠傳輸速率驅(qū)動，而5G通信技術發(fā)展將靠場景驅(qū)動，滲透到各個領域。自動駕駛是5G重要應用領域之一，在5G時代，時延將降至毫秒以內(nèi)，更低延遲與高可靠性的傳輸性能，可滿足車對車、車對基礎設施等通信應用需求，促進自動駕駛應用的發(fā)展。

背景介紹

自動駕駛技術不僅能改善交通安全與堵塞等問題，同時對交通產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。它以車對車、車對基礎設施等通信為基礎，在車-X（V2X：車、路、行人及互聯(lián)網(wǎng)等）之間，進行無線通訊和信息交換與處理。自動駕駛發(fā)展的主要瓶頸是信息傳輸時延長以及車輛移動相對速度快帶來的一系列問題。

目前，3GPP正在對車輛通信進行標準化，即基于LTE技術的車輛通信技術LTE-V，其對應的車輛通信業(yè)務主要是主動安全、交通效率以及信息預留等信息的傳輸，它為輔助駕駛服務。而實現(xiàn)自動駕駛應用的通信傳輸指標相對更高，需要傳輸時延達到1毫秒，滿足自動駕駛中行車信息及控制等消息的實時交互，需要可靠性接近100%來保證自動駕駛的行車安全等，以上的通信問題是5G技術中要解決的關鍵問題。面向場景的5G技術，將引入先進的新型編譯碼及調(diào)制技術，新的幀結構設計等技術，通過更高的可靠性，更短的時延以及更高的傳輸效率等來共同滿足未來自動駕駛業(yè)務的需求。

為了推動國內(nèi)通信技術的發(fā)展，IMT-2020工作組對自動駕駛應用中5G通信立項，征集能夠滿足自動駕駛需求的5G技術和方案，解決車車之間直接通信的資源復用、沖突檢測、切換帶來對業(yè)務不連續(xù)問題，進一步推進我國在5G標準化中的進展。依托于國家重大專項《支持3D地圖重構及自動駕駛的5G傳輸技術研發(fā)與驗證》的支持，普天技術積極投入面向自動駕駛的5G技術研發(fā)，站在5G研究的前沿。以下介紹面向自動駕駛的5G架構和普天技術的研究情況。

面向自動駕駛的5G架構

面向自動駕駛的5G架構如下圖所示，參與交通過程的車輛(vehicle)、行人(paradise)、以及路邊單元(infrastructure)等接入終端之間通過或借助接入網(wǎng)進行信息收發(fā)。通過接入網(wǎng)傳輸?shù)男畔⑿枰��?jīng)過傳輸網(wǎng)和核心網(wǎng)甚至可能到自動駕駛的云平臺。面向自動駕駛的5G技術在架構的各個層都有關鍵功能單元，以下結合具體功能對車載終端、接入網(wǎng)、核心網(wǎng)和云平臺(云端服務器)進行詳細說明。

面向自動駕駛的5G架構圖

面向自動駕駛的5G接入網(wǎng)

面向自動駕駛的5G接入網(wǎng)包括終端設備和5G接入設備。終端設備指車的傳感器網(wǎng)絡、路和人的傳感器網(wǎng)絡。車的傳感器網(wǎng)絡提供關于車的狀況信息和車外環(huán)境狀況，可以用來增強安全和作為安全駕駛的信息。路的傳感器網(wǎng)絡用于感知和傳遞路的狀況信息。人的傳感器網(wǎng)絡用來感知交通行人周圍環(huán)境的狀況。以上感知信息是自動駕駛的信息源。

面向自動駕駛的5G接入設備主要負責對終端設備感知信息的無線發(fā)送和接收、空口無線資源管理、接入網(wǎng)側移動性管理和空口通信的安全等。面向自動駕駛的5G技術在接入網(wǎng)側將改變幀結構降低單個TTI傳輸時延，增強底層DMRS結構支持高達500公里/小時的移動速度，引入新的信道編碼方式，設計適合于低時延業(yè)務類型的傳輸機制等，保證車輛高速移動場景中信息的及時可靠傳輸。

面向自動駕駛的5G傳輸網(wǎng)和核心網(wǎng)

面向自動駕駛的5G傳輸網(wǎng)和核心網(wǎng)為車與車（V2V）、車與路（V2I）、車與網(wǎng)（V2C）、車與人（V2P）等的信息傳輸提供傳輸通道，在功能和性能上保障實時性、可服務性。其中傳輸網(wǎng)沒有進行增強，以下主要介紹5G自動駕駛的核心網(wǎng)技術。

面向自動駕駛的5G核心網(wǎng)是提供自動駕駛業(yè)務的網(wǎng)絡，包括移動管理實體（MME）、歸屬用戶服務器（HSS）和網(wǎng)關（X-GW），以及V2X（代表V2V和V2P等）控制功能。MME是移動管理實體，負責移動性和承載管理。主要功能包括接入控制、移動性管理、會話管理、協(xié)助IP地址分配功能、無線側網(wǎng)元間標識管理、xGW的選擇，以及自動駕駛承載管理、自動駕駛業(yè)務的移動性管理、接入控制和會話管理。HSS是簽約數(shù)據(jù)管理中心和鑒權中心。實現(xiàn)用戶信息、組用戶信息的管理和查詢、用戶鑒權、密鑰（包括V2V和V2C密鑰）生成、保存和管理等功能。還包含了簽約數(shù)據(jù)庫，其中保存了終端用戶的基本簽約信息和車輛簽約信息等，為用戶的移動性管理和V2X業(yè)務功能管理等提供數(shù)據(jù)支持。X-GW支持自動駕駛業(yè)務路由選擇和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能、QoS控制、接入外部數(shù)據(jù)網(wǎng)功能。V2X控制功能（V2X Control Function）是邏輯功能，它用于對V2X所需的網(wǎng)絡相關功能。提供為UE獲得V2X業(yè)務功能的UE授權、自動駕駛直通通信必要參數(shù)配置。

自動駕駛云平臺

自動駕駛云平臺支持自動駕駛應用服務與大數(shù)據(jù)處理，用于分析計算路況、大規(guī)模車輛路徑規(guī)劃、智能交通調(diào)度等，實現(xiàn)對車輛數(shù)據(jù)的存儲分發(fā)、維護、信息融合和中央決策、下發(fā)決策結果，負責應用服務器功能、單播與多播模式的選擇，以及業(yè)務分發(fā)功能。自動駕駛云平臺借助EPS承載和MBMS承載業(yè)務來傳輸云端服務器和UE之間的應用信令和數(shù)據(jù)。自動駕駛云平臺還負責提供對車載終端應用客戶端的應用注冊、注銷、登錄、登錄退出管理；對車載終端應用客戶端的狀態(tài)監(jiān)測和故障管理；對車載終端應用客戶端的參數(shù)配置和遠程控制；對車載終端軟件的版本管理和下載管理。

面向自動駕駛的5G技術進展

普天技術借助在4G通信技術研發(fā)中的經(jīng)驗，重點研究以下三方面的內(nèi)容，首先是支持自動駕駛中信息實時交互的5G低時延技術，包括超低時延的幀結構設計、相關物理信道的設計、HARQ增強技術等，從而實現(xiàn)自動駕駛的基本控制能力；其次是保證自動駕駛安全性的5G高可靠傳輸技術，依靠多維度分集技術和新型信道編碼技術提升傳輸可靠性，滿足業(yè)務可靠性需求；第三，支持超高移動速率下靈活和高效的5G網(wǎng)絡技術，結合場景對雙連接、協(xié)同多點傳輸?shù)燃夹g增強支持終端高移動性，保持業(yè)務的連續(xù)性和較高的系統(tǒng)性能。

隨著重大專項的推進，普天技術將與國內(nèi)知名車企和地圖廠商合作集成高精度3D地圖和自動駕駛應用平臺，構建試驗演示平臺，完成基于5G技術方案的自動駕駛演示。在不遠的將來，隨著重大專項《支持3D地圖重構及自動駕駛的5G傳輸技術研發(fā)與驗證》的完成，普天技術將進一步增強在自動駕駛研發(fā)的5G關鍵技術的創(chuàng)新能力，提升在自動駕駛的領域研發(fā)影響力。

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編 輯：魏慧