隨著4G進(jìn)入規(guī)模商用階段，面向2020年及未來的5G已成為通信技術(shù)研發(fā)熱點(diǎn)。4G通信技術(shù)發(fā)展靠傳輸速率驅(qū)動(dòng)，而5G通信技術(shù)發(fā)展將靠場(chǎng)景驅(qū)動(dòng)，滲透到各個(gè)領(lǐng)域。自動(dòng)駕駛是5G重要應(yīng)用領(lǐng)域之一，在5G時(shí)代，時(shí)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(duì)車、車對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施等通信應(yīng)用需求，促進(jìn)自動(dòng)駕駛應(yīng)用的發(fā)展。

背景介紹

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

目前，3GPP正在對(duì)車輛通信進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，即基于LTE技術(shù)的車輛通信技術(shù)LTE-V，其對(duì)應(yīng)的車輛通信業(yè)務(wù)主要是主動(dòng)安全、交通效率以及信息預(yù)留等信息的傳輸，它為輔助駕駛服務(wù)。而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛應(yīng)用的通信傳輸指標(biāo)相對(duì)更高，需要傳輸時(shí)延達(dá)到1毫秒，滿足自動(dòng)駕駛中行車信息及控制等消息的實(shí)時(shí)交互，需要可靠性接近100%來保證自動(dòng)駕駛的行車安全等，以上的通信問題是5G技術(shù)中要解決的關(guān)鍵問題。面向場(chǎng)景的5G技術(shù)，將引入先進(jìn)的新型編譯碼及調(diào)制技術(shù)，新的幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等技術(shù)，通過更高的可靠性，更短的時(shí)延以及更高的傳輸效率等來共同滿足未來自動(dòng)駕駛業(yè)務(wù)的需求。

為了推動(dòng)國(guó)內(nèi)通信技術(shù)的發(fā)展，IMT-2020工作組對(duì)自動(dòng)駕駛應(yīng)用中5G通信立項(xiàng)，征集能夠滿足自動(dòng)駕駛需求的5G技術(shù)和方案，解決車車之間直接通信的資源復(fù)用、沖突檢測(cè)、切換帶來對(duì)業(yè)務(wù)不連續(xù)問題，進(jìn)一步推進(jìn)我國(guó)在5G標(biāo)準(zhǔn)化中的進(jìn)展。依托于國(guó)家重大專項(xiàng)《支持3D地圖重構(gòu)及自動(dòng)駕駛的5G傳輸技術(shù)研發(fā)與驗(yàn)證》的支持，普天技術(shù)積極投入面向自動(dòng)駕駛的5G技術(shù)研發(fā)，站在5G研究的前沿。以下介紹面向自動(dòng)駕駛的5G架構(gòu)和普天技術(shù)的研究情況。

面向自動(dòng)駕駛的5G架構(gòu)

面向自動(dòng)駕駛的5G架構(gòu)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(jìn)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(dòng)駕駛的云平臺(tái)。面向自動(dòng)駕駛的5G技術(shù)在架構(gòu)的各個(gè)層都有關(guān)鍵功能單元，以下結(jié)合具體功能對(duì)車載終端、接入網(wǎng)、核心網(wǎng)和云平臺(tái)(云端服務(wù)器)進(jìn)行詳細(xì)說明。

面向自動(dòng)駕駛的5G架構(gòu)圖

面向自動(dòng)駕駛的5G接入網(wǎng)

面向自動(dòng)駕駛的5G接入網(wǎng)包括終端設(shè)備和5G接入設(shè)備。終端設(shè)備指車的傳感器網(wǎng)絡(luò)、路和人的傳感器網(wǎng)絡(luò)。車的傳感器網(wǎng)絡(luò)提供關(guān)于車的狀況信息和車外環(huán)境狀況，可以用來增強(qiáng)安全和作為安全駕駛的信息。路的傳感器網(wǎng)絡(luò)用于感知和傳遞路的狀況信息。人的傳感器網(wǎng)絡(luò)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(dòng)駕駛的信息源。

面向自動(dòng)駕駛的5G接入設(shè)備主要負(fù)責(zé)對(duì)終端設(shè)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(cè)移動(dòng)性管理和空口通信的安全等。面向自動(dòng)駕駛的5G技術(shù)在接入網(wǎng)側(cè)將改變幀結(jié)構(gòu)降低單個(gè)TTI傳輸時(shí)延，增強(qiáng)底層DMRS結(jié)構(gòu)支持高達(dá)500公里/小時(shí)的移動(dòng)速度，引入新的信道編碼方式，設(shè)計(jì)適合于低時(shí)延業(yè)務(wù)類型的傳輸機(jī)制等，保證車輛高速移動(dòng)場(chǎng)景中信息的及時(shí)可靠傳輸。

面向自動(dòng)駕駛的5G傳輸網(wǎng)和核心網(wǎng)

面向自動(dòng)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(shí)時(shí)性、可服務(wù)性。其中傳輸網(wǎng)沒有進(jìn)行增強(qiáng)，以下主要介紹5G自動(dòng)駕駛的核心網(wǎng)技術(shù)。

面向自動(dòng)駕駛的5G核心網(wǎng)是提供自動(dòng)駕駛業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)，包括移動(dòng)管理實(shí)體（MME）、歸屬用戶服務(wù)器（HSS）和網(wǎng)關(guān)（X-GW），以及V2X（代表V2V和V2P等）控制功能。MME是移動(dòng)管理實(shí)體，負(fù)責(zé)移動(dòng)性和承載管理。主要功能包括接入控制、移動(dòng)性管理、會(huì)話管理、協(xié)助IP地址分配功能、無線側(cè)網(wǎng)元間標(biāo)識(shí)管理、xGW的選擇，以及自動(dòng)駕駛承載管理、自動(dòng)駕駛業(yè)務(wù)的移動(dòng)性管理、接入控制和會(huì)話管理。HSS是簽約數(shù)據(jù)管理中心和鑒權(quán)中心。實(shí)現(xiàn)用戶信息、組用戶信息的管理和查詢、用戶鑒權(quán)、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(dòng)性管理和V2X業(yè)務(wù)功能管理等提供數(shù)據(jù)支持。X-GW支持自動(dòng)駕駛業(yè)務(wù)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（V2XControlFunction）是邏輯功能，它用于對(duì)V2X所需的網(wǎng)絡(luò)相關(guān)功能。提供為UE獲得V2X業(yè)務(wù)功能的UE授權(quán)、自動(dòng)駕駛直通通信必要參數(shù)配置。

自動(dòng)駕駛云平臺(tái)

自動(dòng)駕駛云平臺(tái)支持自動(dòng)駕駛應(yīng)用服務(wù)與大數(shù)據(jù)處理，用于分析計(jì)算路況、大規(guī)模車輛路徑規(guī)劃、智能交通調(diào)度等，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)分發(fā)、維護(hù)、信息融合和中央決策、下發(fā)決策結(jié)果，負(fù)責(zé)應(yīng)用服務(wù)器功能、單播與多播模式的選擇，以及業(yè)務(wù)分發(fā)功能。自動(dòng)駕駛云平臺(tái)借助EPS承載和MBMS承載業(yè)務(wù)來傳輸云端服務(wù)器和UE之間的應(yīng)用信令和數(shù)據(jù)。自動(dòng)駕駛云平臺(tái)還負(fù)責(zé)提供對(duì)車載終端應(yīng)用客戶端的應(yīng)用注冊(cè)、注銷、登錄、登錄退出管理；對(duì)車載終端應(yīng)用客戶端的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障管理；對(duì)車載終端應(yīng)用客戶端的參數(shù)配置和遠(yuǎn)程控制；對(duì)車載終端軟件的版本管理和下載管理。

面向自動(dòng)駕駛的5G技術(shù)進(jìn)展

普天技術(shù)借助在4G通信技術(shù)研發(fā)中的經(jīng)驗(yàn)，重點(diǎn)研究以下三方面的內(nèi)容，首先是支持自動(dòng)駕駛中信息實(shí)時(shí)交互的5G低時(shí)延技術(shù)，包括超低時(shí)延的幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、相關(guān)物理信道的設(shè)計(jì)、HARQ增強(qiáng)技術(shù)等，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的基本控制能力；其次是保證自動(dòng)駕駛安全性的5G高可靠傳輸技術(shù)，依靠多維度分集技術(shù)和新型信道編碼技術(shù)提升傳輸可靠性，滿足業(yè)務(wù)可靠性需求；第三，支持超高移動(dòng)速率下靈活和高效的5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，結(jié)合場(chǎng)景對(duì)雙連接、協(xié)同多點(diǎn)傳輸?shù)燃夹g(shù)增強(qiáng)支持終端高移動(dòng)性，保持業(yè)務(wù)的連續(xù)性和較高的系統(tǒng)性能。

隨著重大專項(xiàng)的推進(jìn)，普天技術(shù)將與國(guó)內(nèi)知名車企和地圖廠商合作集成高精度3D地圖和自動(dòng)駕駛應(yīng)用平臺(tái)，構(gòu)建試驗(yàn)演示平臺(tái)，完成基于5G技術(shù)方案的自動(dòng)駕駛演示。在不遠(yuǎn)的將來，隨著重大專項(xiàng)《支持3D地圖重構(gòu)及自動(dòng)駕駛的5G傳輸技術(shù)研發(fā)與驗(yàn)證》的完成，普天技術(shù)將進(jìn)一步增強(qiáng)在自動(dòng)駕駛研發(fā)的5G關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新能力，提升在自動(dòng)駕駛的領(lǐng)域研發(fā)影響力。

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