C-V2X с поддержкой сетей 5G NR: новая парадигма обмена данными между автотранспортом

Технологии 5G позволят более эффективно собирать данные телеметрии и открывать совершенно новые для автотранспорта функции, способные повысить безопасность на дорогах и развить сферу беспилотных авто. В системах V2X (система обмена данных между транспортными средствами, элементами дорожной инфраструктуры и другими участниками движения) есть потенциал, для раскрытия которого будет использоваться связь 5G NR. Это позволит значительно повысить уровень безопасности для водителей, пассажиров и пешеходов, снизить расход топлива и затраты времени на поездки.

В марте этого года организация 3GPP, которая занимается стандартизацией сетей 5G, одобрила введение в следующую версию глобального стандарта 5G NR (Release 16) первые спецификации C-V2X с поддержкой 5G NR. Мы считаем, что эта версия будет принята в первой половине 2020 года. Сочетание этой технологии и поддержки eMBB (сверхширокополосная мобильная связь), спецификации которой утвердили в 3GPP Release 15, станет первым шагом к использованию 5G NR для создания «умных» автомобилей на базе платформы Qualcomm Snapdragon Automotive Platform.

Мы не ждём глобального развёртывания сетей 5G, чтобы запустить прямой обмен данными между транспортными средствами при помощи технологий сотовой связи. Ещё в 3GPP Release 14 были описаны технологии V2X, которые позволяют автомобилям обмениваться базовой информацией с другими участниками движения и, например, светофорами, через определённые промежутки времени. Их возможности демонстрировались во время многих испытаний с применением нашего чипа C-V2X, Qualcomm 9150. Прямой обмен данными при помощи технологий C-V2X позволяет машине «видеть» своё окружение даже в ситуациях, когда другие объекты отсутствуют в прямой видимости, например, на слепых перекрёстках или в плохих погодных условиях. При этом новые технологии дополняют и расширяют возможности, привносимые другими пассивными датчиками, такими как радар, LIDAR и системы камер, у которых есть ограничения по дальности и видимости.

Документ 3GPP Release 16 и стандартизация C-V2X с поддержкой 5G NR выведут эти возможности на совершенно новый уровень и позволят транспортным средствам получать и отправлять намного больше информации, например, более подробные данные от датчиков и информацию о «намерениях» участников движения, о дорожной инфраструктуре и о перемещениях пешеходов. Причём обмен данными о «намерениях» поможет более эффективно планировать маршрут автомобиля, что важно для развития беспилотных транспортных средств в будущем. C-V2X превратится из технологии, которая в Release 14 служила в основном как средство повышения базовой безопасности на дорогах, в инструмент прямого взаимодействия между участниками движения, который поможет повысить безопасность движения и осведомлённость о ситуации на дорогах, а также снизить затраты топлива и времени в дороге.

Использование всех преимуществ C-V2X и 5G NR

Решения C-V2X на базе 5G NR для своей работы используют инновационные возможности, которые появились вместе с сетями 4G и 5G. Первая версия сетей 5G, которая начнёт внедряться уже этой весной и была стандартизирована в 3GPP Release 15, представила масштабируемый шаг частотной сетки каналов, который используется и для C-V2X. Одним из примеров её применения является возможность изменения плотности эталонного сигнала в зависимости от скорости транспортного средства. По нашим оценкам спектральная эффективность на высоких скоростях в этом случае вырастет в 3,5 раза, что крайне важно для новых сценариев использования C-V2X, например, для взаимообмена между автомобилями и элементами дорожной инфраструктуры большими объёмами данных от сенсоров.

Реализации C-V2X с поддержкой 5G NR предполагают несколько крупных улучшений на уровне радиосвязи, уникальных именно для 5G NR. В Release 16 впервые в стандарт 5G будет добавлена «боковая» линия связи — прямой канал обмена данными для систем V2X. Эта технология послужит основой для разработки будущих решений с использованием 5G NR в смартфонах и в других областях, например, в общественной безопасности. Базой для её создания послужили разработки Qualcomm Technologies для LTE Direct, которые по факту привели к появлению в 3GPP Release 14 технологий C-V2X. Также технологии, описанные в Release 14, позволят автомобилям с поддержкой более старой версии C-V2X обмениваться данными на дороге даже с новейшими моделями, в которых используется C-V2X обеих версий (из Release 14 и Release 16 с поддержкой 5G NR).

Новая парадигма обмена данными между транспортными средствами

В современной парадигме обмена данными при помощи мобильных сетей устройства меняют параметры передачи сигнала, такие как его модуляция и кодировка, в зависимости от качества сигнала базовых станций. С C-V2X задача усложняется тем, что речь идёт о постоянно перемещающихся транспортных средствах, а не о стационарных базовых станциях. В этом случае одного только качества сигнала недостаточно, чтобы понять, какие транспортные средства подходят для обмена данными в каждом конкретном случае. Представьте, что на перекрёстке за углом находится автомобиль. Уровень сигнала у него слабый, но сам автомобиль находится достаточно близко, то есть является частью важного для нашего авто окружения. Поэтому оба транспортных средства в данном случае должны иметь возможность получать полную информацию от датчиков независимо от того, находятся ли они в прямой видимости друг для друга.

А это в свою очередь означает, что нужна новая парадигма, которая будет учитывать не только уровень сигнала, но и расстояние между объектами. Сам подход к разработке сетей 5G из-за этого отличается от того, как строились сети предыдущих поколений. В частности, на «нижних» уровнях 5G NR (физический и MAC-уровни) появляется необходимость в оценке расстояния. К примеру, транспортные средства будут пересылать подтверждения, такие, как автоматические запросы на повторение передачи типа ACK/NAK, только если они находятся на определённом расстоянии от передатчика и только если передаваемая информация полезна этому транспортному средству. Такой подход поможет справиться и с проблемой «скрытого узла» в виде описанного выше автомобиля со слабым уровнем сигнала, который находится за углом. В целом благодаря ему повышается надёжность передачи информации для всех транспортных средств и обеспечивается большая пропускная способность системы, так как ресурсы сети больше не тратятся на передачу «бесполезных» для части участников движения.

C-V2X на базе 5G NR — не только технология передачи данных

Решение включить спецификации C-V2X с поддержкой 5G NR в релиз 3GPP Release 16 станет важным шагом в стандартизации современных технологий передачи данных, которые удовлетворяют требованиям автомобильной промышленности в отношении новых транспортных средств, в том числе и беспилотных. Помимо методов передачи данных, мы также ведём исследования и занимаемся стандартизацией протоколов более высокого уровня и способов передачи сообщений в региональных стандартах, таких как SAE, ETSI ITS и C-ITS. Эти стандартизированные сообщения позволят автомобилям разных производителей воспользоваться всеми преимуществами новых технологий C-V2X. Как и C-V2X, описанные в 3GPP Release 14, решения C-V2X с поддержкой 5G NR в основном будут использовать диапазон 5,9 ГГц, который во многих странах мира, например, в США, Европе и Китае, выделен для автотранспорта. При этом новая версия C-V2X будет использовать другие каналы в этом диапазоне.

Источник: habr.com