2.2.5高精度定位
位置信息为实现车联网业务的提供重要参考,位置信息越准确,车联网业务可靠性越高。因此,高精度定位研究是实现车联网业务的关键技术之一。
在室外场景下,常用的定位技术包括GPS、北斗、辅助GPS(AssistedGPS,A-GPS)以及基于无线通信蜂窝网络的定位,如小区ID技术(Cell-ID),增强型小区ID技术(EnhanceCellID,ECID)。其中北斗导航定位系统是我国拥有独立知识产权的卫星定位系统,目标是形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系,推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用。而定位技术在室内场景下的更为复杂,为满足室内定位性能要求,近年来国内外学者及科研机构研究利用WLAN、射频识(RadioFrequencyIdentification,RFID)、超宽带(UltraWideBand,UWB)、蓝牙等无线网络来实现室内移动终端的定位技术,其定位精度可达米级,而采用UWB技术甚至可达厘米级精度。
图9:无线定位系统示意图
无线定位系统主要由两部分组成,如图9所示,包括信息提取和位置计算。各部分功能如下:
信息提取:可用于定位的对象包括无线信号(例如GPS、北斗、WiFi、蜂窝网等)、传感器(例如加速器、陀螺仪等)以及地图信息等,而不同的对象提取出的定位信息参数也各不相同。对于无线信号,收发机之间距离信息需要通过估计两者无线信道链路的参数信息来获取,该参数包括接收信号强度(ReceivedSignalStrength,RSS)、到达时间(TimeofArrival,TOA)、到达时间差(TimeDifferenceofArrival,TDOA)、到达角(AngleofArrival,AOA)等。实际接收的无线信号受非视距传输及多径效应、阴影效应的影响,因而即使精确估计信道参数信息,也难以获取准确的收发机之间的直线距离。传感器获得的是定位目标的运动方向、步长等信息。地图信息通常通过绘制高精地图,获得向量化参数,用来对定位目标进行约束或优化。上述参数是进行下一步位置估计的前提。
位置计算:定位算法是整个定位系统性能的关键性影响因素,一方面要求定位算法有较好的精准度;另一方面又要求定位系统有较低的复杂度和时延。精准度与复杂度之间的平衡,是定位系统开发考虑的重要因素。根据提取参数的不同,采用的定位算法也各不相同。例如根据无线信号提取的参数,可以采用非线性方程组算法、最优化算法或图样匹配算法,而采用传感器信息和地图信息则可采用位置跟踪算法,包括粒子滤波、路径约束等。另外,在高精度定位系统中,通常采用多源信息融合的混合定位算法。
3、车联网网络部署
3.1车联网网络部署方案
基于LTE-V2X的车联网网络架构如图3-10所示,是在蜂窝网架构基础上进行的增强和改进,其中涉及的关键网元及其功能如下:
图10:车联网网络架构
V2X应用服务器:核心网侧逻辑单元,完成对UE数据的接收和处理,以及对广播信息的配置与发送。同时是运营商间异网互通的接口。
V2X控制单元:核心网侧的逻辑控制单元,为V2X通信提供参数。
LTE-V基站:无线侧实体单元,实现Uu口通信的数据转发,在PC5口通信的mode3下实现资源分配,在mode4下修改预配置信息。
路侧单元(RSU):终端实体单元,分为终端型RSU和基站型RSU,均可以实现V2X数据的发送和接收。
车载终端:终端实体单元,实现V2X数据的发送与接收,在PC5通信mode4模式下实现资源选择的功能。
MEC服务器:提供基于Uu口的低时延业务,对V2X的数据进行本地化处理。在交叉路口场景(车速引导、交通灯控制等业务场景),考虑到基站机房资源受限等因素,可在就近的基站/RSU集成MEC功能,进行本地数据采集和边缘计算;在工业/企业园区等场景,可考虑在就近的站点机房/综合接入局房部署MEC边缘服务器,对园区内的车辆进行实时监控和调度;在高速公路等道路沿线,考虑到广覆盖等因素,MEC边缘服务器需分布式部署在公路沿线,但现阶段,受限于切换场景下MEC移动性管理及资源迁移方案尚不成熟,该场景可在5G网络商用部署之后(连续性覆盖高速公路等道路沿线),随着UPF核心网用户面网关下沉进行推广使用,同步的,计费、QoS等问题也可随之解决。
3.2车联网网络建设思路
车联网是智慧城市和智能交通的重要组成部分,联通车联网将以实际技术发展为依据,打造多维的立体化网络,为车联网业务的多样化提供支持与服务,聚焦重点区域进行部署,加快推进LTE-V技术成熟,并探索与5G-V2X的平滑对接的发展道路。
初步部署方案及时间表如图3-11所示,整体上可分为四个阶段:
第一个阶段(2017-2018)以建设开放实验室为主,广泛开展产业交流与合作,进行车联网试验基地建设以及典型场景业务演示;
第二阶段(2019)对LTE-V2X进行组网验证,同时对基于LTE-V2X的辅助驾驶业务进行预商用部署,包括主动安全、交通效率及信息娱乐类业务;
第三阶段(2020-2021)实现辅助驾驶业务的规模推广,同时开展基于5G-V2X车联网业务的试点部署,为实现自动驾驶打下基础;
第四阶段(2022-)开展5G-V2X自动驾驶试验及试点推广。