一种面向自动驾驶的5G低时延技术方案

摘要

伴随着移动互联网、物联网的迅速发展，诞生了许多新兴业务。为满足新兴业务的新需求，第五代移动通信(Fifth Generation，5G)系统的研究拉开帷幕。5G系统具有低时延、高传输速率和高可靠性的特点，满足许多新兴业务的需求，如自动驾驶、虚拟现实等。其中，自动驾驶是低时延高可靠场景中的典型应用，长期演进(Long Term Evolution，LTE)系统已不能满足端到端时延的要求，需研究5G系统中的低时延技术以降低端到端时延，保证车辆间信息交互的实时性。
　　本文首先定义端到端时延并介绍其评估方式，然后对5G低时延相关技术进行研究，最后提出一种面向自动驾驶的低时延技术方案。该技术方案主要基于网络架构和空中接口两方面来设计，并搭建实验平台进行测试和验证。具体的研究内容如下:
　　(1)从网络架构上看，主要是基于LTE网络的改进。改进分为两方面:一方面是将分组核心演进(Evolved Packet Core，EPC)与演进型基站(Evolved Node Base，eNB)融合，使EPC功能下沉;另一方面，车载设备利用设备对设备(Device to Device，D2D)技术能够迅速发现临近的车辆并直接通信。基于EPC功能下沉和D2D技术提出了一种支持自动驾驶的5G新型网络架构。
　　(2)从空中接口上看，主要通过以下设计进行更新:在帧结构中使用更小的传输时间间隔(Transmission Time Interval，TTI)，子载波间距配置为60KHz，每个时隙中有7个连续符号;上、下行链路在时域上分别采用同步和异步两种混合自动重传请求(Hybrid Automatic Repeat reQuest，HARQ)方式;采用基于多相网络的滤波器组多载波(Filter Bank Multicarrier，FBMC)技术;采用稀疏码分多址(Sparse Code Multiple Access，SCMA)作为多址接入方式，并把消息传递算法(Message Passing Algorithm，MPA)映射到概率计算中作为多址接收方式。通过以上设计来更新空口，降低空口时延。
　　(3)对文中的低时延技术方案进行组网实验，得到端到端时延的平均值为2ms。实验结果验证了该方案的可行性，且符合IMT-2020(5G)推进组提出的5G端到端时延的要求，与国内外研究结果相比具有一定的优势。

目录

声明

致谢

摘要

1引言

1．1 5G的研究背景和意义

1．2 自动驾驶的研究背景和意义

1．3 5G国内外研究现状

1．4自动驾驶国内外研究现状

1．5主要创新工作及章节安排

2 5G低时延相关理论与技术

2．1时延分析

2．1．1端到端时延的定义

2．1．2端到端时延的评估方式

2．2 5G低时延的相关技术

2．2．1核心网功能下沉

2．2．2 D2D技术

2．2．3免调度技术

2．2．4 5G低时延的帧结构设计

2．2．5 HARQ重传技术

2．3本章小结

3低时延技术方案的设计

3．1网络架构的设计

3．1．1新型5G-V系统架构协议栈

3．1．2车与车(V2V)之间的空口协议栈

3．2 5G空口的设计

3．2．1空口传输参数集

3．2．2新型帧结构的设计

3．2．3 HARQ技术的设计

3．2．4调度时序的设计

3．2．5 5G新型多载波技术的设计

3．2．6 5G新型多址技术的设计

3．3本章小结

4基于低时延技术方案的实验及结果分析

4．1实验平台介绍

4．2实验器件介绍

4．2．1一体化eNB

4．2．2车载终端

4．3实验场景与参数配置

4．4端到端时延评估

4．4．1车载终端侧时延评估

4．4．2空口传输时延评估

4．4．3一体化eNB侧时延评估

4．4．4端到端往返时延评估

4．5实验结果及分析

4．6本章小结

5结论

5．1论文工作总结

5．2进一步研究方向

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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