KR20190095903A

KR20190095903A - 무선 통신 시스템의 적어도 두 명의 참가자들 간의 데이터 통신 방법, 대응하는 제어 유닛, 제어 유닛이 장착된 차량 및 컴퓨터 프로그램

Info

Publication number: KR20190095903A
Application number: KR1020190014543A
Authority: KR
Inventors: 로만 알리이브; 기욤 조노드; 안드레아스 녹젝; 토르스텐 헨
Original assignee: 폭스바겐 악티엔 게젤샤프트
Priority date: 2018-02-07
Filing date: 2019-02-07
Publication date: 2019-08-16
Also published as: EP3525374B1; EP3525374A1; US10790927B2; CN110120849A; KR102170581B1; CN110120849B; US20190245647A1

Abstract

제안은 통신 참가자들 간의 데이터 통신 방법과 관련이 있다. 상기 방법은 전송 참가자의 주변을 관찰하는 단계(202), 통신 참가자들의 위치 및 동작을 결정하는 단계(203), 및 추후 시점에서 전송 조건을 추정하는 단계(204)를 포함한다. 해결책은 또한 데이터 전송을 위한 데이터를 상이한 카테고리들로 분류하는 아이디어를 기반으로 하며, 상기 카테고리들은 전송 오류에 대한 상기 데이터의 민감성을 결정한다. 이러한 단계 통해 어떤 종류의 데이터가 양호한 전송 조건 하에서만 전송될 수 있고, 어떤 종류의 데이터가 또한 거친 전송 조건 하에서 전송될 수 있으며, 전송 스테이션은 상이한 카테고리의 데이터 전송을 계획할 수 있다는 것이 분명해진다. 또한, 제안은 전송될 데이터가 추정된 전송 조건에 적합한 카테고리에 있도록 전송 조건이 추정된 주어진 시점에서 상기 카테고리에 기초하여 데이터 전송을 위한 데이터를 선택하는 단계(205)와, 선택된 데이터를 전송하는 단계(207)를 포함한다. 이것은 한 예에서, 전송 오류에 매우 민감한 카테고리로 분류된 데이터는 채널 추정이 거친 전송 조건을 예측하는 전송 시간에 전송되지 않을 것이라는 것을 의미한다.

Description

무선 통신 시스템의 적어도 두 명의 참가자들 간의 데이터 통신 방법, 대응하는 제어 유닛, 제어 유닛이 장착된 차량 및 컴퓨터 프로그램{METHOD FOR DATA COMMUNICATION BETWEEN AT LEAST TWO PARTICIPANTS OF A WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM, CORRESPONDING CONTROL UNIT AND VEHICLE EQUIPPED WITH A CONTROL UNIT AS WELL AS COMPUTER PROGRAM}

본 발명의 개시 내용은 차량 간 통신(V2V)의 개선에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 자율 주행 또는 연계 주행 분야에서 메시지 교환을 위한 개선에 관한 것이다. 본 개시 내용은 또한 대응하는 제어 유닛, 및 그러한 제어 유닛이 장착된 차량뿐만 아니라 대응하는 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.

자율 주행(때때로 자동 주행, 자동화 주행 또는 무인 주행이라고도 함)은 주로 자율적인 차량, 이동 로봇 및 무인 운송 시스템의 움직임이다. 여러 등급의 자율 주행이 있다. 이 경우, 운전자가 여전히 차량에 존재하더라도, 특정 레벨에서 자율 주행이 이용되고, 운전자는 자율 주행 동작의 모니터링만을 수행할 수 있다. 유럽에서는 다양한 교통부(독일에서는 연방 도로 시스템 연구소가 참여함)이 함께 협력하여 다음과 같은 자율 단계를 정의했다.

● 레벨 0: "운전자 전용". 운전자가 스스로 운전하고, 조종하며, 가스를 넣고, 브레이크를 밟는 것 등을 한다.

● 레벨 1: 특정 보조 시스템이 차량 동작을 돕는다(정속 주행 시스템(cruise control system) - 자동 정속 주행 장치(Automatic Cruise Control; ACC) 포함함).

● 레벨 2: 부분 자동화. 여기서, 자동 주차, 추적 기능, 일반적인 종 방향 안내, 가속, 감속 등이 보조 시스템에 의해 수행된다(충돌 방지를 포함함).

● 레벨 3: 높은 자동화. 운전자는 지속적으로 시스템을 모니터링할 필요가 없다. 차량은 방향 지시등의 트리거링, 차선 변경 및 추적과 같은 기능을 독립적으로 수행한다. 운전자는 다른 것들에 의지할 수 있지만, 요청이 있는 경우 시스템은 사전 경고 기간 내에 지휘를 수행하도록 요청된다. 이러한 형태의 자율성은 고속도로에서 기술적으로 실현 가능하다. 입법자들은 레벨 3 차량을 허용하기 위해 노력하고 있다. 법적 프레임워크는 이미 만들어졌다.

● 레벨 4: 완전 자동화. 차량의 안내는 시스템에 의해 영구적으로 채택된다. 시스템이 더 이상 작업을 처리할 수 없으면, 운전자에게 지휘를 수행하도록 요청할 수 있다.

● 레벨 5: 운전자가 필요하지 않음. 목표를 설정하고 시스템을 시작하는 것을 제외하고, 인간의 어떠한 개입도 필요하지 않다.

미래의 연계 주행 애플리케이션은 자동화 주행의 효율성과 편안함을 상당히 개선시킬 것으로 예상된다. 차량 간의 협력 증가는 통신 시스템에 특정 요구 사항을 제기하고, 협력 차량 간의 메시지 교환 방식을 제기한다.

일반적으로 모든 차량 애플리케이션은 본질적으로 오류가 발생하기 쉬운 통신 채널을 가정하고, 오류 최소화의 작업을 ISO/OSI 통신 모델의 하위 계층에 부여한다.

그럼에도 불구하고, 특정 시간에서의 링크 계층 성능은 V2V 통신에서 매우 비정상적인 실제 통신 채널 특성에 크게 의존한다. 채널의 비정상은 시간과 공간에 따라 최소한의 만족스러운 애플리케이션 성능을 정의하는 파라미터를 비롯한 통계적 특성이 각각의 송신기 - 수신기 링크마다 상이하다는 것을 의미한다. 한편, 이는 대부분의 경우 V2V 통신 링크의 성능이 과소 평가되지만, 어떤 시간(t)에서의 통신 링크의 성능은 예상되는 허용 가능한 최소치보다 훨씬 낮을 수도 있다는 사실을 초래한다. 두 상황 모두에 대해, 결과적으로 많은 경우에, 통신 프로세스의 전체적인 효율성과 따라서 V2V 통신의 애플리케이션 안정성 및 기능 안전성이 허용 가능한 레벨 이하로 유지된다. 결과적으로, 기존의 V2V 통신에서는 많은 잠재적으로 가치가 있는 추가 기능 및 안전 협력 기능이 구현되지 않았다.

자율/연계 차량 간의 기능적 상호 작용에 사용되는 두 가지 기본적인 통신 유형, 즉 점대점 또는 유니 캐스트 및 점대다점 또는 멀티 캐스트 및 브로드 캐스트가 있다. 제 1 클래스의 예로서, 소대(platoon)에서 운전하는 동안 새로운 그룹 속도에 대한 유니 캐스트 승인 메시지와 같은 기능이 언급될 수 있다. 제 2 클래스의 한 가지 가능한 애플리케이션은, 검출된 충돌 가능성을 이웃하는 차량에게 알리는 브로드 캐스트 경고 메시지이다. 두 가지 예에서 모두, 메시지의 손실은 협력에 관련된 차량들에 대해 바람직하지 않거나 심지어 극적인 부정적 효과를 초래한다.

현재, 잠재적인 부정적 링크 불일치를 극복하기 위한 기존의 접근법은 고속 링크 적응 방법 및 저속 링크 적응 방법으로 분류될 수 있다.

하이브리드 자동 재송 요구 기술(hybrid automatic repeat request; HARQ)의 다양한 유형과 같은 "고속" 알고리즘은 대개 중복성의 증가와 전송 패리티 비트의 반복을 통한 오류 감소의 기회주의적 시도에 의존한다. 주된 목표는 매우 짧은 시간에 개선을 달성하는 것이기 때문에, 이 접근법은 실제 링크 특성에 대한 즉각적인 지식을 고려하지 않고 기회주의적 방식으로 데이터 재전송을 수행한다. 데이터 또는 패리티 비트 정보의 재전송으로 인한 비효율적인 채널 사용 이외에도, 이러한 방법은 중복성의 단순한 증가에 의해 실제 링크 조건이 충분히 개선될 수 없는 경우 이득을 얻지 못한다. 또한, 이 접근법은 그러한 불리한 링크 조건을 인식할 수 없을 것이며, 최대 재전송 횟수에 도달할 때까지 실패한 재전송을 더욱 시도할 것이다. 이러한 활동은 단대단 링크 효율성을 더욱 감소시키고, 애플리케이션 지연을 증가시킨다. 이러한 잠재적인 부정적 영향은 다양한 미션 크리티컬 V2V 협력 애플리케이션에 매우 바람직하지 않다.

"고속"과 달리, 소위 "저속" 링크 적응 알고리즘은 실제 링크 품질을 추정하고 이 정보를 고려한다. 그럼에도 불구하고, 링크 추정 및 적응에는 시간이 걸리기 때문에, 그 반응은 시간이 걸리고, 매우 가변적인 V2V 채널에서 항상 매우 효율적이지는 않다. 또한, 이러한 알고리즘은 통신 파트너로부터의 피드백을 필요로 하는데, 이는 피드백 메시지가 없는 데이터 브로드 캐스트의 경우에는 가능하지 않다.

브로드 캐스트 경우에 대한 동적 V2V 협력 통신의 가능한 문제점의 예시적인 예는 협력 충돌 방지 조작에 관련된 차량에 의해 수신된 브로드 캐스트 메시지에 대한 시간 및 공간 가변 채널의 영향이다. 여기서, 송신기와 모든 수신 차량 간의 상대 거리 및 속도의 차이로 인해, 각각의 링크에 대한 대응하는 오류율(error rate)은 서로 상당히 상이할 것이다. 일부 차량은 패킷 손실 없이 충돌 경고의 통지를 수신할 수 있지만, 다른 차량은 다수의 재전송 후에도 이 통지를 수신하지 못할 수 있다. 충돌 방지 프로세스에 직접 관련되는 일부 차량에서 기능 관련 정보가 없으면, 충돌 방지 애플리케이션의 완전한 실패를 초래할 수도 있다.

유니 캐스트에 대한 동적 V2V 협력 통신의 가능한 문제점의 예시적인 예는 협력 소대에서의 비상 제동 작용이다. 여기서, 소대장은 현재 속도를 소대장 레벨에서 요청한 속도로 줄이는 능력에 대해 각 소대 차량으로부터 유니 캐스트 확인을 필요로 한다. 유니 캐스트 전송시에 채널 품질이 높은 도플러 확산 요소에 의해 영향을 받거나 또는 차량의 통과나 주변의 교통 표지로부터의 매우 높은 도플러 시프트를 갖는 강한 정반사에 의해 영향을 받으면, 유니 캐스트 메시지는 손실될 수 있고 소대장은 추가의 재전송을 요구할 것이다. 이러한 재전송은 상기 설명된 방식과 유사하게 애플리케이션 지연을 초래할 수 있으며, 이는 결국 고밀도 군집 주행(platooning)의 성능 파라미터를 소대원 간의 최소 거리로 제한할 수 있다.

DE 10 2015 207 977 A1은 연계 주행 시나리오에서 교통 안전 면에서 해당 정보 조각의 중요성을 나타내는 관련성 정보를 결정하는 방법을 기술한다. 이 해결책은 통신 채널 과부하가 발생하는 경우 전송될 정보 면에서 증가된 유연성을 제공한다. 이 해결책은 제 1 도로 참가자 및 제 2 도로 참가자의 객체 특성의 획득을 포함한다. 또한, 이 해결책은 제 1 도로 참가자의 객체 특성과 관련하여 제 2 도로 참가자의 객체 특성의 관련성을 결정하는 것을 포함한다. 그런 다음, 이 해결책은 관련성 정보에 따라 데이터 통신을 위한 객체 특성을 선택하고 다른 도로 참가자에게 전송하는 단계를 포함한다.

연계 주행 또는 자율 주행을 위해, 차량 간에 특정 메시지를 서로 교환하는 것이 매우 중요하다. 메시지에 포함된 이러한 정보는 위치 정보, 주변 정보, 궤도 정보, 경고 정보, 제어 정보 등일 수 있다.

US 2017/0041760 A1에는, 적어도 한 명의 가입자가 이동 가능한, 통신 시스템의 적어도 하나의 파라미터를 적응시키는 방법이 공지되어 있으며, 이 경우에 모바일 가입자의 현재 위치가 한 번에 결정되고, 미래 시간에 대한 채널 품질이 환경 모델을 이용하여 현재 위치에 기초하여 추정되며, 적어도 하나의 파라미터는 추정에 기초하여 미래 시간에서 변경된다. 또한, 대응하는 장치가 개시된다. 이러한 파라미터는, 예를 들어, 얼마나 많은 상이한 심볼들이 전송될 수 있는지를 나타내는 변조 알파벳 또는 변조 타입, 전송 전력이다. 파라미터의 추가의 예는, 예를 들어, 정보율(부호율이라고도 함)이다. 또 다른 파라미터는, 예를 들어, 안테나 다이버시티 시스템의 조정일 수 있다. 이러한 파라미터는 데이터율, 레이턴시 및 전송 신뢰성에 영향을 준다.

EP 1 494 385 A1에는, 데이터 처리량을 최대화하고 재전송 정보를 사용하여 각각의 사용자로부터의 미래의 전송을 스케줄링하는 데이터 전송 스케줄링 방법 및 장치가 공지되어 있다. 이 방법 및 장치는 사용자로부터의 전송을 스케줄링할 때 프레임 오류율(Frame Error Rate; FER) 및 재전송 횟수를 설명하는 사용자의 데이터율(즉, 그들의 효과적인 데이터 처리율)의 보다 정확한 측정치를 이용한다. 특히, 복수의 이동 단말기로부터의 전송을 스케줄링하기 위해, 각각의 이동 단말기로부터의 미래의 전송에 대한 데이터율이 계산된다. 이 데이터율의 계산은 패킷의 미래의 재전송의 가능성을 고려하고, 이는 또한 과거의 (재)전송에 대한 정보도 포함할 수 있다. 각각의 이동 단말기로부터의 미래의 전송은 계산된 미래의 데이터율에 따라 이들 단말기로부터의 전송을 우선 순위 매김으로써 스케줄링된다.

본 발명자들은 상기 기술된 접근법으로 상이한 문제점을 확인하였다. 링크 적응에는 시간이 걸리기 때문에, 현재의 전송 조건에 적용된 이러한 기술은 매우 가변적인 V2V 채널에서 항상 매우 효율적이지는 않다. 조건들은 링크 적응이 수행되기 전에 쓸모없게 될 수 있다. 또한, 이러한 알고리즘은 통신 파트너로부터의 피드백을 필요로 하는데, 이는 피드백 메시지가 없는 데이터 브로드 캐스트의 경우에는 가능하지 않다.

이러한 접근법의 한 가지 문제점은 오류가 발생하기 쉬운 통신 네트워크를 통해 매우 짧은 시간 내에 파트너들 간에 광범위한 메시지 교환이 필요하다는 것이다.

따라서, 상기 언급된 단점을 방지하는 개선된 접근법이 데이터 통신 시스템에 대해 필요하다. 이것은 본 발명의 문제점에 해당한다.

이 목적은 청구항 1에 따른 무선 통신 시스템의 적어도 2명의 참가자들 간의 데이터 통신 방법, 청구항 13에 따른 제어 유닛, 청구항 14에 따른 차량 및 청구항 15에 따른 컴퓨터 프로그램에 의해 달성된다. 종속항은 아래에 설명된 바와 같이 본 발명의 유리한 추가의 개발 및 개선을 포함한다.

통신 참가자들 간의 데이터 통신 방법은 소위 센서 기반 예측 통신 기술의 방법을 통해 기본적인 채널 특성에 실제 통신을 적응시키려는 아이디어를 기반으로 한다. 특히, 데이터 통신 방법은, 전송 참가자의 주변을 관찰하는 단계, 통신 참가자들의 위치 및 동작을 결정하는 단계, 및 추후 시점에서 전송 조건을 추정하는 단계를 포함한다. 상기 해결책은 데이터 전송을 위해 준비된 데이터를 상이한 카테고리들로 분류하는 단계를 더 포함하며, 상기 카테고리들은 전송 오류에 대한 상기 데이터의 민감성(susceptibility)을 결정한다. 이러한 단계 통해 어떤 종류의 데이터가 양호한 전송 조건 하에서만 전송될 수 있고, 어떤 종류의 데이터가 거친 전송 조건 하에서 전송될 수 있으며, 전송 스테이션은 상이한 카테고리의 데이터 전송을 계획할 수 있다는 것이 분명해진다. 또한, 제안은 전송될 데이터가 추정된 전송 조건에 맞는 카테고리에 있도록 전송 조건이 추정된 주어진 시점에서 상기 카테고리에 기초하여 데이터 전송을 위한 데이터를 선택하는 단계와, 선택된 데이터를 전송하는 단계를 포함한다. 이것은 한 예에서, 전송 오류에 매우 민감한 카테고리로 분류된 데이터는 채널 추정이 거친 전송 조건을 예측하는 전송 시간에 전송되지 않는다는 것을 의미한다. 사용된 용어 카테고리는 반드시 메시지 클래스와 채널 조건 간의 엄격한 매핑을 의미하는 것이 아니라, 데이터 요구 사항과 예측된 채널 조건 간의 의존성을 반영한다.

제안된 접근법의 주요 장점은 기존 및 미래의 미션 크리티컬 협력 애플리케이션의 안정성을 증가시킬 수 있으며, 차량에서 이미 사용 가능한 센서 데이터를 기반으로 한다는 것이다. 오류가 발생하기 쉬운 전송은 안정된 전송 조건이 존재하는 시간 슬롯으로 시프트되기 때문에, 왜곡된 전송은 방지되고 이는 재전송이 방지되어 통신 시스템의 성능을 주관적으로 개선시킨다는 것을 의미한다. 결과적으로, 제안된 바와 같이 통신 시스템에 의존하는 애플리케이션은 더 큰 안정성/효율성으로 작동한다. 연계 주행 또는 자율 주행과 같은 안전 관련 애플리케이션의 경우, 안전 요구 사항을 보다 잘 이행할 수 있다.

이 해결책은 V2V 메시지 교환의 주요 유형인, 승인된 유니 캐스트 통신 모드와 비승인된 브로드 캐스트 통신 모드 모두에 적합하다. 또 다른 장점은 독립적으로 적용될 수 있거나, 단대단 애플리케이션 신뢰성을 증가시키기 위해 기존에 사용되는 접근법과 결합될 수 있다는 것이다.

일 실시예에서, 전송을 위해 준비된 데이터는 전송을 위해 준비된 데이터와 대응하는 원하는 통신 링크 품질 간의 관계의 형태로 구조화되는 것이 유리하며, 이는 동적일 수 있거나 전송 스테이션의 전송 버퍼에 저장된 데이터의 상이한 카테고리를 열거하는 룩업 테이블(look-up table)의 형태일 수 있다.

일 실시예에서, 전송 조건을 추정하는 단계는 수신 참가자가 전송 참가자에 대한 시선(line of sight)에 있는지, 차단된 시선에 있는지 또는 전송 참가자에 대한 비시선에 있는지 여부를 추정하는 단계를 포함하는 것이 유리하다. 통신 참가자의 위치와 동작이 어떻게든 결정되기 때문에, 이 정보는 전송 참가자에서 쉽게 결정될 수 있다. 이 정보는 전송 조건의 추정을 증가시키는 데 도움을 준다.

향상된 실시예에서, 전송 조건을 추정하는 단계는 적어도 두 명의 참가자들 간의 상대 속도를 추정하는 단계, 전송 참가자의 주변에 있는 객체로부터의 산란된 신호 반사의 도플러 주파수 시프트, 지연 확산, 전력 관계 중 적어도 하나를 추정하는 단계, 적어도 두 명의 참가자들 간의 적어도 시선 전송에 대한 신호 이동 시간 및 선택적으로 수신 참가자에게 도달하는 관련 신호 반사에 대한 신호 이동 시간을 추정하는 단계 중 적어도 하나를 포함한다. 이 향상된 실시예에서, 링크 적응의 특정 기술은 추정된 정보에 의존한다.

다른 실시예에서, 상기 방법은 전송 조건이 전송 스테이션에서의 링크 적응에 의해 개선될 수 있는지를 점검하는 단계를 더 포함하는 것이 또한 유리하다. 링크 적응 기술이 고갈되고 간섭에 대한 채널의 강건성을 증가시키는 더 이상의 추가의 옵션이 없다면, 대응하는 결과가 취해질 수 있다.

복수의 다른 실시예들에서, 전송 참가자에서의 링크 적응의 단계는 하이브리드 자동 재송 요구(HARQ), 전송 전력 제어, 변조 유형 적응, 전송 스테이션에서의 다중 입력 단일 출력(multiple input single output; MISO) 및 다중 입력 다중 출력(multiple input multiple output; MIMO) 처리와 같은 펑처링 및 안테나 다이버시티 기술들 중 적어도 하나를 포함한다.

또 다른 실시예에서, 링크 적응의 단계는 전송 조건이 수신 스테이션에서의 링크 적응에 의해 개선될 수 있는지를 점검하는 단계를 포함한다.

이러한 실시예의 경우, 링크 적응의 단계가 도플러 보상 및 수신 스테이션에서의 다중 입력 단일 출력(MISO) 및 다중 입력 다중 출력(MIMO) 처리와 같은 안테나 다이버시티 기술들 중 적어도 하나를 포함하는 경우 유리하다.

전송 조건이 링크 적응에 의해 개선될 수 있는지를 점검하는 단계의 경우, 주어진 카테고리 내의 전송될 데이터가 전송 조건에 부합하는지 그리고 전송 조건이 주어진 데이터 카테고리에 적합한 것보다 더 거친지가 결정되면, 상기 데이터 전송은 연기되고, 선택적으로는 거친 전송 조건에 대한 민감성이 낮은 카테고리의 데이터로 데이터 전송이 진행되는 것이 또한 유리하다. 이러한 행동은 상기 언급한 바와 같이 통신 시스템의 성능 향상을 달성하기 위한 열쇠이다.

물론, 이상적인 경우에, 데이터의 연기는 전송 조건을 추정하는 단계에서 보다 양호한 전송 조건이 예측되는 시간에 해당한다.

상이한 카테고리의 대부분의 데이터는 시간 크리티컬 데이터를 포함한다. 이러한 데이터에는 특정한 시간 제약이 있다. 따라서, 데이터를 분류하는 단계에서 각각의 카테고리에 데이터의 레이턴시가 또한 할당되는 경우 유리하다.

특정 실시예에서, 데이터의 최대 허용된 연기는 주어진 카테고리에 있는 데이터의 레이턴시에 대응한다. 따라서, 시스템은 카테고리에 대응하는 레이턴시 시간으로 데이터의 연기를 제한할 수 있다. 이러한 연기에 의해 카테고리에 필요한 전송 조건에 도달할 수 없는 경우, 버퍼로부터 이러한 데이터를 폐기하는 것이 하나의 전략이다.

데이터를 분류하는 단계에서, 연계 주행 또는 자율 주행의 분야로부터 적어도 카테고리, 즉 유니 캐스트 승인 메시지 및 브로드 캐스트 경고 메시지가 구별되는 경우 또한 유리하다. 두 데이터 카테고리는 링크 적응 기술에서 상이하게 처리될 것이다.

대응하는 장점은 제안에 따른 제어 유닛, 제안에 따른 제어 유닛을 포함하는 대응하는 차량 및 청구된 바와 같은 제안에 따른 컴퓨터 프로그램에 대해 명백하다.

본 발명의 예시적인 실시예가 도면에 도시되어 있고 도면을 참조하여 아래에서 보다 상세하게 설명된다.
도면에서,
도 1은 이동 무선 통신을 통한 차량 대 차량 통신의 원리를 도시한다.
도 2는 소대의 차량들 간의 UWB 거리 측정의 원리를 도시한다.
도 3은 다양한 차량 전자 부품들과 차량 통신 네트워크에 대한 블록도를 도시한다.
도 4는 V2V 전송 참가자의 처리 유닛에서 실행될 컴퓨터 프로그램의 흐름도를 도시한다.
도 5는 V2V 수신 참가자의 처리 유닛에서 실행될 컴퓨터 프로그램의 흐름도를 도시한다.

본 설명은 본 개시 내용의 원리를 나타낸다. 따라서, 당업자가 본 명세서에 명시적으로 기술되거나 도시되지는 않았지만, 본 개시 내용의 원리를 포함하는 다양한 장치를 고안할 수 있음을 이해할 것이다.

본 명세서에 인용된 모든 예 및 조건부 언어는 독자가 본 개시 내용의 원리 및 기술 발전을 위해 발명자가 기여한 개념을 이해하는 데 도움을 주기 위한 교육적인 목적을 위한 것이며, 이러한 특별히 인용된 예 및 조건에 제한되지 않는 것으로 해석되어야 한다.

또한, 본 개시 내용의 원리, 양태 및 실시예뿐만 아니라 특정 예를 나열한 본 명세서의 모든 진술은 이의 구조적 및 기능적 등가물을 모두 포함하도록 의도된다. 또한, 이러한 등가물은 현재 알려진 등가물뿐만 아니라 미래에 개발되는 등가물, 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하는 임의의 요소를 모두 포함하는 것으로 의도된다.

따라서, 예를 들어, 본 명세서에 제시된 도면은 본 개시 내용의 원리를 포함하는 예시적인 회로의 개념도를 나타내는 것을 당업자는 이해할 것이다.

도면에 도시된 다양한 요소들의 기능은 적절한 소프트웨어와 관련하여 소프트웨어를 실행할 수 있는 하드웨어뿐만 아니라 전용 하드웨어의 사용을 통해 제공될 수 있다. 프로세서에 의해 제공될 때, 기능은 단일 전용 프로세서에 의해, 단일 공유 프로세서에 의해, 또는 복수의 개별 프로세서들에 의해 제공될 수 있으며, 이들 중 일부는 공유될 수 있다. 또한, "프로세서" 또는 "제어기"라는 용어의 명시적 사용은 소프트웨어를 실행할 수 있는 하드웨어를 독점적으로 지칭하는 것으로 해석되어서는 안 되며, 디지털 신호 프로세서(digital signal processor; DSP) 하드웨어, 소프트웨어를 저장하기 위한 읽기 전용 메모리(read only memory; ROM), 랜덤 액세스 메모리(random access memory; RAM) 및 비휘발성 저장 장치를 암시적으로 포함할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다.

다른 (종래 및/또는 주문형) 하드웨어가 또한 포함될 수 있다. 유사하게, 도면에 도시된 스위치는 단지 개념적이다. 이들의 기능은 프로그램 로직의 동작을 통해, 전용 로직을 통해, 프로그램 제어와 전용 로직의 상호 작용을 통해, 또는 수동으로 수행될 수 있으며, 특정 기술은 문맥으로부터 보다 구체적으로 이해되는 바와 같이 구현자가 선택할 수 있다.

청구 범위에서, 특정 기능을 수행하기 위한 수단으로 표현된 임의의 요소는, 예를 들어 a) 해당 기능을 수행하는 회로 요소들의 조합 또는 b) 임의의 형태, 즉 해당 기능을 수행하기 위해 소프트웨어를 실행하기 위한 적절한 회로와 결합된 펌웨어, 마이크로 코드 등을 포함하는 소프트웨어를 비롯한 해당 기능을 수행하는 임의의 방법을 포함하도록 의도된다. 이러한 청구 범위에 의해 정의된 바와 같은 본 개시 내용은 다양한 열거된 수단에 의해 제공되는 기능성이 청구 범위가 요구하는 방식으로 함께 결합되어 제공된다는 사실에 있다. 따라서 이러한 기능성을 제공할 수 있는 수단은 본 명세서에 도시된 것과 동일하다고 간주된다.

도 1은 이동 무선 통신을 이용한 차량 대 차량 통신(V2V)의 원리를 도시한다. 차량은 참조 번호 30으로 표시되어 있다. 차량이란 용어는 내연 기관 또는 전기 모터가 있는 자동차, 전기 모터가 있든 없든 자전거, 또는 머슬에 의해 구동되는 다른 차량, 또는 1개, 2개, 4개 또는 그 이상의 바퀴를 갖는 자동차에 대한 집합적인 용어로 이해해야 한다. 오토바이, 승용차, 트럭, 버스, 농업용 차량 또는 건설 기계에 대해서도 사용된다. 이 목록은 완전하지 않으며 다른 차량 카테고리를 포함한다.

그러나 연계 주행 조작 또는 자율 주행 분야에서는 차량 통신, 특히 차량 직접 통신이 필요하다. 차량 통신을 위한 다양한 시스템이 개발되었다. 예에는 "ad-hoc 도메인"이라고도 하는 WLAN 기반 차량 통신 및 이동 무선 네트워크 분야의 차량 통신이 포함된다. 그러나 이동 무선 기반 기술의 경우, 기지국은 차량에서 차량으로 메시지를 전송해야 한다. 이것은 통신이 소위 "인프라 도메인"에서 이루어지는 영역이다. 미래의 이동 무선 세대의 경우, 차량 직접 통신이 또한 가능하다. LTE(Long Term Evolution; 롱 텀 에볼루션)에서는 이 변형을 LTE-V라고 하며, 5G 이니셔티브(5G initiative)의 경우 이 변형을 D2D라고 한다.

도 1의 차량에는 각각 이동 무선 네트워크에서 통신을 위한 송신 및 수신 유닛의 역할을 하는 통신 모듈(110)이 장착되어 있다. 여기서, 차량(30)은 통합된 통신 모듈(110)로 인해 이동 무선 네트워크 가입자 스테이션에 해당한다. 차량으로부터의 메시지(업 링크) 및 차량으로의 메시지(다운 링크) 모두는 이동 무선 셀을 서비스하는 기지국(20)을 통해 라우팅되거나, 직접 차량 통신(사이드 링크)의 경우 차량(30) 간에 직접 라우팅된다. 차량(30)이 이 이동 무선 셀 내에 있는 경우, 차량(30)은 기지국(20)에 등록 또는 로그인된다. 차량이 이동 셀을 떠나는 경우, 차량은 이웃 셀로 핸드 오버되고(핸드 오버), 이에 따라 기지국(20)에서 로그 오프된다. 기지국(20)은 또한 차량(30) 또는 모든 다른 이동 무선 가입자가 이동 무선 셀에서 인터넷 데이터를 공급받도록 인터넷에 대한 액세스를 제공한다. 이를 위해, 기지국(20)은 소위 S1 인터페이스를 통해 EPC(Evolved Packet Core; 진화된 패킷 코어)(40)에 연결된다. 중앙 컴퓨터(50)는 또한 인터넷(10) 또는 다른 광역 네트워크(wide area network; WAN)를 통해 액세스 가능하다. 이것은 예를 들어, 개별 차량(30)의 위치 데이터 또는 궤도 정보 중 일부가 중앙 감시 또는 조정을 위해 보고될 수 있는 교통 제어 센터에 위치할 수 있다.

이러한 이동 무선 기술은 표준화되어 있으며, 여기서는 이동 무선 표준의 해당 사양을 참조한다. 현대의 이동 무선 표준의 예로서, 3GPP 이니셔티브 및 LTE(Long Term Evolution) 표준을 참조한다. 관련된 ETSI 사양 중 상당수는 현재 버전 14에서 사용할 수 있다. 다음은 버전 13의 예로서, ETSI TS 136 213 V13.0.0(2016-05); 진화된 범용 지상 무선 접속(Evolved Universal Terrestrial Radio Access; E-UTRA); 물리 계층 절차(3GPP TS 36.213 버전 13.0.0 릴리즈 13)를 언급한다.

LTE는 높은 전송률과 짧은 응답 시간을 나타낸다. 전송률의 증가는 더 양호한 변조 방법, 더 유연한 주파수 사용 및 더 큰 채널 대역폭에 의해 LTE에서 달성된다. 사양에 따르면, LTE는 현재 수학적으로 20 MHz 대역 당 다운 링크에서 300 MBit/s 이상, 업 링크에서 75 MBit/s의 전송률을 가지고 있으며, 더 적은 오버헤드를 갖는다.

LTE의 전송률은 기본적으로 주파수 범위, 채널 폭, 기지국(20)에 대한 거리 및 이동 무선 셀 내의 참가자 수에 의존한다. 더 많은 사용자가 동시에 대역폭을 사용할수록, 가입자 당 전송률이 낮아진다.

다운 링크의 경우, OFDMA 기술(Orthogonal Frequency Division Multiple Access; 직교 주파수 분할 다중 접속)이 사용된다. 여기서, 공지된 멀티 캐리어 전송 기술인 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing; 직교 주파수 분할 다중 방식)이 사용되고, 이 경우 데이터 심볼이 QPSK(Quadrature Phase-Shift Keying; 직교 위상 편이 변조) 또는 QAM(Quadrature Amplitude Modulation; 직교 진폭 변조)에 의해 개별 반송파로 변조된다. OFDMA를 통해, 사용 가능한 주파수 대역은 많은 협대역(채널)으로 분할된다. 대역폭은 주파수에서 최대한의 전송 전력을 추출하기 위해 유연하게 사용된다.

특수 알고리즘은 환경의 영향을 고려하여 적절한 채널을 선택한다. 이 경우, 바람직하게는 각각의 위치에서 사용자에게 가장 저렴한 반송파만이 전송에 사용된다.

업 링크의 경우, SC-FDMA 기술(Single Carrier Frequency Division Multiple Access; 단일 캐리어 주파수 분할 다중 접속)이 사용된다. 이것은 OFDMA와 매우 유사한 단일 캐리어 액세스 방법이다. SC-FDMA는 전력 변화가 더 적으며, 보다 간단한 전력 증폭기를 가능하게 한다. 이것은 특히 모바일 장치의 배터리를 보호한다.

사이드 링크 통신은 또한 업 링크 통신 자원을 사용한다.

도 2는 군집 주행이라 불리는 연계 주행 조작의 하나의 대표적인 예를 도시한다. 군집 주행은 "고밀도 군집 주행(high density platooning)"으로도 공지되어 있는 애플리케이션으로서의 지능형 호송 주행을 나타낸다. 호송 차량, 예를 들어 트럭 간의 거리는 교통 상황에 적응되고 조절된다. 목표는 에너지 소비를 줄이기 위해 호송 차량 간의 거리를 최대한 줄이는 것이다. 이 목적을 위해, 호송 차량 간에 끊임없이 메시지가 교환되어야 한다.

도 2에는 네 대의 차량을 갖는 호송 차량이 도시되어 있다. 이들은 유틸리티 차량이다. 일반적으로, 이들은 적절한 길이의 트럭으로서 함께 묶여서 함께 거리를 커버하여 에너지를 절약하고 환경을 보호한다. 소대장 차량은 "소대장(Platoon Leader)"에 해당하는 PL로 지정된다. 다음 호송 차량은 PV3 내지 PV1로 지정된다. 모든 차량에는 범지구 위성 항법 시스템(Global Navigation Satellite System)에 해당하는 GNSS 수신기가 장착되어 있다. GNSS 수신기의 예는 위성 위치 확인 시스템(Global Positioning System)에 해당하는 GPS-수신기, 갈릴레이(Galilei)-수신기, 글로나스(GLONASS)-수신기 및 베이더우(Beidou)-수신기가 있다. 소대의 모든 차량에는 직접 차량 통신을 위한 온보드 통신 수단이 장착되어 있다. 또한, 차량에는 초광대역(ultra-wide-band) 송수신기에 해당하는 UWB 송수신기가 장착되어 있는 것으로 도시되어 있다. 차량에는 각각 두 개의 UWB 송수신기가 장착되어 있으며, 하나는 차량 전면에, 두 번째 것은 차량 후면에 있다. 차량에는 또한 소대 조정 유닛도 장착되어 있다. 그러나 이 기능은 소대장 차량(PL)에서만 활성화된다.

고밀도 군집 주행(High Density Platooning) 분야에서 거리 측정을 위한 UWB 송수신기의 사용은 아인트호벤 공과 대학의 주요 논문에 설명되어 있다. "차량 군집 주행을 위한 초광대역(Ultra-wide Band for Vehicle Platooning)"이라는 제목의 이 주요 논문은 2016년 8월에 작성되었으며 저자는 A. Srujan이다.

차량에는 또한 주변 관찰을 위한 수단도 장착되어 있다. 환경 객체를 캡처하는 데 사용되는 센서 시스템은 애플리케이션에 따라 상이한 측정 방법을 기반으로 한다. 광범위한 기술은 그 중에서도, 무선 탐지 및 거리 측정(Radio Detection and Ranging)에 해당하는 레이더(Radar), 광 탐지 및 거리 측정(Light detection and ranging)에 해당하는 라이더(Lidar), 카메라 2D 및 3D 및 초음파 센서이다.

도 3은 현대 자동차의 온보드 네트워크의 전형적인 구성을 도시한다. 참조 번호 151은 엔진 제어 유닛을 나타낸다. 참조 번호 152는 전자 제어 주행 안정 장치(electronic stability control)에 해당하는 ESC 제어 유닛에 대응하고, 참조 번호 153은 전송 제어 유닛을 나타낸다. 차량 동적 제어 유닛 등과 같은 다른 제어 장치가 자동차에 제공될 수 있다. 모두 구동렬의 카테고리에 할당되는 이러한 제어 유닛의 네트워킹은 일반적으로 CAN 버스 시스템(controller area network; 계측 제어기 통신망)(104)에서 발생한다. 다양한 센서가 자동차에 설치되고 이들이 더 이상 개별 제어 유닛에만 연결되지 않기 때문에, 이러한 센서 데이터는 또한 버스 시스템(104)을 통해 개별 제어 장치에 분배된다. 자동차의 센서의 예로는 휠 속도 센서, 조향각 센서, 가속도 센서, 회전 데이터 센서, 타이어 압력 센서, 거리 센서, 노크 센서, 에어 센서 등이 있다. 차량에 장착된 다양한 센서는 도 3의 참조 번호(161, 162, 163)로 지정된다.

그러나 현대 자동차는 또한 예를 들어 전면 카메라, 후면 카메라 또는 측면 카메라 또는 운전자 모니터링 카메라로서의 비디오 카메라(105)뿐만 아니라 레이더 시스템의 실현 또는 거리 경고 또는 충돌 경고/방지 장치의 구현을 위한 라이더(LIDAR, Light Detection and Ranging) 또는 레이더(RADAR, Radio Detection and Ranging) 장치와 같은 추가의 구성 요소를 가질 수 있다. 이러한 시스템은 주변 관찰을 위해 차량에서 점점 더 많이 사용되고 있다. 주변 관찰을 위한 초음파 거리 센서와 같은 다른 시스템들이 또한 차량에 있을 수 있다. 통상적으로, 초음파 센서는 예를 들어 3m 내지 5m의 근거리 관찰을 위해 사용된다. 레이더(RADAR) 및 라이더(LIDAR) 센서는 250m 또는 150m까지의 범위를 스캔하는 데 사용될 수 있으며, 카메라는 30m 내지 120m의 범위를 커버한다.

조종석(cockpit)의 영역에 또한 설치된 내비게이션 시스템(120)은 종종 이것과 구별된다. 물론, 지도상에 표시되는 경로는 조종석의 디스플레이(도시되지 않음)상에 표시될 수 있다. 핸즈프리 전화 시스템과 같은 다른 구성 요소가 있을 수 있지만 자세하게 도시되지는 않는다. 참조 번호 110은 온보드 유닛을 나타낸다. 이 온보드 유닛(110)은 차량이 모바일 데이터를 수신 및 전송할 수 있는 통신 모듈에 대응한다. 일반적으로, 이것은, 예를 들어 LTE 표준에 따른 이동 무선 통신 모듈이다. 이 모든 장치는 인포테인먼트 영역에 할당된다. 따라서, 이들은 이 장치 카테고리의 특별한 요구를 위해 설계된 버스 시스템(102)을 통해 네트워킹된다. 고속 CAN 버스가 적용될 수 있는 일례이다.

추가의 예로서, 두 개의 구성 요소인, 운전자 지원 제어기(171) 및 UWB 송수신기(172 및 173)만을 연결하는 이더넷 버스(108)가 도시되어 있다. 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 각각의 차량에는 두 개의 UWB 송수신기가 장착되어 있는데, 하나는 전면에 다른 하나는 후면에 있다. 이더넷 버스는 또한 데이터 전송을 위한 더 높은 대역폭 때문에 이 통신 버스(108)를 위해 선택된다. 차량 통신의 특수한 요구에 맞게 적응된 하나의 이더넷 버스는 IEEE 802.1Q 사양에서 표준화되어 있다. 또한, 다른 도로 참가자로부터 V2V 통신을 통해 주변 관찰에 대한 많은 정보를 수신할 수 있다. 특히, 도로 참가자가 관찰 차량에 대한 시선(LOS)에 있지 않은 경우, V2V 통신을 통해 위치 및 동작에 대한 정보를 수신하는 것이 매우 유리하다.

차량 관련 센서 데이터를 통신 인터페이스(110)를 통해 다른 차량에 또는 중앙 컴퓨터(50)에 전송하기 위해, 게이트웨이(140)가 제공된다. 이것은 상이한 버스 시스템(102, 104 및 108)에 연결된다. 게이트웨이(140)는 지정된 패킷으로 데이터가 분배될 수 있도록 데이터를 변환하도록 적응하고, 이 데이터는 이더넷 버스(108)를 통해 수신되어 인포테인먼트 CAN-버스(102)의 전송 포맷으로 변환된다. 이 데이터를 외부, 즉 다른 자동차 또는 중앙 컴퓨터(50)에 포워딩하기 위해, 온보드 유닛(110)은 이러한 데이터 패킷을 수신하고, 차례로 이들은 이에 대응하여 사용되는 이동 무선 표준의 전송 포맷으로 변환하기 위한 통신 인터페이스가 장착되어 있다. 도시된 바와 같이, 게이트웨이(140)는 버스(102, 104)뿐만 아니라 버스(108)에 중앙 장치로서 연결된다. 따라서, 필요한 경우 상이한 버스 시스템 간에 데이터를 교환해야 하는 경우, 필요한 모든 포맷 변환을 취한다.

연계 주행 또는 자율 주행의 고려된 시나리오에서, 차량은 소위 협력적 인식 메시지(Cooperative Awareness Messages; CAM)를 주기적으로 브로드 캐스팅하여 그 주변에 다른 차량이 있는지를 알 수 있도록 한다. 자신의 주변 관찰 수단과 함께, 관찰 차량은 가까운 미래에 어떤 일이 일어나는지 잘 알고 있으며 전송 조건을 꽤 정확하게 추정할 수 있다. 모든 정보가 온보드 유닛(110)을 통해 수신될 수 있는 것은 아니라는 점에 유의해야 한다. 주변에는 V2V 통신 수단이 장착되지 않은 객체가 있을 수 있다. 이러한 객체는 다른 차량, 취약한 도로 참가자, 장애물 등을 포함할 수 있다.

차량에서의 주변 관찰 및 전송 조건 추정의 문제점은 전송 조건에 대한 전송 스테이션과 수신 스테이션 간의 상대적 움직임의 영향이다. 특히, 도플러 효과는 수신 차량에서 주파수 시프트를 야기하고, 전송의 주파수 범위에 의존한다. 도플러 확산에 대해 통신 시스템을 견고하게 만드는 해결책이 있다. LTE 이동 통신 시스템에 대한 하나의 정교한 해결책이 DE 10 2016 211 894 A1에 기술되어 있다. 여기서, 전송 스테이션과 수신 스테이션 간의 상대 속도가 추정될 것이고, 추정된 속도에 대응하여, DMRS 심볼(demodulation reference symbol; 복조 기준 심볼)의 수가 V2V 메시지의 전송을 위해 조정될 것이다. 이러한 DMRS 심볼은 파일럿 기준 심볼의 역할을 한다. 전송 프레임에서 더 많은 DMRS 심볼을 사용하면, 수신 측의 채널 추정이 더욱 정확해져서 수신기가 도플러 확산에 보다 잘 대처할 수 있다. 본 발명에서의 도플러 확산 보상 방법의 개시에 관해서 인용된 참조 문헌에 명시적으로 나타나 있다. 일 실시예에서, 전송 스테이션 및 수신 스테이션은 상대 속도를 추정하고 이에 대응하여 해당 DMRS 모드로 스위칭할 것이다.

도 4는 전송 참가자의 온보드 통신 유닛(110)에서 수행되는 프로세스를 도시한다. 이 프로세스는 예를 들어 소대 차량이 소대장 차량(PL)에 새로운 거리 측정 결과를 보고하기를 원할 때 소대 차량의 각각에서 수행된다. 일반적으로, 이는 CAM 메시지, 감응식 연계 순항 제어(Cooperative Adaptive Cruise Control)에 해당하는 CACC 메시지 등과 같은 협력적 조작 메시지를 전송할 때 수행될 수도 있다. 취약한 도로 사용자(Vulnerable Road User) 메시지, 교통 효율성(Traffic Efficiency) 메시지 또는 원격 작동 주행(Teleoperated Driving) 메시지와 같은 사용 사례에 대한 추가의 예가 있다. 이러한 사용 사례는 독일, 뮌헨 80992, 화웨이 독일 연구소의 Mate Boban, Apostolos Kousaridas, Konstantinos Manolakis, Joseph Eichinger, Wen Xu의 논문 "5G V2X 사용 사례, 요구 사항 및 설계 고려 사항(Use Cases, Requirements, and Design Considerations for 5G V2X)"에 자세히 설명되어 있다.

방법은 단계(201)에서 시작한다. 단계(202)에서는 주변 관찰 단계를 수행한다. 한편으로, 이 단계는 카메라(105)에 의해 캡처된 이미지에 적용된 이미지 처리 알고리즘에 의한 객체 인식을 포함한다. 다른 한편으로는, 이것은 CAM 메시지, 협력적 감지 메시지, 취약한 도로 사용자 메시지 및 교통 효율성 메시지 등을 수신함으로써 수집된 정보의 평가를 포함한다.

단계(203)에서는 주변 차량, 취약한 도로 참가자 및 다른 객체의 위치를 결정한다. 또한, 이 단계에서는 주변 차량, 취약한 도로 참가자 및 다른 객체의 동작이 결정될 것이다. 또한, 계획된 유니 캐스트 전송의 경우, 전송 스테이션과 수신 스테이션 간의 상대 속도가 결정될 것이다.

유니 캐스트 전송의 경우, 전송 차량은 하나의 파트너와만 통신한다는 것을 알고 있다. 이것은 전송 차량이 (센서 기반 예측 통신 알고리즘에 기초하여) 수신기 성능에 영향을 미칠 모든 정반사 채널 구성 요소 간의 전력 관계, 지연 확산 및 잠재적인 도플러 영향을 대략적으로 추정할 수 있게 한다. 센서 기반 도플러 예측 및 보상의 예는 다음과 같다: 원하는 데이터 전송시에, 자체 센서로부터의 사용 가능한 지식과 협력적 인식 메시지의 정보를 기반으로 하는 전송 차량은 수신 차량이 시선(LOS), 차단된 LOS(oLOS) 또는 비시선(non-LOS) 조건에 있는지 여부를 평가한다. 그런 다음, 통신 파트너에 대한 상대 속도 및 다른 차량, 예를 들어 근처의 트럭으로부터의 그리고 큰 교통 표지의 존재로부터의 강한 정반사의 존재가 계산된다. 차량의 위치 및 동작은 도로 참가자들 간에 정기적으로 교환되고, 예를 들어 CAM 메시지로 브로드 캐스팅된다는 점을 유의해야 한다. 이 모든 것은 단계(203)에서 수행된다.

그런 다음, 상대 및 절대 속도 레벨, LOS/oLOS/nLOS 조건 및 강한 정반사기의 존재에 기초하여, 단계(204)에서, 통신 프로세스에 대한 도플러 영향과 같은 링크 성능에 대한 잠재적인 부정적 영향이 수신 차량에 대해 추정된다. 이것은 수신 차량 및 강한 정반사를 잠재적으로 생성할 수 있는 정반사기에 대한 알려진 거리에 기초하여 LOS 전송 경로 및 모든 관련 정반사 전송 경로에 대한 신호 이동 시간 계산을 포함한다.

유니 캐스트에 대한 동적 V2V 협력 통신의 가능한 문제점의 예시적인 예는 협력 고밀도 소대에서의 비상 제동 작용이다. 여기서, 소대장(PL)은 현재 속도를 소대장 레벨(PL)에서 요청한 속도로 줄이는 능력에 대해 각 소대 차량(PV1 내지 PV3)으로부터 유니 캐스트 확인을 필요로 한다. 유니 캐스트 전송시에 채널 품질이 높은 도플러 확산 요소들에 의해 영향을 받거나 또는 차량의 통과나 주변의 교통 표지로부터의 매우 높은 도플러 시프트를 갖는 강한 정반사에 의해 영향을 받으면, 유니 캐스트 메시지는 손실될 수 있고 소대장(PL)은 추가의 재전송을 요구할 것이다. 이러한 재전송은 상기 설명된 방식과 유사하게 애플리케이션 지연을 초래할 수 있으며, 이는 결국 고밀도 군집 주행의 성능 파라미터를 소대원 간의 최소 거리로 제한할 수 있다.

전송 조건이 추정된 후에, 단계(205)에서, 전송 차량은 온보드 유닛(110)의 전송 버퍼로부터 적절한 데이터를 선택한다. 이 선택 단계는 전송 조건 추정 단계(204)로부터의 결과를 취하여, 전송 버퍼로부터 선택할 수 있는 데이터의 카테고리를 찾아 내기 위해 룩업 테이블에 대한 인덱스로서 이를 사용한다. 이는 상이한 데이터가 전송 오류에 대한 상이한 민감성 및 상이한 단대단 레이턴시를 가질 수 있기 때문이다. 상기 언급한 M. Boban 등의 참조 문헌에는 상이한 데이터 카테고리의 예가 표 1 에 제시되어 있다. 전송 조건은 미래의 기간 동안 추정되므로, 전송 스테이션은 역시 어떤 데이터 카테고리가 언제 전송될 것인지를 계획할 수 있다. 추정된 전송 조건 하에서 전송 오류의 양에 대해 충분히 민감한 카테고리의 전송 버퍼에서 데이터가 발견되지 않으면, 추정된 전송 조건에 가장 잘 맞는 카테고리로부터 데이터가 선택된다. 단계(206)에서는, 이용 가능한 균등화, 인코딩 및 링크 적응 전략이 개선을 가져올 수 있는지 여부를 점검하는 단계를 따른다. 전송을 위해 준비된 데이터는 상기 룩업 테이블에서 단대단 레이턴시(End-To-End Latency), 오류 성향에 대응하는 신뢰성(Reliability), 및 요구되는 데이터율(Data Rate)에 대한 엔트리로 구성될 것이다. 아래의 표 1은 M. Boban 등의 인용된 참조 문헌의 표에서 발췌한 내용을 나타낸다.

사용 사례 유형	단대단 레이턴시	신뢰성	차량 당 데이터율 (kbps)
협력적 인식	100ms-1sec	90-95%	5-96
협력적 감지	3ms-1sec	>95%	5-25000
협력적 조작	<3ms-100ms	>99%	10-5000
취약한 도로 사용자	100ms-1sec	95%	5-10
교통 효율성	>1sec	<90%	10-2000
원격 작동 주행	5-20ms	>99%	>25000

진보된 실시예에서, 표는 추가의 데이터 카테고리를 포함할 수 있다. 특정 센서 유형에 대한 특정 카테고리가 포함될 수 있다. 예를 들어, 보간 기술과 같은 오류 은폐를 위해 존재하는 다수의 방법이 있기 때문에 오디오 또는 비디오 데이터는 전송 오류에 덜 민감할 수 있다. 이 표에는 신뢰성이 하나의 검색 기준으로 나열되어 있지만, 오류율에 대한 허용 오차가 하나의 대안으로 사용될 수 있다. 그러면, 대응하는 비트 오류율(bit error rate; BER) 값이 표에 입력된다.

센서 기반의 예측 통신 알고리즘에 대한 보다 상세한 설명은 참조 문헌 DE 10 2015 214 968 A1을 갖는 출원인의 병렬 특허 출원에 나타난다. 링크 적응의 전형적인 방법은 부호율의 감소, 상이한 변조 유형으로의 변경, 예를 들어, 128 QAM에서 64 QAM으로, 32 QAM으로, 16 QAM으로, 8 PSK으로, QPSK으로, BPSK으로의 변경, 펑처링 및 안테나 다이버시티 프로세싱이다. 이것의 효과는 데이터율이 단계적으로 감소되지만 신뢰성은 단계적으로 증가된다는 것이다.

심각한 채널 조건으로 인해 충분한("충분한"이라는 용어는 주어진 V2V 애플리케이션에 대해 허용 가능한 성능을 의미함) 개선이 예상되지 않는 경우, 전송 조건이 애플리케이션에 의해 허용된 단대단 레이턴시 내에서 그러한 데이터에 대해 충분할 것으로 예상되는 미래의 시간까지 전송이 연기된다. 그런 다음, 프로그램은 단계(205)로 되돌아 간다.

충분한 개선이 예상되는 경우, 차량은 전송 파라미터를 재구성하여 채널의 잠재적인 부정적 영향을 최소화한다. 한 가지 가능한 예는 통신 차량 간의 높은 상대 속도로 인한 LOS 도플러 시프트의 보상이다. 여기서, 송신기 및 수신기에서의 예측 보상의 조합이 또한 가능하다. 예를 들어, 수신 차량은 송신기에서 센서 기반 예측 통신을 통한 추가 개선이 가능한지를 분석하고 수신 신호의 사후 균등화를 적용한다. 한 가지 가능한 예는 강한 정반사 신호 성분의 도플러 시프트 보상을 수행하는 것이다.

또 다른 예는 주변 환경으로 인한 도플러 확산이 비대칭 분포를 갖는 것으로 수신기에서 검출된 경우(일반적인 V2V 통신의 경우), 도플러 확산 스펙트럼 성분 그룹의 주파수 보상 시프트를 제공하는 것이다.

단계(207)에서, 데이터는 최종적으로 전송될 것이다.

단계(206)에서 연기된 데이터의 경우, 단계(208)에서 전송 버퍼 내의 이러한 데이터가 요구된 단대단 레이턴시를 위반하는지를 점검할 것이다, 긍정이면, 단계(209)에서 전송 버퍼로부터 삭제될 것이다. 그렇지 않으면, 프로그램은 단계(209)를 수행하지 않고 단계(210)에서 직접 종료한다.

대안적인 실시예에서, 데이터는 단지 연기될 뿐만 아니라, 전송되기 전에 처리될 것이다. 연기가 또한 이 단계에 포함될 수 있다. 이 해결책에 대한 한 가지 예는 협력적 감지의 사용 사례의 경우 센서 데이터의 전송이다. 전송 조건으로 인해 센서 미가공 데이터의 전송이 불가능한 경우, 이러한 데이터는 전송 전에 처리될 것이다. 이 처리 단계에 의해, 전송될 데이터의 양은 감소될 수 있다. 한편으로는, 데이터는 추가의 오류 방지 또는 오류 정정 코드를 사용하여 보안될 수 있다.

통상적인 멀티 캐스트 또는 브로드 캐스트 통신에서, 전송된 메시지는 주변의 많은 통신 파트너들에게 의도된다. 이는 수신 파트너들 중 일부가 전송 차량에 알려지지 않을 수 있다는 문제로 이어진다. 다른 통신 파트너들에 관한 정보가 송신기에서 이용 가능하더라도, 이러한 적응의 범위는 전송 채널의 물리적 특성(예를 들면, 전송 안테나의 수, 프리 코딩 매트릭스의 크기 등)에 의해 결정되기 때문에, 전송 신호를 가능한 모든 수신 차량에 동시에 적응시키는 것은 여전히 어려운 과제일 것이다. 이로 인해, 전형적인 센서 기반 예측 통신 기술은 멀티 캐스트 또는 브로드 캐스트 통신 모드의 전송을 위한 송신기에서 가능하지 않을 수 있다.

브로드 캐스트 경우에 대한 동적 V2V 협력 통신의 가능한 문제점의 예시적인 예는 협력 충돌 방지 조작에 관련된 차량에 의해 수신된 브로드 캐스트 메시지에 대한 시간 및 공간 가변 채널의 영향이다. 여기서, 송신기와 모든 수신 차량 간의 상대 거리 및 속도의 차이로 인해, 각각의 링크에 대한 대응하는 오류율은 서로 상당히 상이할 것이다. 일부 차량은 데이터 패킷 손실 없이 충돌 경고의 통지를 수신할 수 있지만, 다른 차량은 다수의 재전송 후에도 이 통지를 수신하지 못할 수 있다. 충돌 방지 프로세스에 직접 관련되는 일부 차량에서 기능 관련 정보가 없으면 충돌 방지 애플리케이션의 완전한 실패를 초래할 수도 있다. 그럼에도 불구하고, 브로드 캐스트 전송 모드에 대해, 도 4에 도시된 것과 동일한 프로세스를 사용하는 것이 하나의 접근법이다. 물론, 다수의 링크들에 대한 전송 조건이 추정될 필요가 있기 때문에, 전송 조건을 추정하는 단계(204)는 훨씬 더 요구가 많다. 그런 다음, 최악의 조건은 추가의 프로세스를 위해 취해질 수 있다.

다른 실시예에서, 수신 참가자에 대해 멀티 캐스트 전송은 유니 캐스트 링크로 보여지기 때문에, 예측 도플러 보상은 수신 참가자에게서 수행될 것이다. 이 경우에, 예측 통신은 수신기에서 수행되어야 하는데, 즉, 수신기는 대응하는 데이터가 전송되어야 할 때를 전송 스테이션에 알릴 필요가 있다. 이러한 프로세스는 도 5에서 대응하는 프로그램에 대한 흐름도로 도시된다. 프로그램은 단계(301)에서 시작한다. 단계(302)에서, 차량의 주변을 관찰하기 위해 도 4의 단계(202)에 대응하는 단계가 수행된다. 단계(303)는 객체의 위치 및 동작이 결정되는 단계(203)에 대응한다. 단계(305)에서, 도 4의 단계(206)에 대응하는 단계가 수행된다. 단계(304)는 전송 조건을 추정하는 단계가 수행되는 도 4의 단계(204)에 대응한다. 수신 스테이션이 전송 스테이션으로부터 기다리는 선택된 데이터 카테고리에 대해, 이러한 유형의 데이터가 전달될 수 있도록 링크 적응을 통해 추정된 전송 조건이 개선될 수 있는지가 점검될 것이다. 긍정이면, 링크 적응이 실행될 것이다. 이는 예를 들어 일례에서 상기 설명된 바와 같은 DMRS 모드의 선택에 관련된다. 수신기는 송신기에 이 링크 적응을 요청할 필요가 있다. 단계(306)는 그러한 피드백 정보를 송신기로 되돌려 보내기 위한 채널 추정의 단계에 대응한다. 이는 현재 DMRS 모드의 상기 DMRS 심볼을 이용함으로써 통상적인 방식으로 실행된다. 단계(307)에서, 수신 스테이션은 단계(305)에서 결정된 전송 조건에 적합한 DMRS 모드를 요청한다. 즉, 대응하는 메시지를 송신기에 보낸다. 향상된 실시예에서, 단계(307)에서의 수신기는 또한 송신기에게 이러한 데이터가 보내져야 하는 때 및 이러한 DMRS 모드가 이용되어야 하는 때를 알려준다. 전송 시간은 전송 조건 추정 단계(305)에서 또한 결정되었다. 따라서, 단계(307)는 수신기에서부터 송신기로의 피드백 루프에 대응한다. 프로그램은 단계(308)에서 종료한다.

제안된 방법 및 장치는 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 특수 목적 프로세서, 또는 이들의 조합의 다양한 형태로 구현될 수 있음을 이해해야 한다. 특수 목적 프로세서에는 주문형 집적 회로(application specific integrated circuit; ASIC), 축소 명령어 세트 컴퓨터(reduced instruction set computer; RISC) 및/또는 필드 프로그래머블 게이트 어레이(field programmable gate array; FPGA)가 포함될 수 있다. 바람직하게는, 제안된 방법 및 장치는 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로서 구현된다. 또한, 소프트웨어는 바람직하게는 프로그램 저장 장치 상에 명백하게 포함된 애플리케이션 프로그램으로서 구현된다. 애플리케이션 프로그램은 임의의 적합한 아키텍처를 포함하는 기계에 업로드되고 실행될 수 있다. 바람직하게는, 기계는 하나 이상의 중앙 처리 장치(central processing unit; CPU), 랜덤 액세스 메모리(random access memory; RAM) 및 입출력(I/O) 인터페이스(들)와 같은 하드웨어를 갖는 컴퓨터 플랫폼 상에 구현된다. 컴퓨터 플랫폼에는 또한 운영 체제 및 마이크로 명령어 코드가 포함되어 있다. 본 명세서에 설명된 다양한 프로세스 및 기능은 운영 체제를 통해 실행되는 마이크로 명령어 코드의 일부 또는 애플리케이션 프로그램의 일부(또는 이들의 조합)일 수 있다. 또한, 추가의 데이터 저장 장치 및 인쇄 장치와 같은 다양한 다른 주변 장치가 컴퓨터 플랫폼에 연결될 수 있다.

도면에 도시된 요소는 다양한 형태의 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있음을 이해해야 한다. 바람직하게는, 이들 요소는 프로세서, 메모리 및 입출력 인터페이스를 포함할 수 있는 하나 이상의 적절하게 프로그래밍된 범용 장치 상에 하드웨어 및 소프트웨어의 조합으로 구현된다. 본 명세서에서, "결합된(coupled)"이라는 문구는 하나 이상의 중간 구성 요소를 통해 직접 연결되거나 간접적으로 연결되는 것을 의미하도록 정의된다. 이러한 중간 구성 요소에는 하드웨어 및 소프트웨어 기반 구성 요소가 모두 포함될 수 있다.

첨부 도면에 도시된 구성 시스템 구성 요소 및 방법 단계 중 일부는 소프트웨어로 구현되는 것이 바람직하기 때문에, 시스템 구성 요소 (또는 프로세스 단계) 간의 실제 연결은 제안된 방법 및 장치가 프로그래밍되는 방식에 따라 상이할 수 있음을 또한 이해해야 한다. 본 명세서의 교시를 고려하면, 당업자는 제안된 방법 및 장치의 이들 및 유사한 구현예 또는 구성을 고려할 수 있을 것이다.

본 개시 내용은 여기에 설명된 예시적인 실시예에 제한되지 않는다. 이 발명개시에 속하는 것으로 간주되는 많은 상이한 적응 및 개발에 대한 범위가 있다.

10: 인터넷 20: 기지국
30: 차량 40: 진화된 패킷 코어(EPC)
50: 교통 제어 중앙 컴퓨터 100: 차량 통신 블록도
102: 고속 CAN 버스 105: 카메라
104: CAN 버스 108: 이더넷 버스
110: 온보드 유닛 120: 내비게이션 시스템
140: 게이트웨이 151: 엔진 제어 유닛
152: ESC 제어 유닛 153: 전송 제어 유닛
161: 센서 1 162: 센서 2
163: 센서 3 171: 운전자 지원 제어 유닛
172: UWB 송수신기 173: UWB 송수신기
1712: UWB 범위 스케줄링 유닛 201 -
210: 송신기 프로그램 단계 301 -
308: 수신기 프로그램 단계

Claims

무선 통신 시스템의 적어도 두 명의 참가자들(PL, PV1-PV3) 간의 데이터 통신 방법에 있어서,
전송 참가자의 주변을 관찰하는 단계(202)와,
상기 참가자들의 위치 및 동작을 결정하는 단계(203)와,
추후 시점에 대한 전송 조건을 추정하는 단계(204) - 참가자(PL, PV1-PV3)의 전송 버퍼에 저장된 데이터 통신을 위해 준비된 데이터는 상이한 카테고리들로 분류되며, 상기 카테고리들은 전송 오류에 대한 상기 데이터의 민감성(susceptibility)을 결정하는 것을 특징으로 함 - 와,
전송될 데이터가 상기 추정된 전송 조건에 적합한 카테고리에 있도록 상기 전송 조건이 상기 추정된 전송 조건에 기초하여 추정되었던 주어진 시점에서 상기 전송 버퍼로부터 데이터 전송을 위한 데이터의 카테고리를 선택하는 단계(205)와,
상기 추정된 전송 조건 하에서 전송 오류의 양에 대해 충분히 민감한 카테고리에서 데이터가 발견되지 않는 경우, 상기 추정된 전송 조건에 가장 적합한 데이터의 카테고리를 선택하는 단계와,
상기 전송 조건이 전송 스테이션에서의 링크 적응에 의해 개선될 수 있는지를 점검(check)하는 단계(206)와,
상기 링크 적응에 따라 상기 선택된 데이터를 전송하는 단계(207)
를 포함하는 무선 통신 시스템의 적어도 두 명의 참가자들(PL, PV1-PV3) 간의 데이터 통신 방법.
제1항에 있어서, 상기 전송 조건을 추정하는 단계(204)는, 수신 참가자가 상기 전송 참가자에 대한 시선(line of sight; LOS)에 있는지, 차단된 시선(obstructed line of sight; oLOS)에 있는지 또는 상기 전송 참가자에 대한 비시선(non-line of sight; nLOS)에 있는지 여부를 추정하는 단계를 포함하는 것인, 데이터 통신 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전송 조건을 추정하는 단계(204)는,
적어도 두 명의 참가자들 간의 상대 속도를 추정하는 단계와,
상기 전송 참가자의 주변에 있는 객체들로부터의 신호 반사의 도플러 주파수 시프트, 지연 확산, 전력 관계 중 적어도 하나를 추정하는 단계와,
적어도 두 명의 참가자들 간의 적어도 시선 전송에 대한, 및 선택적으로 상기 수신 참가자에게 도달하는 관련 신호 반사에 대한 신호 이동 시간을 추정하는 단계
중 적어도 하나를 포함하는 것인, 데이터 통신 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 전송을 위해 준비된 데이터는 전송 버퍼 내의 룩업 테이블 내에 구조화되고(organized), 상기 룩업 테이블은 상기 카테고리들에 상기 전송을 위해 준비된 데이터를 나열하는 것인, 데이터 통신 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 링크 적응에 의해 개선될 수 있는지를 점검하는 단계(206)는, 하이브리드 자동 재송 요구(hybrid automatic repeat request; HARQ), 전송 전력 제어, 변조 유형 적응, 상기 전송 스테이션에서의 다중 입력 단일 출력(multiple input single output; MISO) 및 다중 입력 다중 출력(multiple input multiple output; MIMO) 처리와 같은 펑처링 및 안테나 다이버시티 처리 기술들 중 적어도 하나를 포함하는 것인, 데이터 통신 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 전송 조건이 상기 수신 스테이션에서의 링크 적응에 의해 개선될 수 있는지를 점검하는 단계(305)를 더 포함하는 데이터 통신 방법.
제6항에 있어서, 상기 링크 적응에 의해 개선될 수 있는지를 점검하는 단계(305)는, 상기 수신 스테이션에서의 다중 입력 단일 출력(MISO) 및 다중 입력 다중 출력(MIMO) 처리와 같은 안테나 다이버시티 처리 기술과 도플러 보상 기술 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 도플러 보상 기술에 있어서, 상기 수신 스테이션은 피드백 메시지를 상기 전송 스테이션에 보내고, 상기 피드백 메시지로 상기 전송 스테이션은, 수행될 링크 적응의 유형 및 선택적으로는 이 링크 적응이 수행될 시간에 대해 통지받는 것인, 데이터 통신 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 데이터를 분류하는 것에 있어서, 연계 주행(cooperative driving) 또는 자율 주행의 분야로부터 적어도 카테고리, 유니 캐스트 승인 메시지 및 브로드 캐스트 알람 메시지가 구별되는 것인, 데이터 통신 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전송 조건이 링크 적응에 의해 개선될 수 있는지를 점검하는 단계(206)에서, 주어진 카테고리 내의 전송될 데이터가 상기 전송 조건에 부합하는지 그리고 상기 전송 조건이 주어진 카테고리에 적합한 것보다 더 러프(rough)한지가 결정되고, 상기 데이터 전송은 연기되고, 선택적으로는 러프한 전송 조건에 대한 민감성이 낮은 카테고리의 데이터로 데이터 전송이 진행되는 것인, 데이터 통신 방법.
제9항에 있어서, 상기 데이터의 연기는, 상기 전송 조건을 추정하는 단계에서, 보다 양호한 전송 조건이 예측되는 시간에 해당하는 것인, 데이터 통신 방법.
제10항에 있어서, 상기 데이터를 분류하는 것에 있어서, 각각의 카테고리에 데이터의 최대 허용 레이턴시가 또한 할당되는 것인, 데이터 통신 방법.
제11항에 있어서, 상기 전송 조건이 개선될 수 있는지를 점검하는 단계(206)에서, 상기 데이터의 최대 허용된 연기는 상기 주어진 카테고리 내의 상기 데이터의 레이턴시에 대응하는 것인, 데이터 통신 방법.
제어 유닛에 있어서, 상기 제어 유닛(171)은 제1항 또는 제2항의 단계를 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 제어 유닛.
차량에 있어서, 상기 차량(30)에는 제13항에 따른 제어 유닛(171)이 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 차량.
매체에 저장된 컴퓨터 프로그램에 있어서, 상기 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터에서 실행될 때 제1항 또는 제2항에 따른 방법을 수행하는 프로그램 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.