WO2023249420A1 - V2x 통신모듈 - Google Patents

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WO2023249420A1
WO2023249420A1 PCT/KR2023/008644 KR2023008644W WO2023249420A1 WO 2023249420 A1 WO2023249420 A1 WO 2023249420A1 KR 2023008644 W KR2023008644 W KR 2023008644W WO 2023249420 A1 WO2023249420 A1 WO 2023249420A1
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WO
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communication
driving
base station
configuration information
channel configuration
Prior art date
Application number
PCT/KR2023/008644
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English (en)
French (fr)
Inventor
이정엽
조상욱
Original Assignee
엘지이노텍 주식회사
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Publication date
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Priority claimed from KR1020220076472A external-priority patent/KR20230175052A/ko
Priority claimed from KR1020220076476A external-priority patent/KR20230175055A/ko
Application filed by 엘지이노텍 주식회사 filed Critical 엘지이노텍 주식회사
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/09—Arrangements for giving variable traffic instructions
    • G08G1/0962—Arrangements for giving variable traffic instructions having an indicator mounted inside the vehicle, e.g. giving voice messages
    • G08G1/0967—Systems involving transmission of highway information, e.g. weather, speed limits
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/38—Transceivers, i.e. devices in which transmitter and receiver form a structural unit and in which at least one part is used for functions of transmitting and receiving
    • H04B1/3822—Transceivers, i.e. devices in which transmitter and receiver form a structural unit and in which at least one part is used for functions of transmitting and receiving specially adapted for use in vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/06—Selective distribution of broadcast services, e.g. multimedia broadcast multicast service [MBMS]; Services to user groups; One-way selective calling services
    • H—ELECTRICITY
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    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/30—Services specially adapted for particular environments, situations or purposes
    • H04W4/40—Services specially adapted for particular environments, situations or purposes for vehicles, e.g. vehicle-to-pedestrians [V2P]
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    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/50—Allocation or scheduling criteria for wireless resources
    • H04W72/51—Allocation or scheduling criteria for wireless resources based on terminal or device properties

Definitions

  • the present invention relates to communication modules, and more specifically, to communication modules for autonomous driving and intelligent transportation systems, base stations, and autonomous driving and intelligent transportation systems.
  • V2X communication refers to communication that provides information through wired and wireless networks centered on vehicles, including wireless communication between vehicles (V2V: Vehicle to Vehicle), wireless communication between vehicle and infrastructure (V2I: Vehicle to Infrastructure), and vehicle.
  • V2V Vehicle to Vehicle
  • V2I Vehicle to Infrastructure
  • IVN In-Vehicle Networking
  • V2P Vehicle to Pedestrian
  • V2X communication uses GNSS to perform time synchronization for communication, but GNSS communication is difficult in GNSS shadow areas such as tunnels, so technology that can perform synchronization between communication modules is needed.
  • the technical problem to be solved by the present invention is to provide a communication module, base station, and autonomous driving and intelligent transportation system that dynamically allocates V2X frequency bandwidth for autonomous driving and intelligent transportation system.
  • Another technical problem that the present invention seeks to solve is an invention regarding a communication module capable of V2X communication in a GNSS shadow area and a communication method for the communication module.
  • the communication module includes a communication unit that receives communication channel configuration information for performing V2X communication from a base station; And a processing unit that generates communication data by allocating bandwidth to each function for performing V2X communication according to the received communication channel configuration information, and the communication channel configuration information varies depending on the area in which the communication module is located.
  • the communication channel configuration information is set according to regional information within the coverage area of the base station, but may vary according to changes in circumstances within the coverage area of the base station.
  • the communication channel configuration information may have a bandwidth for the autonomous driving function depending on at least one of pedestrian information, traffic information, and vehicle density within the coverage area of the base station.
  • the communication channel configuration information may be periodically transmitted from the base station.
  • the communication channel configuration information is transmitted in a first cycle, but if the communication channel configuration information is changed, the transmission cycle of the communication channel configuration information may be transmitted in a second cycle that is faster than the first cycle for a predetermined time.
  • the processing unit may change the communication channel configuration information according to a change in situation within the coverage area.
  • the processing unit may set the communication channel configuration information to allocate bandwidth for the autonomous driving function according to at least one of pedestrian information, traffic information, and vehicle density within the coverage area.
  • the communication unit may receive module information from one or more communication modules located within the coverage area, and the processing unit may set the communication channel configuration information using the received module information.
  • the communication unit may transmit the communication channel configuration information in a first cycle.
  • the communication unit may transmit the changed communication channel configuration information in a second cycle that is faster than the first cycle for a predetermined period of time.
  • the autonomous driving and intelligent transportation system sets communication channel configuration information for performing V2X communication using local information within the coverage area, a base station that transmits set communication channel configuration information to the coverage area; And when located within the coverage of the base station, it includes a communication module that receives the communication channel configuration information and performs V2X communication by allocating bandwidth to each function for performing V2X communication according to the received communication channel configuration information. .
  • the base station may set the communication channel configuration information to allocate bandwidth for the autonomous driving function according to at least one of pedestrian information, traffic information, and vehicle density within the coverage area.
  • it may include setting the communication module with the latest shadow area entry point as the synchronization reference communication module.
  • one of the shaded area entry points of the other communication modules not belonging to the received first group and the shaded area entry points of the first group A step of performing synchronization using the most recent shadow area entry point may be included.
  • the stored entry point into the shaded area can be broadcast periodically.
  • the minimum and maximum values of the time uncertainty between GNSS communication and the internal timer are calculated, and a reference signal is generated within the range of the minimum and maximum values of the time uncertainty.
  • the communication module includes a processing unit that stores the latest time of GNSS communication based on an internal timer as the time of entering the shadow area when entering the GNSS shadow area; and a communication unit that broadcasts the shadow area entry point, wherein the processing unit, when receiving the shaded area entry point from another communication module, receives the shaded area entry point of the other communication module and the stored shaded area entry point. Synchronization is performed using the most recent shadow area entry point.
  • the communication unit may periodically broadcast the stored entry point into the shadow area.
  • the processing unit may store the latest shaded area entry point as its own shaded area entry point.
  • the minimum and maximum values of the time uncertainty between GNSS communication and the internal timer are calculated, and a reference signal is generated within the range of the minimum and maximum values of the time uncertainty.
  • temporary synchronization with other communication modules can be performed, and the shadow area entry point can be received from the other communication module through the temporary synchronization.
  • the communication module includes a communication unit that transmits and receives a driving negotiation message with a base station or another communication module when entering a driving negotiation required area; And when the base station is located in the driving negotiation required area, a processing unit that determines a driving scenario within the driving negotiation required area using a driving negotiation message received from the base station, searches for the base station through broadcast communication, and , the driving negotiation message is received through unicast communication.
  • the communication unit may transmit a search message containing information about entering a driving negotiation required area and receive a response message containing unicast link setting information from the base station.
  • the unicast link configuration information may include at least one of subchannel location, number of subchannels, transmission (Tx) power, and effective time for radio resources.
  • the processor may connect a unicast link using the subchannel with the lowest received signal strength among the subchannels included in the response message.
  • processing unit may release the unicast link connection after receiving the driving negotiation message.
  • the communication unit determines whether another communication module is located in the driving negotiation required area, and if another communication module is located in the driving negotiation required area, the driving negotiation message including driving information of the other communication module, or A driving assistance message according to another communication module within the driving negotiation required area is received from the base station through unicast communication, and the driving assistance message is one of the entry order, driving path, driving speed, and expected position of the other vehicle at the time of driving. It can contain at least one.
  • the base station receives a driving information message including the driving path and driving speed from other communication modules in the driving negotiation required area through broadcast communication, and paging with other communication modules in the driving negotiation necessary area through groupcast communication. Paging can be performed and the driving assistance message can be transmitted to other communication modules within the driving negotiation required area through unicast communication.
  • the base station detects driving information of the vehicle not equipped with the communication module, and uses the detected driving information to negotiate the driving.
  • a message or the driving assistance message can be generated.
  • the communication module is a communication module mounted on a vehicle, and the area requiring driving negotiation may be a confluence area where a plurality of roads meet.
  • the base station may include at least one of a base station (RSU) and a mobile communication base station (eNB).
  • RSU base station
  • eNB mobile communication base station
  • the communication unit when approaching the other communication module, transmits an overtake message to the other communication module through broadcast communication, transmits and receives a driving negotiation message with the other communication module through unicast communication, and sends and receives a driving negotiation message to the other communication module.
  • the second driving negotiation message After transmitting the first driving negotiation message, the second driving negotiation message is transmitted, and when a NACK signal for the first driving negotiation message is received, the first driving negotiation message can be retransmitted.
  • the communication unit transmits an overtaking request message to the other communication module and receives an overtaking consent message or an overtaking rejection message from the other communication module, wherein the overtaking consent message may include front camera information of the other communication module. You can.
  • a communication module includes a communication unit that transmits and receives a driving negotiation message to the base station when entering the driving negotiation required area; and a processing unit that determines a driving scenario within the driving negotiation required area using a driving negotiation message received from the base station, and receives information about the driving negotiation required area from the base station using broadcast communication, A driving negotiation message or driving assistance message is received through group cast communication to a communication module located within the driving negotiation required area.
  • the driving negotiation required area is a roundabout
  • the driving assistance message may include at least one of an entry point into the roundabout and a driving priority.
  • the driving negotiation required area is an intersection
  • the group cast performed varies depending on the type of driving lane within the driving negotiation required area
  • the communication unit performs group cast communication corresponding to the group cast to which the communication module belongs. You can receive driving negotiation messages.
  • the autonomous driving and intelligent transportation system is located in the driving negotiation required area and receives a navigation message or driving information message from a communication module in the driving negotiation necessary area,
  • a base station that transmits a driving negotiation message to a communication module requiring driving negotiation when driving negotiation is necessary between communication modules within the driving negotiation required area;
  • it when entering the driving negotiation required area, it includes a communication module that determines a driving scenario within the driving negotiation required area using a driving negotiation message received from the base station, and transmits and receives the navigation message or the driving information message through broadcast communication.
  • the driving negotiation message is transmitted and received through unicast communication.
  • the use efficiency of frequency resources can be increased compared to the case of using frequency resources in a fixed form in autonomous driving utilizing V2X.
  • service quality can be improved by allocating more bandwidth to important applications.
  • dynamic frequency resources by utilizing only a small portion of the bandwidth and base stations of V2X without using separate hardware or communication technology.
  • dynamic allocation of frequencies is possible by taking into account regional characteristics over time as well as dynamic allocation of frequencies according to geographical characteristics.
  • V2V communication is possible even in GNSS shadow areas, and stable communication between surrounding vehicles is possible even when the GNSS shadow duration is long.
  • the error of the internal timer is small, communication is possible without time synchronization between groups. If there is a lot of error, temporary time synchronization is possible by predicting the time synchronization section through the time uncertainty variable and reference signal. Afterwards, group time synchronization is possible using the received data. Time synchronization is possible.
  • FIG. 1 is a block diagram of a communication module and a base station according to a first embodiment of the present invention.
  • Figures 2 to 11 are diagrams for explaining a process in which a communication module and a base station dynamically allocate V2X frequency bandwidth for autonomous driving and an intelligent transportation system according to the first embodiment of the present invention.
  • Figure 12 is a block diagram of an autonomous driving and intelligent transportation system according to the first embodiment of the present invention.
  • Figure 13 is a flowchart of a method for dynamically allocating V2X frequency bandwidth according to the first embodiment of the present invention.
  • Figure 14 is a flowchart of a method for dynamically allocating V2X frequency bandwidth according to the first embodiment of the present invention.
  • Figure 15 is a block diagram of a communication module according to a second embodiment of the present invention.
  • Figures 16 to 19 show communication situations of a communication module according to a comparative example of the second embodiment of the present invention.
  • Figures 25 to 29 are flowcharts of a communication method of a communication module according to a second embodiment of the present invention.
  • Figure 30 is a block diagram of a communication module and base station according to the third embodiment of the present invention.
  • Figures 31 to 40 are diagrams for explaining a process in which a communication module and a base station dynamically allocate V2X frequency bandwidth for autonomous driving and an intelligent transportation system according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 41 is a block diagram of an autonomous driving and intelligent transportation system according to a third embodiment of the present invention.
  • Figure 42 is a flowchart of a method for dynamically allocating V2X frequency bandwidth according to the third embodiment of the present invention.
  • a component when a component is described as being 'connected', 'coupled', or 'connected' to another component, that component is directly 'connected', 'coupled', or 'connected' to that other component. In addition to cases, it may also include cases where the component is 'connected', 'coupled', or 'connected' by another component between that component and that other component.
  • Modifications according to this embodiment may include some components of each embodiment and some components of other embodiments. That is, the modified example may include one of the various embodiments (first to third embodiments), but omit some components and include some components of other corresponding embodiments. Or, it could be the other way around.
  • Features, structures, effects, etc. to be described in the embodiments are included in at least one embodiment and are not necessarily limited to only one embodiment.
  • the features, structures, effects, etc. illustrated in each embodiment can be combined or modified and implemented in other embodiments by a person with ordinary knowledge in the field to which the embodiments belong. Therefore, contents related to such combinations and modifications should be interpreted as included in the scope of the embodiments.
  • Figure 3 is an example of additional classification according to the application that utilizes the bandwidth, and different applications can increase the reliability of frequency interference and V2X communication by utilizing only the allocated bandwidth.
  • bandwidth is allocated to platooning, V2P (Vehicle to Pedestrian, application for stability between vehicles and pedestrians), tolling (toll payment), traffic information, and autonomous driving applications, so that autonomous driving and intelligent transportation systems can be implemented.
  • bandwidth can be dynamically allocated differently depending on the application.
  • (A) may be a bandwidth allocation configuration on a general road
  • (B) may be a bandwidth allocation configuration on a highway. Since there is little need to consider pedestrians in environments such as highways, bandwidth for V2P can be excluded from surrounding vehicles in the area, and more bandwidth can be allocated to traffic information or autonomous driving, which can result in relatively large data size. .
  • the size of data required for this is not large.
  • NB-IOT Near Band Internet of Things
  • 180 kHz bandwidth is used to send and receive very small data, which allows low data-rate but low power and use of only very small bandwidth. Therefore, in the first embodiment of the present invention, a portion of the entire bandwidth of V2X is allocated to a master control channel for control, and the bandwidth configuration of V2X for autonomous driving and intelligent transportation system operation can be controlled through the master control channel. .
  • the processing unit 122 of the base station 120 sets communication channel configuration information for performing V2X communication using local information within the coverage area, and the communication unit 121 sets the communication channel configuration information in the coverage area. send to
  • V2P bandwidth of V2P can be reduced or excluded and more bandwidth can be allocated to traffic information or autonomous driving.
  • a larger bandwidth for traffic information can be allocated compared to suburban areas with simple roads and a simple signal system.
  • vehicle density may vary, and when vehicle density is large, a large bandwidth for autonomous driving can be allocated.
  • required applications may vary depending on various regional characteristics, and communication channel configuration information, including bandwidth, can be set differently depending on importance or data volume.
  • Communication channel configuration information can be changed by allocating a large bandwidth to traffic information and autonomous driving. For example, if many vehicles capable of autonomous driving enter the coverage managed by the base station, the bandwidth for autonomous driving can be significantly changed to 35 MHz, and the bandwidth for intelligent traffic information can be changed from 20 MHz to 15 MHz. If there is a lot of traffic, the decision can be made by referring to the vehicle's registration information, and the bandwidth setting can be determined by monitoring the Received Signal Strength Indicator (RSSI) for each sub-bandwidth to determine the level of congestion.
  • RSSI Received Signal Strength Indicator
  • the communication unit 121 Since the communication module 110 and the base station 120 that perform V2X communication can communicate only when the communication channel configuration information is the same, the communication unit 121 transmits the set communication channel configuration information to the coverage area. At this time, the communication unit 121 may transmit communication channel configuration information throughout the coverage area through broadcasting.
  • the communication unit 121 can transmit communication channel configuration information to the Master Configuration Block (MCB) through the Master Control Channel.
  • the MCB includes the active communication method (LTE-V2X, NR-V2X, or DSRC) and application in the coverage area currently managed by the base station, the frequency start and end of the bandwidth of each application, and application of the corresponding information. Local information and expiration time may be included.
  • the communication unit 121 may transmit the communication channel configuration information in a first cycle. Even if the size of data for transmitting the communication channel configuration information is small, some bandwidth is required, so the communication channel configuration information can be transmitted every first cycle, which is a preset cycle. As shown in Figure 7, MCB can be transmitted within coverage every 100ms.
  • the communication unit 121 may transmit the changed communication channel configuration information in a second cycle that is faster than the first cycle for a predetermined period of time.
  • V2X communication is performed using the previous communication channel configuration information for one cycle, and communication with the communication module 110 that was driving autonomously is interrupted. It may not come true. Since an accident may occur during that time, if the communication channel configuration information is changed, the changed communication channel configuration information can be transmitted in a second cycle that is faster than the first cycle for a certain period of time.
  • the time for transmitting communication channel configuration information in the second cycle may be the period of the first cycle.
  • the communication channel configuration information transmission cycle may be accelerated from the first cycle to the second cycle. After the changed communication channel configuration information is sufficiently transmitted within the coverage, the communication channel configuration information can be transmitted again in the first cycle.
  • the communication module 110 may be a module for V2X communication mounted on a mobile device such as a vehicle.
  • the location may change depending on the movement of the mobile device, and the base station 120 covering the area where the communication module 110 is located may vary.
  • communication channel configuration information may vary depending on regional information for each base station 120.
  • a communication channel for performing V2X communication from the base station 120 is required.
  • the communication unit 111 receives the configuration information.
  • the received communication channel configuration information may be stored in memory.
  • Communication channel configuration information can be received when entering the coverage of the base station 120, and when located within the coverage, communication channel configuration information can be received every first cycle in which the base station 120 transmits the communication channel configuration information. .
  • the communication channel configuration information may be set according to regional information within the coverage area of the base station 120.
  • the communication channel configuration information may have a bandwidth for the autonomous driving function depending on at least one of pedestrian information, traffic information, and vehicle density within the coverage area of the base station 120.
  • the communication channel configuration information may change according to changes in circumstances within the coverage area of the base station 120.
  • the transmission cycle of the communication channel configuration information may be transmitted in a second cycle that is faster than the first cycle for a predetermined time, and when the communication unit 111 receives the changed communication channel configuration information, Changes in communication channel configuration information can be confirmed by comparing it with previously received and stored communication channel configuration information. If communication channel configuration information is changed, V2X communication can be performed according to the changed communication channel information.
  • the processing unit 112 may generate communication data by allocating bandwidth to each function for performing V2X communication according to the communication channel configuration information received by the communication unit 111.
  • bandwidth for each function to perform V2X communication is allocated and communicated according to the communication channel configuration information received by the communication unit 111. Data can be generated. Additionally, in order to process data received from the base station 120, data included in each bandwidth can be processed according to communication channel configuration information.
  • the communication channel configuration information may vary depending on the area in which the communication module is located. Even if the communication module 110 enters the coverage of a new base station 120 or is within the coverage of one base station 120, when the base station 120 changes the communication channel configuration information, the communication channel configuration information may change. .
  • the device When entering a shadow area beyond the coverage of a base station, the device can operate by maintaining the communication channel configuration information of the last received base station until receiving the communication channel configuration information of a new base station.
  • the base station 120-1 After leaving the coverage area 123-1 of the base station 120-1 and before entering the coverage area 123-2 of the base station 120-2 (110e), the base station 120-1 It can operate by maintaining the communication channel configuration information (MCB A) received from ). Thereafter, upon entering the coverage area 123-2 of the base station 120-2, communication channel configuration information (MCB B) is received from the base station 120-2, the communication channel configuration information is changed, and the base station 120-2 2) Within the coverage area 123-2, the base station 120-2 or other communication located in the coverage area 123-2 of the base station 120-2 uses the corresponding communication channel configuration information (MCB B). V2X communication with modules can be performed.
  • the device when entering a shadow area beyond the coverage of the base station, can operate by changing to the standard communication channel configuration information until receiving the communication channel configuration information of a new base station. At this time, if you enter a shadow area outside the coverage of the base station and do not receive new communication channel configuration information for a preset time, change the communication channel configuration information to the default communication channel configuration information (default preconfiguration) after that time has elapsed. It can operate. The time can be set using the expiration time included in the communication channel configuration information.
  • communication can be achieved between other communication modules entering the shaded area.
  • vehicles operating with different communication channel configuration information enter a shaded area while entering from opposite lanes
  • communication may become impossible or difficult depending on the different communication channel configuration information.
  • the last communication channel configuration information of vehicle A is A
  • the last communication channel configuration information of vehicle B is B
  • they may not be able to communicate with each other.
  • the information can be changed to the standard communication channel configuration information, thereby enabling communication with each other using the standard communication channel configuration information.
  • the communication unit 121 of the base station 120 receives module information from one or more communication modules 110 located within the coverage area, and the processing unit 122 sets the communication channel configuration information using the received module information. You can.
  • the base station 120 can set communication channel configuration information using module information from one or more communication modules 110 located within the coverage area, as well as regional characteristics or situation changes. When the number of communication modules 110 in the coverage area increases, communication channel configuration information can be set by determining whether to increase the bandwidth for the self-driving application using module information of the communication module 110, such as whether the vehicle is self-driving. Alternatively, if a communication module 110 has high priority or requires special processing, such as an emergency vehicle entering the coverage area, the communication channel configuration information can be changed in order to process the corresponding communication module 110. there is.
  • the Master Control Channel is not only used for downlink purposes to broadcast the MCB of the base station 120, but can also be used for transmitting basic information about the vehicle.
  • the vehicle's communication module 110 When the vehicle's communication module 110 enters the coverage area of the base station 120, it can receive the MCB of the base station 120 and transmit the vehicle's registration information to the base station 120.
  • Registration information may include vehicle information (size, current speed, emergency vehicle status, etc.), whether autonomous driving is supported, whether platooning is in progress, and whether intelligent transportation systems are supported.
  • Communication channel configuration information can be set using this information.
  • the autonomous driving and intelligent transportation system 200 sets communication channel configuration information for performing V2X communication using local information within the coverage area, and sets the communication channel configuration information When located within the coverage of the base station 120 and the base station 120 that transmits to the coverage area, each function for receiving the communication channel configuration information and performing V2X communication according to the received communication channel configuration information It includes a communication module 110 that allocates bandwidth and performs V2X communication.
  • the base station collects local information within the coverage area in step S21.
  • the communication module 1110 requires time synchronization to perform V2X communication with other communication modules, and in V2X communication, time synchronization is the time received from the satellite using GNSS (Global Satellite Navigation Systems). Synchronization is performed. However, it is difficult to perform synchronization using GNSS in GNSS shadow areas where GNSS communication is difficult, such as tunnels.
  • GNSS Global Satellite Navigation Systems
  • the communication distance between communication modules mounted on a vehicle is approximately 1km in the ideal case where there are no other vehicles nearby, and is limited to approximately 500m in an environment with many vehicles and obstacles. As shown in Figure 16, it is generally difficult to achieve time synchronization in GNSS shadow areas (1) over 500 m (ex. inside a tunnel, etc.).
  • the communication unit 1111 broadcasts the shadow area entry point in order to perform V2X communication with other communication modules 1121 and 1122.
  • synchronization is essential, so by broadcasting the point of entry into the shadow area, other communication modules (1121, 1122) that will perform V2X communication perform synchronization using the signal. You can do it.
  • V2X communication can be performed using a different method, such as unicast, from the synchronized communication module.
  • the communication unit 1111 may periodically broadcast the stored entry point into the shadow area.
  • the stored shadow area entry point can be broadcast periodically to enable communication with other communication modules 1121 and 1122.
  • the processing unit 1112 While performing communication between communication modules forming a group, when the communication unit 1111 receives the shadow area entry point from another communication module that does not belong to the first group, the processing unit 1112 sends the information to the received first group. Synchronization can be performed using the most recent shadow area entry time among the shadow area entry times of other non-belonging communication modules and the shadow area entry times of the first group. When forming a group, each communication module stores the most recent shadow area entry point in the group. When the shadow area entry point is received from another communication module that does not belong to the group, the processing unit 1112 receives the shaded area. Synchronization can be performed using the most recent shadow area entry time among the shadow area entry times of other communication modules that do not belong to the first group and the shadow area entry times of the first group.
  • the processing unit 1112 uses the shaded area entry point to synchronize not only the corresponding communication module but also all communication modules included in the group. You can update the entry point into the shaded area within the group by performing again.
  • synchronization can be performed by comparing the shadow area entry points between representative communication modules.
  • the communication module with the most recent shadow area entry point can be set as the synchronization standard communication module, and the standard communication module can be set as the representative communication module of the group. If synchronization between groups is necessary, synchronization can be performed by comparing the entry points into the shadow area between representative communication modules. All communication modules in the group store the same shadow area entry point, so regardless of the representative communication module, communication modules in other groups that exchanged signals first perform synchronization and share the most recent shadow area entry point. You can form a new group.
  • the communication module 1110 enters the GNSS shaded area (fading), transmits and receives the shaded area entry point with other communication modules (1121 and 1122), and stores the most recent shaded area entry point. Synchronization is performed using the shadow area entry point of the module 1110.
  • the lagging vehicle may have the latest entry point into the shaded area, but it is natural that the location may vary depending on the speed of the vehicle, joining and leaving the group, etc. In other words, synchronization is performed based on the point of entry into the currently stored shadow area.
  • Communication modules 1110, 1121, and 1122 that performed synchronization form a group.
  • Temporary synchronization can be performed to receive the shadow area entry point from other communication modules. Synchronization can be performed by transmitting and receiving the shadow area entry point through temporary synchronization and sharing the latest shadow area entry point.
  • the CV2X terminal vehicle can calculate the time uncertainty value by simultaneously operating the internal timer even while synchronizing the time with GNSS.
  • the min and max values of time uncertainty are recorded.
  • the minimum value (min) of the degree of time uncertainty may be mim(Uusm)
  • the maximum value (max) may be max(Uusm).
  • the synchronization method can use a synchronization method using a reference signal, and data can be received by quickly temporarily synchronizing using the time uncertainty variable.
  • the communication module 2110 and the base station 2120 according to the third embodiment of the present invention transmit and receive data through V2X communication in order to implement autonomous driving and intelligent transportation systems.
  • the communication module 2110 according to the third embodiment of the present invention includes a communication unit 2111 and a processing unit 2112
  • the base station 2120 according to the third embodiment of the present invention includes a communication unit 2121 and a processing unit 2122. ) includes.
  • the base station 2120 receives a search message from the communication module 2110 through the communication unit 2121, and when driving negotiation is necessary according to the information included in the search message, it transmits an answer message in response to the search message.
  • the response message may include information necessary for setting up a unicast link, that is, information about radio resources.
  • the unicast link configuration information may include at least one of the location of the subchannel, the number of subchannels, transmission (Tx) power, and effective time for radio resources.
  • a subchannel is a channel divided by time and frequency, and may include the location and number of subchannels available for driving negotiation, transmission power, and validity time for radio resources.
  • the communication module 2110 is a communication module mounted on a vehicle, and the area required for driving negotiation may be a confluence area where multiple roads meet.
  • the base station 2120 receives reports of the expected driving paths of other communication modules 2131 and 2132 entering the main road, and when a joining request occurs from the communication module 2110 joining the main road, the process of Figures 36 and 37 is performed.
  • Driving negotiation can be carried out through .
  • the communication module 2110 that wishes to join first checks through broadcast communication whether a base station 2120 exists in the merging area, which is the area requiring driving negotiation, and if there is no base station 2120, direct V2V communication.
  • Driving negotiations can be carried out through .
  • LTE-V2X In the case of LTE-V2X, blind retransmission can be used to retransmit the message regardless of whether the message is successfully received by the other vehicle.
  • the broadcast communication method in LTE-V2X is not used and HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request) is used.
  • HARQ Hybrid Automatic Repeat Request
  • a unicast communication method that can be applied can be used.
  • Figure 47 is a block diagram of an autonomous driving and intelligent transportation system according to a third embodiment of the present invention.
  • the detailed description of each component in FIG. 47 corresponds to the detailed description of the communication module and base station in FIGS. 30 to 46, and redundant description will be omitted below.
  • the autonomous driving and intelligent transportation system 2200 is located in the driving negotiation required area, receives a navigation message or driving information message from a communication module within the driving negotiation necessary area, and When driving negotiation between communication modules is necessary, a base station 2120 transmits a driving negotiation message to the communication module requiring driving negotiation, and when entering the driving negotiation required area, it uses the driving negotiation message received from the base station to enter the driving negotiation required area. It includes a communication module 2110 that determines the driving scenario. Here, the base station 2120 and the communication module 2110 can transmit and receive the discovery message or the driving information message through broadcast communication, and transmit and receive the driving negotiation message through unicast communication.
  • the communication module first searches for a base station through broadcast communication in step S211 and receives a driving negotiation message through unicast communication in step S212. Afterwards, in step S213, the driving scenario within the driving negotiation required area is determined using the driving negotiation message. In other words, driving negotiation is performed through a base station, but communication efficiency can be increased by using broadcast communication and unicast communication.
  • the communication module receives information about the driving negotiation required area from the base station through broadcast communication in step S221, and group cast communication for the communication module located within the driving negotiation required area in step S222.
  • a driving negotiation message or a driving assistance message is received through and then, in step S213, a driving scenario within the driving negotiation required area is determined using the driving negotiation message.
  • communication efficiency can be increased by using broadcast communication, unicast communication, and group cast communication.

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Abstract

본 발명의 제1 실시예에 따른 통신모듈은 기지국으로부터 V2X 통신을 수행하기 위한 통신채널 구성정보를 수신하는 통신부 및 상기 수신한 통신채널 구성정보에 따라 V2X 통신을 수행하기 위한 각 기능별 대역폭을 할당하여 통신 데이터를 생성하는 처리부를 포함하고, 상기 통신채널 구성정보는 통신모듈이 위치하는 영역에 따라 가변된다.

Description

V2X 통신모듈
본 발명은 통신모듈에 관한 것으로, 보다 구체적으로 자율주행 및 지능형 교통체계를 위한 통신모듈, 기지국, 및 자율주행 및 지능형 교통 시스템에 관한 발명이다.
자율주행 및 지능형 교통체계의 상용화를 위해서는 차량 및 사물간 통신이 가능한 V2X 기능이 요구된다. V2X 통신은 차량을 중심으로 유무선망을 통해 정보를 제공하는 통신을 의미하는데, 차량-차량 사이의 무선 통신(V2V: Vehicle to Vehicle), 차량-인프라 간 무선 통신(V2I: Vehicle to Infrastructure), 차량 내 유무선 네트워킹(IVN: In-Vehicle Networking), 차량-이동단말 간 통신(V2P: Vehicle to Pedestrian) 등을 총칭하여 V2X라 부른다. V2X를 이용하여 차량과 도로의 정보 환경, 안정성, 편리성 등을 향상시킬 수 있다.
V2X 를 활용하는 어플리케이션(application)은 여러 종류가 존재할 수 있으며, 제한된 주파수자원을 효율적으로 활용하는 것이 문제가 될 수 있다. 특정 어플리케이션의 트래픽(traffic)이 많이 몰리는 환경을 고려하지 않는 경우 어플리케이션의 품질 자체에 문제가 발생할 수 있다.
또한, V2X 통신은 GNSS를 이용하여 통신을 위한 시간 동기화를 수행하는데, 터널 등 GNSS 음영지역에서는 GNSS 통신이 어려워 통신모듈간 동기화를 수행할 수 있는 기술이 필요하다.
또한, 교차로와 같이, 서로 다른 도로를 주행 중이던 차량이 합류하는 경우, 서로간 V2V 통신이 원활히 이루어지지 않는 경우, 주행협력을 수행하지 못해 사고가 발생할 위험이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 자율주행 및 지능형 교통체계를 위한 V2X 주파수 대역폭을 동적 할당하는 통신모듈, 기지국, 및 자율주행 및 지능형 교통 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, GNSS 음영지역에서 V2X 통신이 가능한 통신모듈 및 통신모듈의 통신방법에 관한 발명이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 주행협력을 수행하는 통신모듈, 기지국, 및 자율주행 및 지능형 교통 시스템을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 통신모듈은 기지국으로부터 V2X 통신을 수행하기 위한 통신채널 구성정보를 수신하는 통신부; 및 상기 수신한 통신채널 구성정보에 따라 V2X 통신을 수행하기 위한 각 기능별 대역폭을 할당하여 통신 데이터를 생성하는 처리부를 포함하고, 상기 통신채널 구성정보는 통신모듈이 위치하는 영역에 따라 가변된다.
또한, 상기 통신채널 구성정보는, 상기 기지국의 커버리지(coverage) 영역 내의 지역적 정보에 따라 설정되되, 상기 기지국의 커버리지 영역 내에 상황변화에 따라 가변될 수 있다.
또한, 상기 통신채널 구성정보는, 상기 기지국의 커버리지 영역 내 보행자 정보, 교통정보, 및 차량 밀집도 중 적어도 하나에 따라 자율주행 기능에 대한 대역폭이 달라질 수 있다.
또한, 상기 통신채널 구성정보는, 상기 기지국으로부터 주기적으로 송신될 수 있다.
또한, 상기 통신채널 구성정보는 제1 주기로 송신되되, 상기 통신채널 구성정보가 변경되면, 상기 통신채널 구성정보의 송신주기가 소정의 시간 동안 상기 제1 주기보다 빠른 제2 주기로 송신될 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 기지국은 커버리지(coverage) 영역 내의 지역적 정보를 이용하여 V2X 통신을 수행하기 위한 통신채널 구성정보를 설정하는 처리부; 및 상기 설정된 통신채널 구성정보를 상기 커버리지 영역으로 송신하는 통신부를 포함한다.
또한, 상기 처리부는, 상기 커버리지 영역 내에 상황변화에 따라 상기 통신채널 구성정보를 변경할 수 있다.
또한, 상기 처리부는, 상기 커버리지 영역 내 보행자 정보, 교통정보, 및 차량 밀집도 중 적어도 하나에 따라 자율주행 기능에 대한 대역폭을 할당하도록 상기 통신채널 구성정보를 설정할 수 있다.
또한, 상기 통신부는 상기 커버리지 영역 내 위치하는 하나 이상의 통신모듈로부터 모듈정보를 수신하고, 상기 처리부는, 상기 수신한 모듈정보를 이용하여 상기 통신채널 구성정보를 설정할 수 있다.
또한, 상기 통신부는 상기 통신채널 구성정보를 제1 주기로 송신할 수 있다.
또한, 상기 통신부는, 상기 처리부가 상기 통신채널 구성정보를 변경하면, 소정의 시간 동안 상기 제1 주기보다 빠른 제2 주기로 상기 변경된 통신채널 구성정보를 송신할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 자율주행 및 지능형 교통 시스템은 커버리지(coverage) 영역 내의 지역적 정보를 이용하여 V2X 통신을 수행하기 위한 통신채널 구성정보를 설정하고, 상기 설정된 통신채널 구성정보를 상기 커버리지 영역으로 송신하는 기지국; 및 상기 기지국의 커버리지 내에 위치하는 경우, 상기 통신채널 구성정보를 수신하고, 상기 수신한 통신채널 구성정보에 따라 V2X 통신을 수행하기 위한 각 기능별 대역폭을 할당하여 V2X 통신을 수행하는 통신모듈을 포함한다.
또한, 상기 기지국은, 상기 커버리지 영역 내 보행자 정보, 교통정보, 및 차량 밀집도 중 적어도 하나에 따라 자율주행 기능에 대한 대역폭을 할당하도록 상기 통신채널 구성정보를 설정할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 통신모듈의 통신방법은, GNSS 음영지역 내 통신모듈의 통신방법에 있어서, GNSS 음영지역 진입시, 내부 타이머를 기준으로 GNSS 통신을 수행한 최신 시점을 음영지역 진입시점으로 저장하고, 상기 음영지역 진입시점을 브로드캐스팅하는 단계; 및 다른 통신모듈로부터 음영지역 진입시점을 수신하는 경우, 상기 수신한 다른 통신모듈의 음영지역 진입시점 및 상기 저장된 음영지역 진입시점 중 가장 최신의 음영지역 진입시점을 이용하여 동기화를 수행하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 가장 최신의 음영지역 진입시점을 가지는 통신모듈을 동기화 기준 통신모듈로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 동기화를 수행한 통신모듈들과 제1 그룹을 형성하고, 상기 제1 그룹 내에서 다른 통신모듈과 통신을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 그룹에 속하지 않는 다른 통신모듈로부터 음영지역 진입시점을 수신하는 경우, 상기 수신한 제1 그룹에 속하지 않는 다른 통신모듈의 음영지역 진입시점 및 상기 제1 그룹의 음영지역 진입시점 중 가장 최신의 음영지역 진입시점을 이용하여 동기화를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 저장된 음영지역 진입시점을 주기적으로 브로드캐스팅할 수 있다.
또한, 상기 가장 최신의 음영지역 진입시점이 변경되면, 상기 가장 최신의 음영지역 진입시점을 자신의 음영지역 진입시점으로 저장하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 다른 통신모듈로부터 음영지역 진입시점을 수신하기 전에, GNSS 통신과 상기 내부 타이머와의 시간 불확실 정도의 최소값 및 최대값를 산출하고, 상기 시간 불확실 정도의 최소값 내지 최대값 범위 내에서 기준 신호를 기준으로 다른 통신모듈과 임시 동기화를 수행하는 단계; 및 상기 임시 동기화를 통해 상기 다른 통신모듈로부터 음영지역 진입시점을 수신하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 통신모듈은 GNSS 음영지역 진입시, 내부 타이머를 기준으로 GNSS 통신을 수행한 최신 시점을 음영지역 진입시점으로 저장하는 처리부; 및 상기 음영지역 진입시점을 브로드캐스팅하는 통신부를 포함하고, 상기 처리부는, 다른 통신모듈로부터 음영지역 진입시점을 수신하는 경우, 상기 수신한 다른 통신모듈의 음영지역 진입시점 및 상기 저장된 음영지역 진입시점 중 가장 최신의 음영지역 진입시점을 이용하여 동기화를 수행한다.
또한, 상기 처리부는, 상기 동기화를 수행한 통신모듈들과 제1 그룹을 형성하고, 상기 통신부가 상기 제1 그룹에 속하지 않는 다른 통신모듈로부터 음영지역 진입시점을 수신하는 경우, 상기 수신한 제1 그룹에 속하지 않는 다른 통신모듈의 음영지역 진입시점 및 상기 제1 그룹의 음영지역 진입시점 중 가장 최신의 음영지역 진입시점을 이용하여 동기화를 수행할 수 있다.
또한, 상기 통신부는, 상기 저장된 음영지역 진입시점을 주기적으로 브로드캐스팅할 수 있다.
또한, 상기 처리부는, 상기 가장 최신의 음영지역 진입시점이 변경되면, 상기 가장 최신의 음영지역 진입시점을 자신의 음영지역 진입시점으로 저장할 수 있다.
또한, 상기 다른 통신모듈로부터 음영지역 진입시점을 수신하기 전에, GNSS 통신과 상기 내부 타이머와의 시간 불확실 정도의 최소값 및 최대값를 산출하고, 상기 시간 불확실 정도의 최소값 내지 최대값 범위 내에서 기준 신호를 기준으로 다른 통신모듈과 임시 동기화를 수행하고, 상기 임시 동기화를 통해 상기 다른 통신모듈로부터 음영지역 진입시점을 수신할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제3 실시예에 따른 통신모듈은 주행협상 필요영역에 진입시, 기지국 또는 다른 통신모듈과 주행협상 메시지를 송수신하는 통신부; 및 상기 주행협상 필요영역에 상기 기지국이 위치하는지 경우, 상기 기지국으로부터 수신하는 주행협상 메시지를 이용하여 상기 주행협상 필요영역 내 주행시나리오를 결정하는 처리부를 포함하고, 브로드캐스트 통신으로 상기 기지국을 탐색하고, 유니캐스트 통신으로 상기 주행협상 메시지를 수신한다.
또한, 상기 통신부는, 상기 기지국을 탐색시, 주행협상 필요영역 진입 정보를 포함하는 탐색 메시지를 송신하고, 상기 기지국으로부터 유니캐스트 링크 설정 정보를 포함하는 응답 메시지를 수신할 수 있다.
또한, 상기 유니캐스트 링크 설정 정보는, 서브채널의 위치, 서브채널의 개수, 송신(Tx) 파워, 및 무선 자원(radio resource)에 대한 유효시간 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 처리부는, 상기 응답 메시지에 포함된 서브채널 중 수신신호강도가 가장 낮은 서브채널을 이용하여 유니캐스트 링크를 연결할 수 있다.
또한, 상기 처리부는, 상기 주행협상 메시지를 수신한 이후, 상기 유니캐스트 링크 연결을 해제할 수 있다.
또한, 상기 통신부는, 상기 주행협상 필요영역 내 다른 통신모듈이 위치하는지 여부 및 상기 주행협상 필요영역 내 다른 통신모듈이 위치하는 경우 해당 다른 통신모듈의 주행정보를 포함하는 상기 주행협상 메시지, 또는 상기 주행협상 필요영역 내 다른 통신모듈에 따른 주행 보조 메시지를 유니캐스트 통신을 통해 상기 기지국으로부터 수신하고, 상기 주행보조 메시지는, 진입순서, 주행경로, 주행속도, 및 주행시점의 다른 차량의 예상 위치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 기지국은, 브로드캐스트 통신으로 상기 주행협상 필요영역 내 다른 통신모듈로부터 주행경로 및 주행속도를 포함하는 주행정보 메시지를 수신하고, 그룹캐스트 통신으로 상기 주행협상 필요영역 내 다른 통신모듈과 페이징(paging)을 수행하고, 유니캐스트 통신으로 상기 주행협상 필요영역 내 다른 통신모듈에 상기 주행보조 메시지를 송신할 수 있다.
또한, 상기 기지국은, 상기 주행협상 필요영역 내 통신모듈이 장착되지 않은 차량이 위치하는 경우, 상기 통신모듈이 장착되지 않은 차량의 주행정보를 감지하고, 상기 감지한 주행정보를 이용하여 상기 주행협상 메시지 또는 상기 주행보조 메시지를 생성할 수 있다.
또한, 상기 통신모듈은 차량에 장착되는 통신모듈이고, 상기 주행협상 필요영역은 복수의 도로가 합류하는 합류지역일 수 있다.
또한, 상기 기지국은, 기지국(RSU) 및 이동통신기지국(eNB) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 통신부는, 상기 다른 통신모듈에 접근시 브로드캐스트 통신으로 오버테이크 메시지를 상기 다른 통신모듈에 송신하고, 유니캐스트 통신으로 상기 다른 통신모듈과 주행협상 메시지를 송수신하고, 상기 다른 통신모듈에 제1 주행협상 메시지를 송신한 이후 제2 주행협상 메시지를 송신하되, 상기 제1 주행협상 메시지에 대한 NACK 신호를 수신시, 제1 주행협상 메시지를 재전송할 수 있다.
또한, 상기 통신부는, 상기 다른 통신모듈에 추월요청 메시지를 송신하고, 상기 다른 통신모듈로부터 추월 동의메시지 또는 추월 거절 메시지를 수신하되, 상기 추월 동의 메시지는 상기 다른 통신모듈의 전방카메라정보를 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제3 실시예의 다른 실시예에 따른 통신모듈은 주행협상 필요영역에 진입시, 기지국과 주행협상 메시지를 송수신하는 통신부; 및 상기 기지국으로부터 수신하는 주행협상 메시지를 이용하여 상기 주행협상 필요영역 내 주행시나리오를 결정하는 처리부를 포함하고, 브로드캐스트 통신을 이용하여 상기 기지국으로부터 상기 주행협상 필요영역에 대한 정보를 수신하고, 상기 주행협상 필요영역 내 위치하는 통신모듈에 대한 그룹캐스트 통신을 통해 주행협상 메시지 또는 주행보조 메시지를 수신한다.
또한, 상기 주행협상 필요영역은 회전교차로이고, 상기 주행보조 메시지는 상기 회전교차로로의 진입시점 및 주행우선순위 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 주행협상 필요영역은 교차로이고, 상기 주행협상 필요영역 내 주행차선 종류에 따라 수행하는 그룹캐스트가 달라지고, 상기 통신부는, 상기 통신모듈이 속한 그룹캐스트에 해당하는 그룹캐스트 통신을 통해 상기 주행협상 메시지를 수신할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제3 실시예에 따른 자율주행 및 지능형 교통 시스템은 주행협상 필요영역에 위치하고, 상기 주행협상 필요영역 내 통신모듈로부터 탐색 메시지 또는 주행정보 메시지를 수신하고, 상기 주행협상 필요영역 내 통신모듈간 주행협상 필요시, 주행협상 메시지를 주행협상 필요한 통신모듈에 송신하는 기지국; 및 상기 주행협상 필요영역 진입시, 상기 기지국으로부터 수신하는 주행협상 메시지를 이용하여 상기 주행협상 필요영역 내 주행시나리오를 결정하는 통신모듈을 포함하고, 브로드캐스트 통신으로 상기 탐색 메시지 또는 상기 주행정보 메시지를 송수신하고, 유니캐스트 통신으로 상기 주행협상 메시지를 송수신한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, V2X 를 활용하는 자율주행에서 고정된 형태로 주파수 자원을 사용하는 경우보다 주파수 자원의 사용효율을 높일 수 있다. 지역적 특성을 고려하여 중요한 어플리케이션에 더 많은 대역폭을 할당하여 서비스 품질을 향상시킬 수 있다. 별도의 하드웨어나 통신기술을 활용하지 않고 V2X 중 극히 일부의 대역폭과 기지국만을 활용하여 동적인 주파수자원의 활용이 가능하다. 또한, 지리적 특성에 따른 주파수 동적 할당뿐만 아니라 시간에 따라 지역적 특성도 고려하여 주파수의 동적 할당이 가능하다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, GNSS 음영지역에서도 V2V통신이 가능하고, GNSS 음영 지속시간이 길어도 주변차량끼리 안정적인 통신이 가능하다. 또한, 내부 타이머의 오차가 적을 경우 그룹간 Time sync 동작 없이 통신이 가능하고, 오차가 많이 발생한 경우 Time uncertainty 변수와 Reference Signal 통한 시간 동기화 구간 예측으로 임시 시간 동기화가 가능하며, 이후 수신된 데이터로 그룹간 시간 동기화가 가능하다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, V2X 를 활용하는 자율주행에서 주행협상 시 통신의 지리적인 제약을 기지국을 통해 극복할 수 있다. 또한, 지능형 교통 시스템(C-ITS) 연계를 통해 원할한 트래픽(traffic) 제어가 가능하고 주행협상 시 기지국이 중재자 역할을 할 수 있다. 나아가, 종전 LTE-V2X 기반의 통신에서는 브로드캐스트(Broadcast)만 가능하여 통신 패킷의 수신여부를 알 수 없으나 주행협상 시 유니캐스트(Unicast) 또는 그룹캐스트(Groupcast)를 활용하여 수신하는 차량의 의사를 확인할 수 있고, 단순 브로드캐스트보다 유니캐스트 및 그룹캐스트를 활용하여 통신의 효율성을 높이고, 간섭을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 통신모듈 및 기지국의 블록도이다.
도 2 내지 도 11는 본 발명의 제1 실시예에 따른 통신모듈 및 기지국이 자율주행 및 지능형 교통체계를 위한 V2X 주파수 대역폭을 동적 할당하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 제1 실시예에 따른 자율주행 및 지능형 교통 시스템의 블록도이다.
도 13은 본 발명의 제1 실시예에 따른 V2X 주파수 대역폭을 동적 할당방법의 흐름도이다.
도 14는 본 발명의 제1 실시예에 따른 V2X 주파수 대역폭을 동적 할당방법의 흐름도이다.
도 15은 본 발명의 제2 실시예에 따른 통신모듈의 블록도이다.
도 16 내지 도 19는 본 발명의 제2 실시예의 비교예에 따른 통신모듈의 통신상황을 도시한 것이다.
도 20 내지 도 23는 본 발명의 제2 실시예에 따른 통신모듈이 다른 통신모듈과 시간 동기화를 통해 통신을 수행하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 24은 본 발명의 제2 실시예에 따른 통신모듈의 통신방법의 흐름도이다.
도 25 내지 도 29는 본 발명의 제2 실시예에 따른 통신모듈의 통신방법의 흐름도이다.
도 30은 본 발명의 제3 실시예에 따른 통신모듈 및 기지국의 블록도이다.
도 31 내지 도 40은 본 발명의 실시예에 따른 통신모듈 및 기지국이 자율주행 및 지능형 교통체계를 위한 V2X 주파수 대역폭을 동적 할당하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 41은 본 발명의 제3 실시예에 따른 자율주행 및 지능형 교통 시스템의 블록도이다.
도 42는 본 발명의 제3 실시예에 따른 V2X 주파수 대역폭을 동적 할당방법의 흐름도이다.
도 43은 본 발명의 제3 실시예에 따른 V2X 주파수 대역폭을 동적 할당방법의 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합 또는 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 '연결', '결합', 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 '연결', '결합', 또는 '접속'되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합', 또는 '접속'되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 "상(위)" 또는 "하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, "상(위)" 또는 "하(아래)"는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라, 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위)" 또는 "하(아래)"로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함될 수 있다.
본 실시예에 따른 변형례는 각 실시예 중 일부 구성과 다른 실시예 중 일부 구성을 함께 포함할 수 있다. 즉, 변형례는 다양한 실시예(제1 실시예 내지 제3 실시예) 중 하나 실시예를 포함하되 일부 구성이 생략되고 대응하는 다른 실시예의 일부 구성을 포함할 수 있다. 또는, 반대일 수 있다. 실시예들에 설명할 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 통신모듈 및 기지국의 블록도이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 통신모듈(110)과 기지국(120)은 자율주행 및 지능형 교통체계를 구현하기 위하여, V2X 통신을 통해 데이터를 송수신한다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 통신모듈(110)은 통신부(111) 및 처리부(112)를 포함하고, 본 발명의 제1 실시예에 따른 기지국(120)은 통신부(121) 및 처리부(122)를 포함한다.
통신모듈(110)은 차량과 같은 이동장치에 장착되는 V2X 통신을 수행하는 통신모듈일 수 있다. 기지국(120)은 V2X 통신이 가능한 기지국으로, RSU(Road Side Unit)로 차량과 통신을 수행하는 차로 주변에 위치하는 노변기지국 또는 이동통신 기지국(eNB)일 수 있다. 차량에 장착되는 통신모듈(110)과 노변기지국이 통신시 V2I 통신이고, 차량에 장착되는 통신모듈(110)과 이동통신 기지국이 통신시 V2N 통신을 수행할 수 있다. 이하, 기지국은 노변기지국을 중심으로 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
통신모듈(110)과 기지국(120)은 V2X 통신을 수행함에 있어서, 먼저, V2X 통신을 수행하기 위한 통신채널 구성정보를 송수신한다. 이때, 통신채널 구성정보는 기지국(120)마다 해당 기지국(120)가 위치하는 지역적 특성에 따라 설정이 달라질 수 있고, 통신모듈(110)이 위치하는 영역이 달라짐에 따라 현재 통신모듈(110)이 위치하는 영역을 커버하는 기지국(120)에 따라 가변될 수 있다.
V2X와 같은 무선통신은 활용하기 위해서는 주파수 자원이 필요하다. 특히 주파수 할당의 경우 정해진 대역폭(bandwidth) 내에서 지정된 용도로만 사용을 해야 하기 때문에 주파수 자원을 효율적으로 활용하는 것은 V2X를 포함한 무선통신에서 중요한 문제이다. 도 2는 대역폭을 통신방식에 따라서 분류한 예시이다. 이종간의 V2X 기술이 다른 주파수 대역을 활용하여 자율주행이나 지능형 교통체계를 위해 동시에 활용될 수 있다. V2X의 경우 band 47을 사용하며 도 2에서는 70MHz 를 V2X 를 위한 대역폭으로 사용하는 경우에 따른 것을 예시한 것이다. 도 2와 같이, LTE-V2X, DSRC(Dedicated Short Range Communication), NR(new Radio)-V2X 은 다른 주파수 대역을 이용하여 동시에 활용될 수 있다.
도 3은 대역폭을 활용되는 어플리케이션(application)에 따라서 추가로 분류한 예시로, 서로 다른 어플리케이션은 각각 할당된 대역폭만을 활용함으로써 주파수 간섭 및 V2X 통신에 대한 신뢰성(reliability)을 높일 수 있다. 즉, 군집주행, V2P(Vehicle to Pedestrian, 차량과 보행자간의 안정을 위한 application), tolling(통행료 납부), 교통정보, 자율주행 어플리케이션이 각각 대역폭이 할당되어 자율주행 및 지능형 교통체계를 구현할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 통신모듈(110)과 기지국(120)은 어플리케이션마다 고정된 대역폭이 아닌 지역적 특성에 따라 대역폭이 동적할당되는 가변형 대역폭을 이용한다. 지역적 특성에 따라 중요하거나 처리해야할 데이터의 크기가 큰 어플리케이션이 달라질 수 있는바, 대역폭 구성을 다르게 동적 할당할 수 있다.
예를 들어, 도 4와 같이, 대역폭을 어플리케이션에 따라 다르게 동적 할당할 수 있다. (A)는 일반 도로에서의 대역폭 할당 구성이고, (B)는 고속도로에서의 대역폭 할당 구성일 수 있다. 고속도로와 같은 환경에서는 보행자를 고려할 필요가 적기 때문에, 해당지역에서는 주변차량들에 V2P를 위한 대역폭을 배제하고, 상대적으로 데이터의 크기가 커질 수 있는 교통정보나 자율주행에 대역폭을 더 할당할 수 있다.
Shannnon's Theorem에 따르면 C = Blog2(1+S/N), 여기서 B는 대역폭(bandwidth)으로 채널용량에 대역폭의 크기가 결정적인 역할을 하는 것을 알 수 있다. 따라서 고속도로에서 중요한 지능형 교통정보나 자율주행의 통신 품질의 향상을 기대할 수 있다.
V2X 단말의 대역폭 구성(bandwidth configuration)을 비롯한 파라미터(parameters)를 제어하고자 할 경우, 이를 위해 필요한 데이터의 크기가 크지 않다. NB-IOT(Narrow Band Internet of Things)의 경우 아주 작은 데이터를 주고 받기 위해 180 kHz bandwidth 를 사용하고, 이를 통해 data-rate는 낮지만 저전력과 아주 작은 대역폭 사용만 가능하게 한다. 따라서, 본 발명의 제1 실시예에서는 V2X 의 전체 대역폭 중 일부 대역폭을 제어를 위한 master control channel로 할당하고 master control channel을 통해 자율주행 및 지능형 교통체계 운영을 위한 V2X 의 대역폭 구성을 제어할 수 있다.
도 5는 전체 대역폭에서 master control channel을 할당하는 것을 예시한 것으로, Master control channel의 대역폭은 전달해야 할 정보에 따라서 180kHz ~ 1.4MHz 처럼 가변적으로 설정할 수 있으며, master control 은 C-V2X와 DSRC가 사용해야 할 대역폭의 시작과 끝의 위치, 각 어플리케이션이 사용해야 할 어플리케이션의 대역폭의 시작과 끝의 위치, 및 현재 지역에서의 필요한 어플리케이션의 정보를 포함할 수 있다. 또한, V2X 장치제어를 위해서 보안이나 표준적인 요소를 고려하여 OMA DM(Open Mobile Alliance Device Management) 와 같은 기술표준을 응용할 수 있다.
기지국(120)은 기지국(120) 커버하는 커버리지 내 지역적 특성에 따라 대역폭을 할당할 수 있고, 대역폭이 어떻게 할당되었는지에 따라 통신채널 구성정보 설정하고, 이를 커버리지 내에 위치하는 통신모듈(110)에 전송함으로써 기지국(120)과 통신모듈(110)간 V2X 통신이 이루어질 수 있다.
기지국(120)의 처리부(122)는 커버리지(coverage) 영역 내의 지역적 정보를 이용하여 V2X 통신을 수행하기 위한 통신채널 구성정보를 설정하고, 통신부(121)는 상기 설정된 통신채널 구성정보를 상기 커버리지 영역으로 송신한다.
처리부(122)는 상기 커버리지 영역 내 보행자 정보, 교통정보, 및 차량 밀집도 중 적어도 하나에 따라 자율주행 기능에 대한 대역폭을 할당하도록 상기 통신채널 구성정보를 설정할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 고속도로와 같은 환경에서는 보행자에 대한 고려 필요성이 떨어지는바, V2P의 대역폭을 줄이거나 배제하고 교통정보 또는 자율주행에 대한 대역폭을 더 많이 할당할 수 있다.
또한, 도로가 복잡하거나 신호체계가 복잡한 도심의 경우, 도로가 단순하고 신호체계가 단순한 외곽지역에 비해 교통정보에 대한 대역폭을 크게 할당할 수 있다. 또한, 교통정보의 복잡성이나 양이 비슷하더라도, 차량 밀집도가 달라질 수 있고, 차량 밀집도가 큰 경우, 자율주행에 대한 대역폭을 크게 할당할 수 있다. 보행자 정보, 교통정보, 및 차량 밀집도 이외에도 다양한 해당 지역적 특성에 따라 필요한 어플리케이션이 달라질 수 있고, 중요도나 데이터 양에 따라 대역폭을 포함하는 통신채널 구성정보를 다르게 설정할 수 있다.
처리부(122)는 상기 커버리지 영역 내에 상황변화에 따라 상기 통신채널 구성정보를 변경할 수 있다. 통신채널 구성정보는 지역적 특성을 반영하여 설정되되, 한번 설정되어 고정되지 않고, 상황변화에 따라 통신채널 구성정보를 변경할 수 있다. 도로 상황이나 교통체계가 변경되거나, 출근시간, 퇴근시간, 주말 등에 따라 차량 밀집도가 달라지는 경우, 어플리케이션마다 필요로 하는 대역폭이 달라질 수 있기 때문에, 커버리지 영역 내 상황변화에 따라 통신채널 구성정보를 변경할 수 있다.
도 6과 같이, 군집주행, V2P, Tolling, 교통정보, 및 자율주행을 (A)와 같이 대역폭이 할당된 이후, 출퇴근시간과 같이, 상황변화에 따라 교통량이 많아지는 경우, V2P를 제외하고, 교통정보 및 자율주행의 대역폭을 크게 할당하여 통신채널 구성정보를 변경할 수 있다. 예를 들어, 기지국의 관리중인 커버리지에 자율주행 가능한 차량이 많이 진입한 경우 자율주행을 위한 대역폭을 35 MHz 로 크게 변경하고, 지능형 교통정보를 위한 대역폭은 20Mhz 에서 15 MHz로 변경할 수 있다. 교통량이 많은 경우, 차량의 등록정보를 참조하여 결정할 수 있고, 또한 각 sub bandwidth 별로 Received Signal Strength Indicator(RSSI)를 모니터링하여 혼잡도를 결정하여 대역폭 설정을 결정할 수 있다.
V2X 통신을 수행하는 통신모듈(110)과 기지국(120)은 통신채널 구성정보가 같아야 통신이 가능하기 때문에, 통신부(121)는 설정된 통신채널 구성정보를 커버리지 영역으로 송신한다. 이때, 통신부(121)는 브로드캐스팅을 통해, 커버리지 영역 내 전체로 통신채널 구성정보를 송신할 수 있다.
통신부(121)는 통신채널 구성정보를 Master Control Channel 을 통해서 Master Configuration Block(MCB)으로 송신할 수 있다. MCB에는 현재 기지국이 관리하는 커버리지 역역에서의 활성화된 통신방식(LTE-V2X, NR-V2X, 또는 DSRC) 및 어플리케이션(application), 각 어플리케이션의 대역폭(bandwidth)의 주파수 시작과 끝, 및 해당 정보 적용 지역정보 및 만료시간 등이 포함될 수 있다.
통신부(121)는 상기 통신채널 구성정보를 제1 주기로 송신할 수 있다. 통신채널 구성정보를 송신하기 위한 데이터의 크기가 작다고 하더라도 일부 대역폭이 필요한바, 미리 설정된 주기인 제1 주기마다 통신채널 구성정보를 송신할 수 있다. 도 7과 같이, MCB를 100ms 마다 커버리지 내에 송신할 수 있다.
처리부(122)가 상황변화 등에 따라 통신채널 구성정보를 변경하면, 상기 통신부(121)는 소정의 시간 동안 상기 제1 주기보다 빠른 제2 주기로 상기 변경된 통신채널 구성정보를 송신할 수 있다. 통신채널 구성정보가 변경되는 경우, 변경된 통신채널 구성정보를 제1 주기로 송신하는 경우, 한 주기동안 이전 통신채널 구성정보를 이용하여 V2X 통신을 수행하여 자율주행하던 통신모듈(110)과의 통신이 이루어지지 않을 수 있다. 해당 시간동안 사고가 발생할 수 있기 때문에, 통신채널 구성정보를 변경되면, 일정 시간동안 제1 주기보다 빠른 제2 주기로 변경된 통신채널 구성정보를 송신할 수 있다. 제2 주기로 통신채널 구성정보를 송신하는 시간은 제1 주기의 기간일 수 있다.
도 8과 같이, 상황변화가 E1 시점에 발생하여 통신채널 구성정보가 MCB A에서 MCB B로 변경되면, 통신채널 구성정보 송신주기가 제1 주기에서 제2 주기로 빨라질 수 있다. 변경된 통신채널 구성정보가 커버리지 내 충분히 송신된 이후에는 다시 제1 주기로 통신채널 구성정보를 송신할 수 있다.
통신모듈(110)은 차량 등 이동장치에 장착된 V2X 통신을 위한 모듈일 수 있다. 이동장치의 이동에 따라 위치가 달라지고, 통신모듈(110)이 위치하는 영역을 커버하는 기지국(120)이 달라질 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 기지국(120)마다 지역적 정보에 따라 통신채널 구성정보가 달라질 수 있는바, 해당 기지국(120)과 V2X 통신을 수행하기 위해선 해당 기지국(120)으로부터 V2X 통신을 수행하기 위한 통신채널 구성정보를 통신부(111)가 수신한다. 수신한 통신채널 구성정보는 메모리에 저장될 수 있다.
통신채널 구성정보는 기지국(120)의 커버리지에 진입시 수신할 수 있고, 해당 커버리지 내에 위치하는 경우, 기지국(120)이 통신채널 구성정보를 송신하는 제1 주기마다 통신채널 구성정보를 수신할 수 있다.
상기 통신채널 구성정보는 기지국(120)의 커버리지(coverage) 영역 내의 지역적 정보에 따라 설정될 수 있다. 여기서, 상기 통신채널 구성정보는 기지국(120)의 커버리지 영역 내 보행자 정보, 교통정보, 및 차량 밀집도 중 적어도 하나에 따라 자율주행 기능에 대한 대역폭이 달라질 수 있다.
또한, 상기 통신채널 구성정보는 기지국(120)의 커버리지 영역 내에 상황변화에 따라 변경될 수 있다. 상기 통신채널 구성정보가 변경되면, 상기 통신채널 구성정보의 송신주기가 소정의 시간 동안 상기 제1 주기보다 빠른 제2 주기로 송신될 수 있고, 통신부(111)가 변경된 통신채널 구성정보를 수신하면, 이전에 수신하여 저장된 통신채널 구성정보와 비교하여 통신채널 구성정보 변경을 확인할 수 있다. 통신채널 구성정보가 변경된 경우, 변경된 통신채널 정보에 따라 V2X 통신을 수행할 수 있다.
처리부(112)는 통신부(111)이 수신한 통신채널 구성정보에 따라 V2X 통신을 수행하기 위한 각 기능별 대역폭을 할당하여 통신 데이터를 생성할 수 있다. 현재 통신모듈(110)이 위치하는 영역을 커버하는 기지국(120)에 데이터를 송신하기 위해서, 통신부(111)이 수신한 통신채널 구성정보에 따라 V2X 통신을 수행하기 위한 각 기능별 대역폭을 할당하여 통신 데이터를 생성할 수 있다. 또한, 기지국(120)으로부터 수신한 데이터를 처리하기 위하여, 통신채널 구성정보에 따라 각 대역폭에 포함된 데이터를 처리할 수 있다.
상기 통신채널 구성정보는 통신모듈이 위치하는 영역에 따라 가변될 수 있다. 통신모듈(110)이 새로운 기지국(120)의 커버리지 내 진입하거나, 하나의 기지국(120)의 커버리지 내라 하더라도, 해당 기지국(120)이 통신채널 구성정보를 변경시, 통신채널 구성정보가 달라질 수 있다.
따라서, 처리부(112)는 통신부(111)가 수신한 통신채널 구성정보를 이전에 수신하여 저장한 통신채널 구성정보와 비교하여, 가장 최신의 통신채널 구성정보를 이용하여 V2X 통신을 수행할 수 있다. 통신부(111)가 수신한 통신채널 구성정보를 이전에 저장한 통신채널 구성정보와 다른 경우, 통신에러나 일시적인 커버리지 이탈일 수 있는바, 동일한 통신채널 구성정보가 미리 설정된 횟수 이상 수신시, 해당 통신채널 구성정보를 이용하여 V2X 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, 2번 연속으로 동일한 통신채널 구성정보를 수신시, 해당 통신채널 구성정보를 이용하여 V2X 통신을 수행할 수 있다.
통신모듈(110)은 도 9와 같이, 110a-110b-110c-110d로 이동하면서, 기지국(120-1)의 커버리지 영역(123-1)에 진입시, 기지국(120-1)으로부터 통신채널 구성정보(MCB A)를 수신하고, 기지국(120-1)의 커버리지 영역(123-1) 내에서 해당 통신채널 구성정보(MCB A)를 이용하여 기지국(120-1) 또는 기지국(120-1)의 커버리지 영역(123-1)에 위치하는 다른 통신모듈과 V2X 통신을 수행할 수 있다. 이후, 이동에 따라, 기지국(120-1)의 커버리지 영역(123-1)을 벗어나, 기지국(120-2)의 커버리지 영역(123-2) 진입하게 되면, 기지국(120-2)으로부터 통신채널 구성정보(MCB B)를 수신하고, 통신채널 구성정보를 변경한다. 이후, 기지국(120-2)의 커버리지 영역(123-2) 내에서 해당 통신채널 구성정보(MCB B)를 이용하여 기지국(120-2) 또는 기지국(120-2)의 커버리지 영역(123-2)에 위치하는 다른 통신모듈과 V2X 통신을 수행할 수 있다.
기지국의 커버리지를 벗어난 음영지역에 진입한 경우에는 새로운 기지국의 통신채널 구성정보를 수신하기 전까지 최후에 수신한 기지국의 통신채널 구성정보를 유지하여 동작할 수 있다.
도 10과 같이, 기지국(120-1)의 커버리지 영역(123-1)을 벗어난 이후, 기지국(120-2)의 커버리지 영역(123-2) 내에 진입하기 전(110e)에는 기지국(120-1)으로부터 수신한 통신채널 구성정보(MCB A)를 유지하여 동작할 수 있다. 이후, 기지국(120-2)의 커버리지 영역(123-2) 내에 진입하면 기지국(120-2)으로부터 통신채널 구성정보(MCB B)를 수신하고, 통신채널 구성정보를 변경하고, 기지국(120-2)의 커버리지 영역(123-2) 내에서 해당 통신채널 구성정보(MCB B)를 이용하여 기지국(120-2) 또는 기지국(120-2)의 커버리지 영역(123-2)에 위치하는 다른 통신모듈과 V2X 통신을 수행할 수 있다.
또한, 기지국의 커버리지를 벗어난 음영지역에 진입한 경우에는 새로운 기지국의 통신채널 구성정보를 수신하기 전까지 기준 통신채널 구성정보로 변경하여 동작할 수 있다. 이때, 기지국의 커버리지를 벗어난 음영지역에 진입한 경우 미리 설정된 시간동안, 새로운 통신채널 구성정보를 수신하지 않는 경우, 해당 시간 경과후, 기준 통신채널 구성정보(default preconfiguration)으로 통신채널 구성정보를 변경하여 동작할 수 있다. 해당 시간은 통신채널 구성정보에 포함된 만료시간을 이용하여 설정될 수 있다.
이를 통해, 음영지역에 진입하는 다른 통신모듈간 통신이 이루어지도록 할 수 있다. 예를 들어, 서로 다른 통신채널 구성정보를 가지고 동작하던 차량들이 서로 반대차선에서 진입하는 상황에서 음영지역에 진입하게 되면, 서로 다른 통신채널 구성정보에 따라 통신이 불가하거나 어려워질 수 있다. 즉, 서로 반대차선에서 오는 차량 A, B가 존재하고, 차량 A 의 마지막 가 A, 차량 B 의 마지막 통신채널 구성정보가 B 라면, 서로 통신이 불가할 수 있다. 이때, 음영지역 진입 후 일정시간 경과하면 기준 통신채널 구성정보로 변경함으로써 기준 통신채널 구성정보로 서로 통신이 가능하도록 할 수 있다.
기지국(120)의 통신부(121)는 상기 커버리지 영역 내 위치하는 하나 이상의 통신모듈(110)로부터 모듈정보를 수신하고, 처리부(122)는 상기 수신한 모듈정보를 이용하여 상기 통신채널 구성정보를 설정할 수 있다. 기지국(120)은 지역적 특성이나 상황변화뿐만 아니라, 커버리지 영역 내 위치하는 하나 이상의 통신모듈(110)로부터 모듈정보를 이용하여 통신채널 구성정보를 설정할 수 있다. 커버리지 영역 내 통신모듈(110)의 수가 많아지는 경우, 자율주행 차량인지 등 통신모듈(110)의 모듈정보를 이용하여 자율주행 어플리케이션에 대한 대역폭을 늘릴지를 결정하여 통신채널 구성정보를 설정할 수 있다. 또는, 커버리지 영역 내 긴급차량이 진입하는 등, 우선순위가 높거나 특별처리가 필요한 통신모듈(110)이 발생하는 경우, 해당 통신모듈(110)에 대한 처리를 위하여, 통신채널 구성정보를 변경할 수 있다.
예를 들어, 응급차량이 진입하는 경우, 교통체계를 변경하거나, 다른 차량의 주행을 통제할 필요가 있는바, 교통정보 또는 자율주행에 대한 대역폭을 일시적으로 크게 확대하여 할당할 수 있다.
도 11과 같이, Master Control Channel의 경우 기지국(120)의 MCB를 Broadcast하는 downlink 용도로만 사용되는 것이 아니라 차량의 기본적인 정보를 전송하기 위한 용도로도 활용될 수 있다. 차량의 통신모듈(110)이 기지국(120)의 커버리지 영역에 진입하면 기지국(120)의 MCB를 수신하고 차량의 등록정보를 기지국(120)으로 전송할 수 있다. 등록정보는 차량정보 (크기, 현재속도, 긴급차량 여부 등) 및 자율주행 지원여부, 군집주행 진행여부, 지능형 교통체계 지원여부 등을 포함할 수 있다. 해당 정보를 이용하여 통신채널 구성정보를 설정할 수 있다.
상기와 같이, V2X 대역폭을 동적 할당함으로써 자율주행에서 고정된 형태로 주파수 자원을 사용하는 경우보다 주파수 자원의 사용효율을 높일 수 있고, 서비스 품질을 향상시킬 수 있다. 또한, 별도의 하드웨어나 통신기술을 활용하지 않고 V2X 중 극히 일부의 대역폭과 기지국만을 활용하여 동적인 주파수자원의 활용이 가능하다. 나아가, 지리적 특성에 따른 주파수 동적 할당뿐만 아니라 시간에 따라 지역적 특성도 고려하여 주파수의 동적 할당이 가능하다. 예를 들어, 도심 밀집지역, 고속도로, 교외지역 등 지역적 특성을 고려하여 고정된 주파수 대역폭을 할당하지 않고 지역적 특성에 따라서 주파수 대역폭을 동적으로 할당할 수 있다. 이를 통해 주행 환경에 따른 주파수 대역폭 설정으로 통신 신뢰성 향상 및 지연 방지할 수 있다.
도 12는 본 발명의 제1 실시예에 따른 자율주행 및 지능형 교통 시스템의 블록도이다. 도 12의 각 구성에 대한 상세한 설명은 도 1 내지 도 11의 통신모듈 및 기지국에 대한 상세한 설명에 대응하는바, 이하 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 자율주행 및 지능형 교통 시스템(200)은 커버리지(coverage) 영역 내의 지역적 정보를 이용하여 V2X 통신을 수행하기 위한 통신채널 구성정보를 설정하고, 상기 설정된 통신채널 구성정보를 상기 커버리지 영역으로 송신하는 기지국(120) 및 상기 기지국(120)의 커버리지 내에 위치하는 경우, 상기 통신채널 구성정보를 수신하고, 상기 수신한 통신채널 구성정보에 따라 V2X 통신을 수행하기 위한 각 기능별 대역폭을 할당하여 V2X 통신을 수행하는 통신모듈(110)을 포함한다.
여기서, 기지국(120)은 상기 커버리지 영역 내 보행자 정보, 교통정보, 및 차량 밀집도 중 적어도 하나에 따라 자율주행 기능에 대한 대역폭을 할당하도록 상기 통신채널 구성정보를 설정할 수 있다.
도 13은 본 발명의 제1 실시예에 따른 V2X 주파수 대역폭을 동적 할당방법의 흐름도이고, 도 14는 본 발명의 제1 실시예에 따른 V2X 주파수 대역폭을 동적 할당방법의 흐름도이다. 도 13 및 도 14의 각 단계에 대한 상세한 설명은 도 1 내지 도 11의 통신모듈 및 기지국에 대한 상세한 설명에 대응하는바, 이하 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
통신모듈은 V2X 통신을 수행하기 위하여, 먼저, S11 단계에서 기지국으로부터 V2X 통신을 수행하기 위한 통신채널 구성정보를 수신하고, 수신한 통신채널 구성정보에 따라 S12 단계에서 V2X 통신을 수행하기 위한 각 기능별 대역폭을 할당하여 통신 데이터를 생성한다. 생성된 통신 데이터를 이용하여 해당 기지국 또는 해당 기지국 커버리지 영역 내 다른 통신모듈과 V2X 통신을 수행할 수 있다.
기지국은 S21 단계에서 커버리지(coverage) 영역 내의 지역적 정보를
이용하여 V2X 통신을 수행하기 위한 통신채널 구성정보를 설정하고, S22 단계에서 설정된 통신채널 구성정보를 커버리지 영역으로 송신한다.
이를 통해, 지역적 특성을 고려하여 고정된 주파수 대역폭을 할당하지 않고 지역적 특성에 따라서 주파수 대역폭을 동적으로 할당할 수 있다. 이를 통해 주행 환경에 따른 주파수 대역폭 설정으로 통신 신뢰성 향상 및 지연 방지할 수 있다.
도 15는 본 발명의 제2 실시예에 따른 통신모듈의 블록도이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 통신모듈(1110)은 다른 통신모듈(1121,1122)들과 V2X 통신을 수행한다. 또한, 다른 통신모듈(1121,1122)뿐만 아니라 노변기지국(Road Side Unit, RSU)과 V2X 통신을 수행하여 자율주행 및 지능형 교통체계를 구현할 수 있다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 통신모듈(1110)은 통신부(1111) 및 처리부(1112)로 구성되고, 저장부 및 타이머를 포함할 수 있다.
통신모듈(1110)은 차량과 같은 이동장치에 장착되는 V2X 통신을 수행하는 통신모듈일 수 있다.
통신모듈(1110)은 다른 통신모듈과의 V2X 통신을 수행하기 위해 시간 동기화가 필요하고, V2X 통신에서 시간 동기화는 GNSS(Global Satellite Navigation Systems, 글로벌 위성 항법 시스템)을 이용하여 위성으로부터 수신하는 시간으로 동기화가 수행된다. 하지만, 터널 등 GNSS 통신이 어려운 GNSS 음영지역에서는 GNSS를 이용하여 동기화를 수행하기 어렵다.
차량에 장착된 통신모듈간 통신 가능거리는 주변에 다른 차량이 없는 이상적인 경우는 1km 내외이며, 차량이 많고 장애물이 있는 환경에서는 500m 내외로 제한적이다. 도 16과 같이, 일반적으로 500m 가 넘는 GNSS 음영지역(1)(ex. 터널 내부 등)에서는 시간 동기를 맞추기가 어렵다.
터널의 길이가 1km 내외로 짧은 경우 노변기지국(RSU, 20,21)으로부터 GNSS 시간정보를 받아 동기화가 가능하지만, 도 17과 같이, 긴 터널의 경우나 터널 입구 주변 교통체증 및 기타 장애물이 있는 경우, 통신가능거리가 짧아질 수 있고, 시간정보가 제대로 전달되지 않을 수 있다. 따라서 터널 내에서 차량들(10,11)끼리 동기화가 맞지 않아 통신불능 상태가 될 수 있다.
도 18과 같이, 터널 내에서 음영지역에 상관없이 노변기지국을 많이 설치하는 경우, 노변기지국(20,21)로부터 시간정보를 받아 차량끼리 통신이 가능하나, 터널 길이에 따라 노변기지국 설치 비용이 들며, 인프라 구축에 대한 비용문제가 발생할 수 있다.
도 19와 같이, 터널의 길이가 상당히 긴 경우에는 도 16 내지 도 18의 문제들이 모두 적용될 수 있다. 국내에 5Km 이상인 터널이 7개가 있고 영토가 넓은 나라인 중국이나 미국 같은 경우에는 국내보다 길이가 긴 터널이 훨씬 많기 때문에 차량간 동기화 문제는 V2X 통신에서 중요도가 높아진다.
상기와 같은 GNSS 음영지역에서의 통신모듈간 시간 동기화를 위하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 통신모듈(1110)의 처리부(1112)는 GNSS 음영지역 진입시, 내부 타이머를 기준으로 GNSS 통신을 수행한 최신 시점을 음영지역 진입시점으로 저장한다. 통신모듈간 시간 동기화를 위하여, GNSS 통신없이 통신모듈간 통신을 통해 동기화를 수행하고, 이떄, 각 통신모듈(1110)의 GNSS 통신을 수행한 최신 시점을 이용한다. 이를 위하여, 처리부(1112)는 GNSS 음영지역에 진입한 것으로 판단되는 경우, 내부 타이머를 기준으로 가장 최신에 GNSS 통신을 수행한 시점을 음영지역 진입시점으로 저장한다. 여기서, 음영지역 진입시점은 GNSS 통신을 통해 동기화가 이루어진 신뢰할 수 있는 가장 최신의 시간을 의미한다. 통신모듈(1110)은 내부의 타이머(timer)를 포함하고, 타이머는 GNSS 통신을 수행하는 도중에도 동작하여 시간을 계산한다. 내부 시간은 오실레이터(oscillator), X-TAL, 레조네이터 등을 이용하여 카운팅할 수 있다. GNSS 통신을 수행하며 타이머를 동작시켜, 시간 동기화 주기 사이의 시간을 계산할 수 있다.
처리부(1112)는 GNSS 통신을 수행하는 주기 이상 GNSS 신호를 수신하지 못하면 GNSS 음영지역이 진입했다고 판단할 수 있다. 또는, 지도 또는 경로상 터널에 진입하면 GNSS 음영지역에 진입했다고 판단할 수 있다. 처리부(1112)는 GNSS 음영지역에 진입했다고 판단되면, 가장 최신 GNSS 동기화가 이루어진 시점을 음영지역 진입시점으로 계산하고, 해당 시점에 UTC 타임스탬프(timestamp)로 설정하여 저장할 수 있다. 통신모듈간 기준시를 맞추기 위해 UTC(coordinated universal time, 협정세계시)를 기준으로 음영지역 진입시점을 저장할 수 있다.
통신부(1111)는 다른 통신모듈(1121,1122)와 V2X 통신을 수행하기 위하여, 음영지역 진입시점을 브로드캐스팅한다. GNSS 음영지역에서 통신이 이루어지기 위해선 동기화가 필수인바, 자신의 음영지역 진입시점을 브로드캐스팅(broadcasting)하여, V2X 통신을 수행할 다른 통신모듈(1121,1122)이 해당 신호를 이용하여 동기화를 수행할 수 있도록 할 수 있다. 동기화가 이루어진 통신모듈과는 유니캐스트 등 다른 방식으로 V2X 통신을 수행할 수 있다. 통신부(1111)는 상기 저장된 음영지역 진입시점을 주기적으로 브로드캐스팅할 수 있다. 다른 통신모듈(1121,1122)과의 통신이 이루어질 수 있도록 주기적으로 저장된 음영지역 진입시점을 브로드캐스팅할 수 있다.
처리부(1112)는 다른 통신모듈(1121 또는 1122)로부터 음영지역 진입시점을 수신하는 경우, 상기 수신한 다른 통신모듈의 음영지역 진입시점 및 상기 저장된 음영지역 진입시점 중 가장 최신의 음영지역 진입시점을 이용하여 동기화를 수행한다. GNSS 음영지역에 위치하는 다른 통신모듈(1121,1122)과 통신을 수행하기 위해서 서로 저장하고 있는 음영지역 진입시점을 맞춰 동기화를 수행해야 한다. 이때, 서로 저장하고 있는 음영지역 진입시점을 하나의 음영지역 진입시점으로 맞추기 위하여, 음영지역 진입시점 중 가장 최신의 음영지역 진입시점을 이용한다. 가장 최신의 음영지역 진입시점이 신뢰할 수 있는 가장 최신 시점인바, 해당 시점을 기준으로 동기화를 수행한다. 다른 통신모듈(1121,1122)로부터 음영지역 진입시점을 수신하기 전에는 자신이 저장하고 있는 음영지역 진입시점을 동기화 기준으로 설정하되, 다른 통신모듈(1121,1122)로부터 음영지역 진입시점을 수신하면, 자신이 저장하고 있는 음영지역 진입시점과 수신한 음영지역 진입시점을 비교한다. 자신이 저장하고 있는 음영지역 진입시점이 다른 통신모듈(1121,1122)의 음영지역 진입시점보다 최신인 경우, 자신이 저장하고 있는 음영지역 진입시점을 기준으로 다른 통신모듈(1121,1122)과 동기화를 수행하고, 다른 통신모듈(1121,1122)의 음영지역 진입시점이 자신이 저장하고 있는 음영지역 진입시점 보다 최신인 경우, 다른 통신모듈(1121,1122)의 음영지역 진입시점 중 가장 최신의 음영지역 진입시점을 기준으로 다른 통신모듈(1121,1122)과 동기화를 수행한다.
다른 통신모듈(1121,1122)의 음영지역 진입시점이 자신이 저장하고 있는 음영지역 진입시점 보다 최신으로, 상기 가장 최신의 음영지역 진입시점이 변경되면, 처리부(1112)는 가장 최신의 음영지역 진입시점을 자신의 음영지역 진입시점으로 저장하여, 이후 통신모듈간 통신시 동기화 기준시점을 이용할 수 있다.
처리부(1112)는 상기 동기화를 수행한 통신모듈들과 제1 그룹을 형성할 수 있다. 가장 최신의 음영지역 진입시점을 기준으로 다른 통신모듈(1121,1122)과 동기화를 수행하고, 해당 통신모듈들(1121,1122)과 그룹을 형성하여, 그룹 내에서 다른 통신모듈과 통신을 수행할 수 있다.
그룹을 형성한 통신모듈간 통신을 수행하는 중에, 통신부(1111)가 상기 제1 그룹에 속하지 않는 다른 통신모듈로부터 음영지역 진입시점을 수신하는 경우, 처리부(1112)는 상기 수신한 제1 그룹에 속하지 않는 다른 통신모듈의 음영지역 진입시점 및 상기 제1 그룹의 음영지역 진입시점 중 가장 최신의 음영지역 진입시점을 이용하여 동기화를 수행할 수 있다. 그룹을 형성하는 경우, 각 통신모듈은 모두 그룹 내 가장 최신의 음영지역 진입시점을 저장하고 있는바, 그룹에 속하지 않는 다른 통신모듈로부터 음영지역 진입시점을 수신하는 경우, 처리부(1112)는 상기 수신한 제1 그룹에 속하지 않는 다른 통신모듈의 음영지역 진입시점 및 상기 제1 그룹의 음영지역 진입시점 중 가장 최신의 음영지역 진입시점을 이용하여 동기화를 수행할 수 있다. 이때, 그룹에 속하지 않던 통신모듈의 음영지역 진입시점이 최신의 음영지역 진입시점인 경우, 처리부(1112)는 해당 음영지역 진입시점을 이용하여 해당 통신모듈뿐만 아니라 그룹에 포함된 전체 통신모듈과 동기화를 다시 수행하여 그룹 내 음영지역 진입시점을 업데이트할 수 있다.
그룹 대 그룹이 만나 동기화를 수행하는 경우, 대표 통신모듈 간 음영지역 진입시점을 비교하여 동기화를 수행할 수 있다. 가장 최신의 음영지역 진입시점을 가지는 통신모듈을 동기화 기준 통신모듈로 설정할 수 있고, 해당 기준 통신모듈은 해당 그룹의 대표 통신모듈으로 설정될 수 있다. 그룹간 동기화가 필요한 경우, 대표 통신모듈 간 음영지역 진입시점을 비교하여 동기화를 수행할 수 있다. 그룹 내 모든 통신모듈은 모두 같은 음영지역 진입시점을 저장하고 있는바, 대표 통신모듈과 상관없이 먼저 신호를 주고받은 다른 그룹 내 통신모듈끼리 동기화를 수행하고, 가장 최신의 음영지역 진입시점을 공유하여 새로운 그룹을 형성할 수 있다.
도 20과 같이, 통신모듈(1110)이 GNSS 음영지역(Fading)에 진입하고, 다른 통신모듈(1121,1122)와 음영지역 진입시점을 송수신하고, 가장 최신의 음영지역 진입시점을 저장하고 있는 통신모듈(1110)의 음영지역 진입시점을 이용하여 동기화를 수행한다. 가장 후행하는 차량이 가장 최신의 음영지역 진입시점을 가질 수 있으나, 차량의 속도, 그룹의 합류와 이탈 등에 따라 위치는 달라질 수 있음은 당연하다. 즉, 현재 저장하고 있는 음영지역 진입시점을 기준으로 동기화가 이루어진다. 동기화를 수행한 통신모듈(1110, 1121, 1122)은 그룹을 형성한다. 반대방향으로 GNSS 음영지역으로 진입하여 동기화된 다른 통신모듈(1110-1, 1121-1, 1122-1) 또한 그룹을 형성한다. 제1 그룹(1110, 1121, 1122)과 제2 그룹(1110-1, 1121-1, 1122-1)이 GNSS 음영지역에서 만나는 경우, 그룹간 동기화가 수행될 수 있다. 이때, 그룹간 동기화는 내부 타이머 동기 시작시간이 느린순으로 수행될 수 있다. 즉, 음영지역 진입시점이 가장 늦은 순서대로 먼저 만날 가능성이 높은바, 서로 가까워 신호를 송수신하는 순서대로 동기화가 수행될 수 있다.
도 20과 같이, 운행하고 있던 차량이 GNSS 음영지역으로 들어가면 내부 타이머(Timer)를 기준으로 V2X 통신을 할 수 있다. 여기서, GNSS 지역에서도 내부 Timer는 동작한다. GNSS 음영지역으로 판단되어 내부 Timer 기준으로 동기(Sync)를 맞춰 통신하는 시점에 UTC 타임스탬프 값을 저장한다. 다른 차량과 시간동기 시 가장 나중의 UTC 타임스탬프 값을 가진 차량이 시간동기의 기준 차량이 될 수 있다. 해당 차량이 가장 최신의 GNSS 시간 정보를 가지고 있기 때문이다. 그룹간 시간 동기화 시에도 대표 차량끼리 UTC 타임스탬프를 비교하여 가장 최신의 GNSS 시간정보를 가지고 있는 차량을 기준으로 그룹간 동기화를 수행한다
처리부(1112)는 상기 다른 통신모듈로부터 음영지역 진입시점을 수신하기 전에, GNSS 통신과 상기 내부 타이머와의 시간 불확실 정도의 최소값 및 최대값를 산출하고, 상기 시간 불확실 정도의 최소값 내지 최대값 범위 내에서 기준 신호를 기준으로 다른 통신모듈과 임시 동기화를 수행하고, 상기 임시 동기화를 통해 상기 다른 통신모듈로부터 음영지역 진입시점을 수신할 수 있다.
다른 통신모듈로부터 음영지역 진입시점을 수신하기 위해서 임시 동기화를 수행할 수 있다. 임시 동기화를 통해 음영지역 진입시점을 송수신하고, 최신의 음영지역 진입시점을 공유함으로써 동기화를 수행할 수 있다.
이를 위하여, 먼저, 도 21과 같이, CV2X 단말 차량은 GNSS 로 시간동기를 맞추고 있는 중에도 내부 타이머를 동시에 동작 시켜 시간 불확실 정도(Time uncertainty) 값을 계산할 수 있다. 이때, 시간 불확실 정도 값이 min, max 값을 기록한다. 여기서, 시간 불확실 정도의 최소값(min)은 mim(Uusm)이고, 최대값(max)은 max(Uusm)일 수 있고, 하고, 향후 그룹간 동기화 시 그룹간 시간 동기가 많이 틀어져 통신이 되지 않을 경우 측정된 시간 불확실 정도 값 범위 내에서 기준 신호(Reference Signal, RS)을 기준으로 동기를 맞춘다. 동기화 방식은 기준신호를 이용한 동기화 방법을 이용할 수 있고, 시간 불확실 정도 변수를 이용하여 빠르게 임시로 동기화를 맞추어 데이터를 수신할 수 있다. 임시로 동기화를 맞추어 시간 및 타임스탬프 데이터를 수신한 다음, 수신된 데이터의 시간 정보가 최신일 경우(Time stamp로 비교) 해당 데이터로 시간 동기화를 맞출 수 있다. 동기화를 맞추고 나면 타임스탬프 데이터는 자신의 타임 스탬프 값을 동기화 단말이 가진 값으로 업데이트 할 수 있다.
GNSS 음영지역에서의 통신모듈간 동기화는 도 22 및 도 23과 같이 수행될 수 있다. 먼저, GNSS 음영지역에 진입하면, 도 22와 같이, 음영지역 진입시점을 기록 저장하고 이를 브로드캐스팅한다. 이후, 수신되는 데이터가 없는 경우, 자신의 통신모듈을 동기화 기준 통신모듈(차량)으로 선정할 수 있다. 수신되는 데이터가 있는 경우, 해당 데이터에 포함된 음영지역 진입시점과 저장된 음영지역 진입시점과 비교한다. 음영지역 진입시점이 최신인 통신모듈(차량)이 없는 경우, 자신의 통신모듈을 동기화 기준 통신모듈(차량)으로 선정하고, 음영지역 진입시점이 최신인 통신모듈(차량)이 있는 경우, 자신의 통신모듈을 동기화 대상 통신모듈(차량)로 설정하고, 최신의 음영지역 진입시점의 이용하여 동기화를 수행한다.
그룹간 동기화는 도 23과 같이 수행될 수 있다. 그룹간 동기화 이후, 데이터 수신을 모니터링하고 음영지역 진입시점을 주기적으로 브로드캐스팅할 수 있다. 이후, 수신되는 데이터가 없는 경우, 자신의 그룹을 기준 그룹으로 그룹 내 통신을 유지할 수 있다. 수신되는 데이터가 있는 경우, 해당 데이터에 포함된 상대 그룹의 음영지역 진입시점과 저장된 현재 그룹의 음영지역 진입시점과 비교한다. 현재 그룹의 음영지역 진입시점이 최신인 경우, 자신이 속한 그룹을 기준 그룹으로 통신을 유지하고, 상대 그룹의 음영지역 진입시점이 최신인 경우, 상대 그룹의 음영지역 진입시점의 이용하여 상대 그룹으로 시간 동기화를 수행한다.
상기와 같이, 음영지역 진입시점을 이용하여 동기화를 수행함으로써, GNSS 음영지역에서도 V2V통신이 가능하고, GNSS 음영 지속시간이 길어도 주변차량끼리 안정적인 통신이 가능하다. 또한, 내부 타이머의 오차가 적을 경우 그룹간 시간 동기화 동작 없이 통신이 가능하고, 오차가 많이 발생한 경우 Time uncertainty 변수와 기준신호(Reference Signal)를 이용한 시간 동기화 구간 예측으로 임시 시간 동기화가 가능하며, 이후 수신된 데이터로 그룹간 시간 동기화가 가능하다.
도 24는 본 발명의 제2 실시예에 따른 통신모듈의 통신방법의 흐름도이고, 도 25 내지 도 29는 본 발명의 제2 실시예에 따른 통신모듈의 통신방법의 흐름도이다. 도 24 내지 도 29의 각 단계에 대한 상세한 설명은 도 15 내지 도 23의 통신모듈에 대한 상세한 설명에 대응하는바, 이하 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
GNSS 음영지역 내 통신모듈이 V2X 통신을 수행하기 위하여, GNSS 음영지역 진입시, S111 단계에서 내부 타이머를 기준으로 GNSS 통신을 수행한 최신 시점을 음영지역 진입시점으로 저장하고, 상기 음영지역 진입시점을 브로드캐스팅한다. 여기서, 상기 저장된 음영지역 진입시점을 주기적으로 브로드캐스팅할 수 있다.
이후, 다른 통신모듈로부터 음영지역 진입시점을 수신하는 경우, S112 단계에서 상기 수신한 다른 통신모듈의 음영지역 진입시점 및 상기 저장된 음영지역 진입시점 중 가장 최신의 음영지역 진입시점을 이용하여 동기화를 수행한다. 신뢰할 수 있는 가장 최신의 음영지역 진입시점을 이용하여 통신모듈간 동기화를 수행한다.
여기서, S121 단계에서 상기 가장 최신의 음영지역 진입시점을 가지는 통신모듈을 동기화 기준 통신모듈로 설정할 수 있다.
또한, S131 단계에서 상기 동기화를 수행한 통신모듈들과 제1 그룹을 형성하고, 상기 제1 그룹 내에서 다른 통신모듈과 통신을 수행할 수 있다.
그룹으로 동기화 및 통신을 수행하는 중에, 상기 제1 그룹에 속하지 않는 다른 통신모듈로부터 음영지역 진입시점을 수신하는 경우, S141 단계에서 상기 수신한 제1 그룹에 속하지 않는 다른 통신모듈의 음영지역 진입시점 및 상기 제1 그룹의 음영지역 진입시점 중 가장 최신의 음영지역 진입시점을 이용하여 동기화를 수행할 수 있다.
또한, 상기 가장 최신의 음영지역 진입시점이 변경되면, S151 단계에서, 상기 가장 최신의 음영지역 진입시점을 자신의 음영지역 진입시점으로 저장할 수 있다.
S112 단계에서 상기 다른 통신모듈로부터 음영지역 진입시점을 수신하기 전에, S161 단계 및 S162 단계를 통해 임시 동기화 및 데이터 수신을 수행할 수 있다. S161 단계에서 GNSS 통신과 상기 내부 타이머와의 시간 불확실 정도의 최소값 및 최대값를 산출하고, 상기 시간 불확실 정도의 최소값 내지 최대값 범위 내에서 기준 신호를 기준으로 다른 통신모듈과 임시 동기화를 수행하고, S162 단계에서, 상기 임시 동기화를 통해 상기 다른 통신모듈로부터 음영지역 진입시점을 수신할 수 있다.
도 30은 본 발명의 제3 실시예에 따른 통신모듈 및 기지국의 블록도이다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 통신모듈(2110)과 기지국(2120)은 자율주행 및 지능형 교통체계를 구현하기 위하여, V2X 통신을 통해 데이터를 송수신한다. 본 발명의 제3 실시예에 따른 통신모듈(2110)은 통신부(2111) 및 처리부(2112)를 포함하고, 본 발명의 제3 실시예에 따른 기지국(2120)은 통신부(2121) 및 처리부(2122)를 포함한다.
통신모듈(2110)은 차량과 같은 이동장치에 장착되는 V2X 통신을 수행하는 통신모듈일 수 있다. 기지국(2120)은 차량의 통신모듈(2110)과 자율주행을 위한 V2X 통신을 수행하는 기지국일 수 있다. 여기서, 기지국(2120)은 노변기지국(RSU, Road Side Unit) 및 이동통신기지국(eNB) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 노변기지국과 통신시 V2I 통신이고, 이동통신기지국과 통신시 V2N 통신일 수 있다.
통신모듈(2110)은 차량에 장착되며, 차량이 주행협상 필요영역에 진입시, 자율주행을 위해 다른 통신모듈과 주행협상을 수행하여야 한다. 이때, 주행협상 필요영역, 즉 차로에서 주행협상에 관여하기 위하여, 기지국(2120)은 차로 주변에 위치하는 노변기지국일 수 있다.
통신모듈(2110)은 주행협상 필요영역에 진입시 주행협상 메시지를 이용하여 주행협상을 수행하는데, 이를 위하여, 통신부(2111)는 주행협상 필요영역에 진입시, 기지국(2120) 또는 다른 통신모듈(2131)과 주행협상 메시지를 송수신한다.
레벨 4 이상의 자율주행 실현을 위해서는 차량 자신의 카메라, 라이다(Lidar), 또는 레이더(Radar)에만 의존하여 자율주행을 수행하는 것 이상, 차량간 주행협상이 필요하다. 이때, 주변 차량 및 인프라와 통신이 가능한 V2X 통신을 활용하여 자율주행에서의 주행협상이 이루어질 수 있다.
특히, 차량이 접촉이 발생할 수 있는 주행협상 필요영역에서 차량간 주행협상이 필수적이다. 여기서, 주행협상 필요영역은 도로가 합류되는 합류지역이나, 도로가 교차하는 교차로 등 서로 다른 도로를 주행하던 차량이 만나는 영역일 수 있다. 이러한 영역에서는 차로가 겹쳐지기 때문에, 사고가 발생할 위험이 있고, 사고가 발생하지 않도록 차량간 어떻게 주행하여 사고를 방지할 지에 대한 주행협력이 필요하다. 즉, 레벨4 이상의 자율주행이 실현되려면 교차로, 합류로에서 자율주행 차량은 다른 차량과의 통신을 통해서 주행의 우선순위나 양보의사 등을 주고 받는 동작이 필요하다.
예를 들어, 예를 들어, 도 31과 같이, 차량 B가 차량 A가 주행하는 도로에 합류하는 합류도로로 진입시, 차량 B는 합류지점에서 B-1 경로로 주행할 수도 있고 B-2 의 경로로도 주행이 가능하다. 주행경로에 대한 의사결정은 차량 A의 속도나 주행경로에 따라서 달라질 수 있다. 만약 차량 A와 차량 B의 주행경로가 겹치게 되면, 이로 인해 사고가 발생할 수 있다. 사고를 방지하기 위하여, 차량 B의 합류 이전에 차량 A와 차량 B사이에 V2V 통신을 통해 주행협상을 수행할 수 있다. 이때, 차량 A가 A-1로 주행경로를 변경할지, 아니면 A-2로 그대로 주행할지 결정할 수 있다. 차량 B는 차량 A가 A-1로 주행경로를 변경시 B-1로 바로 합류할지, 아니면 차량 A가 A-2로 그대로 주행할 경우, B-1이 아닌 B-2 경로로 주행하여 차량 A가 지나간 이후에 주행경로를 변경하는 주행협상이 이루어질 수 있다. 차량 A와 차량 B의 차량간 주행협상을 위해서, LTE-V2X에서의 브로드캐스트(broadcast) 위주의 통신방식이 사용될 수 있는데, 브로드캐스트 통신만으로는 그 구현이 쉽지 않다. 또한, 주로 V2X 의 통신 주파수대역이 5.9GHz 임을 고려할 때 차량간 직접적인 통신이 어려운 환경조건이 존재할 수 있다. V2X에서 사용하는 통신 주파수 대역의 경우 5.9GHz 대역을 사용하며, 더 높은 주파수 대역을 사용하기 때문에 LTE 와 같은 cellular 통신보다 주파수의 직진성이 더 강해 non-line-of-sight(NLOS) 환경에서의 통신에 불리하다. 또한, 각각의 차량의 송신 power 를 제한되기 때문에 고가도로와 같은 환경에서는 차량 간의 직접적인 V2V 통신이 원활하지 못할 수 있다.
예를 들어, 고가도로 환경에서 차량 A와 차량 B 간의 고도가 다르거나, 방음벽과 같은 장애물이 차량 A와 차량 B 사이에 존재하여 통신이 어려운 환경에서, 차량간 V2V 통신은 장애물 및 고도의 문제로 통신품질의 문제가 있을 수 있다.
이러한 주행협력 필요영역에서의 주행협력을 위하여, 통신부(2111)는 기지국(2120)을 통해 주행협상을 수행할 수 있다. 차량간 V2V 통신이 아닌 상대적으로 높은 고도(elevation)와 안테나의 각도(angle) 조절이 가능하여 LOS의 확보가 가능한 기지국, 특히 노변기지국(RSU)를 활용하여 V2I(vehicle to infrastructure) 통신을 하는 경우, 높은 신뢰성으로 통신을 유지할 수 있다. 즉, 주행협상을 위해서 노변기지국을 활용하는 경우 NLOS 와 같은 통신이 어려운 지역에서의 통신에 유리한 환경을 확보할 수 있고, 지능현 교통 시스템(C-ITS) 등과의 연계로 교통량을 완화하여 교통흐름을 제어할 수 있고, 주행협상에서의 우선권에 대해 노변기지국이 중재할 수 있다.
처리부(2112)는 상기 주행협상 필요영역에 기지국(2120)이 위치하는지 경우, 기지국(2120)으로부터 수신하는 주행협상 메시지를 이용하여 상기 주행협상 필요영역 내 주행시나리오를 결정한다. 처리부(2112)는 기지국(2120) 또는 다른 통신모듈(2131)이나 다른 인프라로부터 자율주행을 위한 데이터를 수신하지 않는 경우, 차량에 장착된 카메라, 라이더 또는 레이더 등을 통해 감지되는 외부 환경에 대한 데이터를 이용하여 자율주행을 위한 주행시나리오를 결정하되, 외부로부터 자율주행을 위한 데이터 또는 주행협상을 위한 주행협상 메시지 또는 주행보조 메시지를 수신시 이를 함께 고려하여, 주행시나리오를 결정할 수 있다. 여기서, 주행시나리오는 앞으로 주행을 어떻게 진행할 지를 결정하는 것으로, 주행속도, 주행방향, 주행차로, 우선순위, 양보여부 등을 포함하는 안전한 주행을 위한 시나리오일 수 있다.
기지국(2120)으로부터 수신하는 주행협상 메시지는 주행협상 필요영역 내 다른 통신모듈(2131)이 위치하는지 여부 및 상기 주행협상 필요영역 내 다른 통신모듈(2131)이 위치하는 경우 해당 다른 통신모듈의 주행정보를 포함할 수 있다. 주행협상 메시지는 주행협상 필요영역 내 다양한 정보를 포함할 수 있고, 특히, 사고가 발생할 수 있는 다른 통신모듈(2131)의 주행정보를 포함할 수 있다. 다른 통신모듈(2131)뿐만 아니라, V2X 통신모듈이 장착되지 않은 차량이나, 보행자 등 주행협상 필요영역 내 주행에 관련된 다양한 주행정보를 포함할 수 있다.
통신부(2111)는 기지국(2120)으로부터 주행협상 메시지뿐만 아니라 주행보조 메시지를 수신할 수 있다. 여기서, 주행보조 메시지는 기지국(2120)에서 판단된 주행정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 주행보조 메시지는 진입순서, 주행경로, 주행속도, 및 주행시점의 다른 차량의 예상 위치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 기지국(2120)은 주행정보를 전달하는 역할에 그치지 않고, 통신모듈 간 사고가 발생하지 않도록 어느 통신모듈이 우선순위를 가지는지 어떤 주행경로로가 각 통신모듈이 주행시 사고를 방지할 수 있을지에 대한 판단을 내리고, 이를 해당 통신모듈에 송신하는 중개자의 역할을 수행할 수 있다.
통신부(2111)는 주행협상 필요영역 내 기지국(2120)이 위치하는 경우, 기지국(2120)을 통한 주행협상을 위하여, 기지국(2120)과의 V2I 통신을 수행하고, 주행협상 필요영역 내 기지국(2120)이 위치하지 않는 경우, 직접 다른 통신모듈(2131)과 V2V 통신을 통해 주행협상을 수행할 수 있다.
여기서, 브로드캐스트 통신만을 이용하지 않고, 브로드캐스트 통신뿐만 아니라, 유니캐스트 통신 또는 그룹캐스트 통신을 이용하여 주행협상을 수행할 수 있다.
통신부(2111)는 브로드캐스트 통신으로 기지국(2120)을 탐색하고, 유니캐스트 통신으로 상기 주행협상 메시지를 수신할 수 있다. 주행협상 과정에 따라 브로드캐스트 통신과 유니캐스트 통신을 모두 이용할 수 있다.
통신부(2111)는 기지국(2120)을 탐색시, 주행협상 필요영역 진입 정보를 포함하는 탐색 메시지를 송신하고, 기지국(2120)으로부터 유니캐스트 링크 설정 정보를 포함하는 응답 메시지를 수신할 수 있다. 주행협상 필요영역에 진입하는 경우, 주행협상 필요영역 내 주행협상을 수행할 기지국(2120)이 위치하는지 브로드캐스트 통신으로 기지국(2120)을 탐색(discover)할 수 있다. 이때, 탐색을 위한 탐색 메시지는 주행협상이 필요하다는 정보를 포함할 수 있다. 탐색 메시지의 일부에 현재 자신의 차량이 합류 등 주행협상이 필요하다는 정보를 포함시킬 수 있다.
기지국(2120)은 통신부(2121)를 통해 통신모듈(2110)로부터 탐색 메시지를 수신하고, 탐색 메시지 내에 포함된 정보에 따라 주행협상이 필요한 경우, 탐색 메시지에 대한 응답으로 응답(answer) 메시지를 송신하며, 이때, 응답 메시지에는 유니캐스트 링크 설정에 필요한 정보, 즉 무선 자원(radio resource)에 대한 정보를 함께 송신할 수 있다. 여기서, 유니캐스트 링크 설정 정보는 서브채널의 위치, 서브채널의 개수, 송신(Tx) 파워, 및 무선 자원(radio resource)에 대한 유효시간 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 서브채널은 시간과 주파수로 구분되는 채널로, 주행협상을 위해 이용가능한 서브채널의 위치와 개수, 송신 파워, 및 무선자원에 대한 유효시간(validity time)을 포함할 수 있다. 기지국(2120)으로부터 응답 메시지를 수신하면, 처리부(2112)는 응답 메시지에 포함된 서브채널 중 수신신호강도가 가장 낮은 서브채널을 이용하여 유니캐스트 링크를 연결할 수 있다. 주행협상으로 지정된 대역폭(bandwidth) 중 센싱 기반(sensing-based) 방식을 통해 RSSI(수신신호강도)가 낮은 서브채널을 선택하여 유니캐스트 링크를 연결하고, 기지국(2120)과 유니캐스트 통신을 통해 주행협상을 수행할 수 있다. 도 32 및 도 33과 같이, 기지국(2120) 탐색시 브로드캐스트 통신(2141)을 이용하고, 주행협상 메시지를 송수신시 유니캐스트 통신(2142)을 이용할 수 있다.
기지국(2120)은 통신모듈(2110)로부터 주행협상이 필요한 정보를 포함하는 탐색 메시지를 수신하면, 응답 메시지를 송신하고, 주행협상 메시지 또는 주행보조 메시지를 생성하여 통신모듈(2110)로 송신할 수 있다. 기지국(2120)은 주행협상 메시지 또는 주행보조 메시지를 생성함에 있어서, 주행협상 필요영역 내 다른 통신모듈의 주행정보를 이용할 수 있다.
기지국(2120)은 브로드캐스트 통신으로 상기 주행협상 필요영역 내 다른 통신모듈(2131)로부터 주행경로 및 주행속도를 포함하는 주행정보 메시지를 수신하고, 그룹캐스트 통신으로 상기 주행협상 필요영역 내 다른 통신모듈과 페이징(paging)을 수행하고, 유니캐스트 통신으로 상기 주행협상 필요영역 내 다른 통신모듈에 상기 주행보조 메시지를 송신할 수 있다. 기지국(2120)은 주행협상 필요영역 내 다른 통신모듈(2131)로부터 주행정보 메시지를 리포트(report) 받을 수 있다. 도 34 및 도 35과 같이, 다른 통신모듈(2131, 2132)은 주행협상 필요영역에 진입하면 기지국(2120)에 자신의 주행정보 메시지를 브로드캐스트 통신(2141)으로 송신한다. 기지국(2120)은 주행협상이 필요한 경우, 주행협상을 수행할 필요가 있는 다른 통신모듈(2131, 2132)에 대해 그룹캐스트 통신(2143)으로 페이징을 수행한다. 여기서, 그룹캐스트(groupcast) 통신은 그룹으로 설정되는 통신모듈(2110)에 대해서만 통신을 수행하는 V2X 통신방식으로, 그룹캐스트로 묶여 있는 전체 통신모듈(2110)에 효율적으로 데이터를 송신할 수 있다. 페이징(paging)은 통신을 수행하기 위해 해당 통신모듈의 위치를 파악하기 위하여 호출신호를 송신하는 것으로, 브로드캐스트 통신(2141)이 아닌 그룹캐스트 통신(2143)으로 페이징을 수행함으로써 주행협상이 필요한 통신모듈에 대해서만 페이징을 효율적으로 수행할 수 있다. 페이징을 통해 주행협상을 위한 주행협상 메시지 송수신이 필요하다는 정보 및 유니캐스트 링크 설정을 위한 무선 자원에 대한 정보를 송신할 수 있다. 여기서, 무선자원에 대한 정보는 서브채널의 위치, 서브채널의 개수, 송신 파워, 및 무선자원에 대한 유효시간을 포함할 수 있다. 이후, 유니캐스트 링크가 설정되면, 유니캐스트 통신(2142)을 통해 다른 통신모듈(2131)과 주행협상 메시지를 송수신할 수 있다.
기지국(2120)이 주행협상 필요영역 내 다른 통신모듈(2131)의 주행정보를 이용하여, 주행 보조 메시지를 생성할 수 있고, 통신부(2111)는 상기 주행협상 필요영역 내 다른 통신모듈에 따른 주행 보조 메시지를 유니캐스트 통신을 통해 상기 기지국으로부터 수신할 수 있다. 여기서, 주행 보조 메시지는 기지국(2120)이 수신한 주행협상 필요영역 내 통신모듈들의 주행정보를 이용하여, 기지국(2120)이 판단한 통신모듈별 주행시나리오로, 기지국(2120)의 중개자 역할에 따른 합류 보조(assist) 메시지일 수 있다. 여기서, 주행 보조 메시지는 권장 이동경로, 이동속도, 주행시점의 주변 차량의 예상위치 등이 포함될 수 있다. 처리부(2112)는 자기 차량에 장착된 센서들로부터 획득되는 정보, 고정밀 지도, 및 기지국(2120)으로부터 C-V2X 통해 받은 주행협상 메시지 및 주행보조 메시지를 이용하여 주행협상 필요영역에서의 주행 시나리오를 결정할 수 있다. 이때, 기지국(2120)으로부터 수신한 주행보조 메시지에 가중치를 두고, 이를 기준으로 주행 시나리오를 결정할 수 있다. 기지국(2120)은 다른 통신모듈(2131)에도 주행협상 메시지를 송수신하여 통신모듈간 주행협상에 따른 자율주행이 되도록 할 수 있다.
통신모듈(2110)은 차량에 장착되는 통신모듈이고, 주행협상 필요영역은 복수의 도로가 합류하는 합류지역일 수 있다. 기지국(2120)은 주도로에 진입하는 다른 통신모듈(2131,2132)의 예상 주행경로를 리포트 받고, 주행도로에 합류하는 통신모듈(2110)로부터 합류요구가 발생하면, 도 36 및 도 37의 과정을 통해 주행협상이 수행될 수 있다. 합류하고자 하는 통신모듈(2110)은 도 36과 같이, 먼저, 주행협상 필요영역인 합류지역에 기지국(2120)이 존재하는지 브로드캐스트 통신으로 확인하고, 기지국(2120)이 없는 경우, V2V 간 직접 통신을 통해 주행협상을 수행할 수 있다. 기지국(2120)이 있는 경우, 유니캐스트 링크를 설정하고, 유니캐스트 통신으로 기지국(2120)과 주행협상 메시지를 송수신할 수 있다. 상기 주행협상 메시지를 수신한 이후에는 상기 유니캐스트 링크 연결을 해제할 수 있다. 메시지 교환이 완료되면, 해당 서브채널의 주파수의 재사용을 위하여, 유니캐스트 링크 연결을 해제할 수 있다. 이후, 통신모듈(2110)은 기지국(2120)으로부터 수신한 주행협상 메시지 또는 주행보조 메시지에 포함된 데이터와 센서 측정 데이터 등에 포함된 위도/경도, 거리측정, 방위각, 주행속도 연산을 통한 고정밀 측위를 이용하여 주행 시나리오를 결정하고 그에 따라 협력 주행을 수행할 수 있다.
기지국(2120)은 통신모듈(2110)로부터 탐색 메시지를 통해 합류요구를 수신하면, 주행도로에서 주행하는 다른 통신모듈(2131,2132)에 대한 주행제어가 필요한지 판단하고, 다른 통신모듈(2131,2132)과의 사고 위험성이 없어 주행제어가 필요하지 않은 경우, 다른 통신모듈(2131,2132)에 대한 동작을 수행하지 않는다. 다른 통신모듈(2131,2132)에 대한 주행제어가 필요한 경우에는 페이징을 통해 대상 차량의 통신모듈을 호출하고, 유니캐스트 링크를 설정하고, 유니캐스트 통신으로 주행협상 메시지를 송수신하여 다른 통신모듈(2131,2132)이 주행협상에 따라 주행하도록 할 수 있다. 상기 주행협상 메시지를 수신한 이후에는 역시, 상기 유니캐스트 링크 연결을 해제할 수 있다.
기지국(2120)은 상기 주행협상 필요영역 내 통신모듈이 장착되지 않은 차량이 위치하는 경우, 상기 통신모듈이 장착되지 않은 차량의 주행정보를 감지하고, 상기 감지한 주행정보를 이용하여 상기 주행협상 메시지 또는 상기 주행보조 메시지를 생성할 수 있다. 도 38과 같이, V2X 통신모듈이 장착되지 않은 차량(2133)이 위치하는 경우, 기지국(2120)은 카메라, 라이다, 레이더와 같은 센서를 활용하여 주행중인 차량(2133)의 이동속도를 예상하며 주행시나리오를 결정하여 합류로로 합류하고자 하는 통신모듈(2110)에 주행 보조 메시지로 송신할 수 있다. 여기서, V2X 통신모듈이 장착되어 있으나, 주행협상 기능이 없는 차량 역시, 도 38과 같이 기지국(2120)을 통해 주행협상을 수행할 수 있다.
도 39와 같이, 주행차로에서 V2X 통신모듈이 장착된 차량(2131)과 V2X 통신모듈이 미장착된 차량(2133)이 위치하는 경우, 기지국(2120)은 차량(2133)의 주행경로를 예상하고 차량(2131)과 주행협상 메시지를 교환한 후 통신모듈(2110)에 주행 보조 메시지를 전달할 수 있다.
상기와 같이, 합류로로 합류하는 통신모듈(2110)에 대해 기지국(2120)이 주행도로에 주행중인 다른 통신모듈과의 주행협상을 중개하여 주행협상이 이루어지도록 할 수 있다. 이를 통해, V2X 를 활용하는 자율주행에서 주행협상 시 통신의 지리적인 제약을 기지국을 통해 극복할 수 있고, 지능형 교통 시스템(C-ITS) 연계를 통해 원할한 트래픽(traffic) 제어가 가능하고 주행협상 시 기지국이 중재자 역할을 할 수 있다. 나아가, 종전 LTE-V2X 기반의 통신에서는 브로드캐스트(Broadcast)만 가능하여 통신 패킷의 수신여부를 알 수 없으나 주행협상 시 유니캐스트(Unicast) 또는 그룹캐스트(Groupcast)를 활용하여 수신하는 차량의 의사를 확인할 수 있고, 단순 브로드캐스트보다 유니캐스트 및 그룹캐스트를 활용하여 통신의 효율성을 높이고, 간섭을 최소화할 수 있다.
주행협상 필요영역은 추월이 이루어지는 경우를 포함할 수 있고, 이때, 통신부(2111)는 상기 다른 통신모듈에 접근시 브로드캐스트 통신으로 오버테이크 메시지를 상기 다른 통신모듈에 송신하고, 유니캐스트 통신으로 상기 다른 통신모듈과 주행협상 메시지를 송수신할 수 있다.
도 40 및 도 41과 같이, 통신모듈(2110)이 장착된 차량이 다른 통신모듈(2131)이 장착된 차량에 접근시 뒤로 접근하였다는 정볼르 포함하는 오버테이크(overtake) 메시지를 브로드캐스트 통신(2141)으로 송신할 수 있다. 이때, 유니캐스트 링크를 설정하기 위한 정보를 송신할 수 있고, 주행협상으로 지정된 대역폭 중 센싱기반 방식을 통해 수신되는 RSSI가 낮은 서브채널을 선택하여 유니캐스트 링크를 설정할 수 있다.
LTE-V2X의 경우 상대차량의 메시지 수신 성공에 관계없이 재전송하는 blind retransmission을 이용할 수 있다. 하지만, 도 40과 같이 왕복 2차선과 같은 환경에서 추월과 같은 시나리오는 상대차량(2131)의 의사가 매우 중요하기 때문에 LTE-V2X 에서의 브로드캐스트 통신방식을 사용하지 않고 HARQ(Hybrid Automatic Repeat Request)를 적용할 수 있는 유니캐스트 통신방식을 사용할 수 있다.
통신부(2111)는 상기 다른 통신모듈에 추월요청 메시지를 송신하고, 상기 다른 통신모듈로부터 추월 동의메시지 또는 추월 거절 메시지를 수신하되, 상기 추월 동의 메시지는 상기 다른 통신모듈의 전방카메라정보를 포함할 수 있다.
추월요청 메시지에는 통신모듈(2110)이 장착된 차량의 주행속도 추월을 위한 가속 시 주행속도, 그리고 차량 A 에 차량감속 요청여부 등의 정보를 포함할 수 있다. 다른 통신모듈(2131)이 장착된 차량은 추월요청 메시지를 수신 후 추월 동의(accept) 또는 거절(reject) 메시지를 회신할 수 있고 이때 차량의 센서의 capability 를 전달하여 전방카메라정보 등과 같은 정보의 전달 가능여부를 전달할 수 있다. 이를 통해, 통신모듈(2110)은 전방시야 확보가 어려운 왕복 2차선 환경에서 선행 차량의 센서 데이터를 공유받아 선행차량이 확보하고 있는 전방 시야에 대한 센서데이터를 유니캐스트 통신으로 안정적으로 공급받을 수 있다.
통신부(2111)는 다른 통신모듈(2131)에 제1 주행협상 메시지를 송신한 이후 제2 주행협상 메시지를 송신하되, 상기 제1 주행협상 메시지에 대한 NACK 신호를 수신시, 제1 주행협상 메시지를 재전송할 수 있다. 도 42는 유니캐스트 통신으로 주행협상을 진행시 HARQ 방식을 통해서 메시지를 송수신하는 예시를 나타낸다. HARQ 방식으로 전송효율을 높이기 위해서 단일 채널(channel)을 사용하지 않고 최소 2개 이상의 채널을 사용하여 전송효율을 높일 수 있다. 예를 들어, 센서 데이터와 같이 대용량의 전송데이터가 필요한 경우 단일 채널을 활용하는 경우보다 복수의 채널을 활용하는 것이 전송효율 측면에서 유리하다. 즉, 통신모듈(2110)은 메시지1을 채널 A를 통해 송신하고, 다른 통신모듈(2131)로부터 ACK/NACK 를 기다리지 않고 메시지 2를 채널 B 를 통해 보내되, 메시지 1에 대한 NACK을 수신한 경우, 다음 송신 차례에 가능한 채널을 통해서 메시지 1을 재전송할 수 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 통신모듈(2110)은 주행협상을 수행함에 있어서, 브로드캐스트 및 유니캐스트뿐만 아니라 그룹캐스트를 이용할 수 있다. 본 발명의 제3 실시예에 따른 통신모듈(2110)은 주행협상 필요영역에 진입시, 기지국(2120)과 주행협상 메시지를 송수신하는 통신부(2111) 및 기지국(2120)으로부터 수신하는 주행협상 메시지를 이용하여 상기 주행협상 필요영역 내 주행시나리오를 결정하는 처리부(2112)를 포함하고, 브로드캐스트 통신을 이용하여 상기 기지국으로부터 상기 주행협상 필요영역에 대한 정보를 수신하고, 상기 주행협상 필요영역 내 위치하는 통신모듈에 대한 그룹캐스트 통신을 통해 주행협상 메시지 또는 주행보조 메시지를 수신할 수 있다. 주행협상을 위한 메시지가 특정 조건에 해당하는 통신모듈에 송수신되어야 하는 경우, 그룹캐스트 통신을 이용하여 효율적으로 메시지 송수신을 수행할 수 있다.
여기서, 상기 주행협상 필요영역은 교차로 또는 회전교차로일 수 있다. 회전교차로와 같이, 회전교차로 내에서 회전 중인 통신모듈(2110)을 그룹캐스트로 묶고, 주행협상을 위한 주행보조 메시지를 그룹캐스트 통신으로 송신할 수 있다. 이때, 주행보조 메시지는 상기 회전교차로로의 진입시점 및 주행우선순위 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 43과 같이, 회전교차로에서는 그룹캐스트(Groupcast) 방식을 사용하여 교차로의 진입시간 및 주행 우선순위를 결정할 수 있다. 회전교차로에서의 기지국(2120)은 기본적으로 회전교차로에 진입하고자 하는 차량들과 그룹캐스트를 형성할 수 있다. 도 44와 같이, 통신모듈(2110)은 회전교차로 진입 전 노변기지국으로부터 회전교차로 정보를 브로드캐스트 통신(2141)으로 수신할 수 있다. 수신한 회전교차로 정보에는 유니캐스트 링크설정을 위한 정보가 포함될 수 있다. 통신모듈(2110)은 기지국(2120)으로부터 유니캐스트 통신(2142)으로 회전교차로의 그룹캐스트(Groupcast)를 위한 정보를 수신하고, 이후 그룹캐스트 통신(2143)으로 회전교차로의 진입시점, 주행우선순위 등의 정보를 수신하여 주행협상을 수행할 수 있다.
주행협상 필요영역은 교차로인 경우, 상기 주행협상 필요영역 내 주행차선 종류에 따라 수행하는 그룹캐스트를 설정하고, 통신부(2111)는 통신모듈(2110)이 속한 그룹캐스트에 해당하는 그룹캐스트 통신을 통해 주행협상 메시지를 수신할 수 있다. 회전교차로는 회전교차로의 회전구간 내 여부로 그룹캐스트를 설정하는 것과 달리, 일반 교차로에서는 주행의 상관관계가 높은 차량끼리 그룹캐스트를 설정할 수 있다. 이때, 도 43과 같이, 주행차선의 종류에 따라 그룹캐스트를 설정할 수 있다. 예를 들어, 좌회전 차선(2144), 우회전 차선(2145)으로 그룹캐스트를 나누어 주행협상을 수행할 수 있다. 각 그룹캐스트마다 신호정보와 보행자의 정보가 상이한바, 각각 신호정보 및 보행자 유무여부 등을 판단하여 자율주행을 수행할 수 있다. 기지국(2120)은 상시 브로드캐스트 통신(2141)으로 현재 교차로에서 사용되고 있는 그룹캐스트 정보를 송신하고, 통신모듈들은 자신의 주행차선에 해당하는 그룹캐스트 통신(2143)으로 주행협상 메시지를 수신한다. 각 통신모듈은 자신에 해당하는 그룹캐스트 메시지만 수신하고 나머지 그룹캐스트 메시지를 버리는(discard) 방식을 사용한다. 이를 통해, 메시지 디코딩에 사용되는 시간을 단축시킬 수 있고, 기지국의 Tx 송신방향에 방향성을 추가한다면 그룹캐스트 통신 간 주파수 방해(interference)도 최소화 할 수 있다.
도 47은 본 발명의 제3 실시예에 따른 자율주행 및 지능형 교통 시스템의 블록도이다. 도 47의 각 구성에 대한 상세한 설명은 도 30 내지 도 46의 통신모듈 및 기지국에 대한 상세한 설명에 대응하는바, 이하 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 자율주행 및 지능형 교통 시스템(2200)은 주행협상 필요영역에 위치하고, 상기 주행협상 필요영역 내 통신모듈로부터 탐색 메시지 또는 주행정보 메시지를 수신하고, 상기 주행협상 필요영역 내 통신모듈간 주행협상 필요시, 주행협상 메시지를 주행협상 필요한 통신모듈에 송신하는 기지국(2120) 및 상기 주행협상 필요영역 진입시, 상기 기지국으로부터 수신하는 주행협상 메시지를 이용하여 상기 주행협상 필요영역 내 주행시나리오를 결정하는 통신모듈(2110)을 포함한다. 여기서, 기지국(2120)과 통신모듈(2110)은 브로드캐스트 통신으로 상기 탐색 메시지 또는 상기 주행정보 메시지를 송수신하고, 유니캐스트 통신으로 상기 주행협상 메시지를 송수신할 수 있다.
도 48은 본 발명의 제3 실시예에 따른 V2X 주행협상방법의 흐름도이고, 도 49는 본 발명의 제3 실시예에 따른 V2X 주행협상방법의 흐름도이다. 도 48 및 도 49의 각 단계에 대한 상세한 설명은 도 30 내지 도 47의 통신모듈 및 기지국에 대한 상세한 설명에 대응하는바, 이하 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
통신모듈은 V2X 주행협상을 수행하기 위하여, 먼저, S211 단계에서 브로드캐스트 통신으로 기지국을 탐색하고, S212 단계에서 유니캐스트 통신으로 주행협상 메시지를 수신한다. 이후, S213 단계에서 주행협상 메시지를 이용하여 주행협상 필요영역 내 주행 시나리오를 결정한다. 즉, 기지국을 통해 주행협상을 수행하되, 브로드캐스트 통신 및 유니캐스트 통신을 이용하여 통신의 효율성을 높일 수 있다.
또한, 통신모듈은 V2X 주행협상을 수행하기 위하여, S221 단계에서 브로드캐스트 통신으로 기지국으로부터 주행협상 필요영역에 대한 정보를 수신하고, S222 단계에서 주행협상 필요영역 내 위치하는 통신모듈에 대한 그룹캐스트 통신을 통해 주행협상 메시지 또는 주행보조 메시지를 수신하고, 이후, S213 단계에서 주행협상 메시지를 이용하여 주행협상 필요영역 내 주행 시나리오를 결정한다. 즉, 기지국을 통해 주행협상을 수행하되, 브로드캐스트 통신, 유니캐스트 통신, 및 그룹캐스트 통신을 이용하여 통신의 효율성을 높일 수 있다.
이를 통해, V2X 를 활용하는 자율주행에서 주행협상 시 통신의 지리적인 제약을 기지국을 통해 극복할 수 있고, 지능형 교통 시스템(C-ITS) 연계를 통해 원할한 트래픽(traffic) 제어가 가능하고 주행협상 시 기지국이 중재자 역할을 할 수 있다. 나아가, 종전 LTE-V2X 기반의 통신에서는 브로드캐스트(Broadcast)만 가능하여 통신 패킷의 수신여부를 알 수 없으나 주행협상 시 유니캐스트(Unicast) 또는 그룹캐스트(Groupcast)를 활용하여 수신하는 차량의 의사를 확인할 수 있고, 단순 브로드캐스트보다 유니캐스트 및 그룹캐스트를 활용하여 통신의 효율성을 높이고, 간섭을 최소화할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.
본 실시 예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 기지국으로부터 V2X 통신을 수행하기 위한 통신채널 구성정보를 수신하는 통신부; 및
    상기 수신한 통신채널 구성정보에 따라 V2X 통신을 수행하기 위한 각 기능별 대역폭을 할당하여 통신 데이터를 생성하는 처리부를 포함하고,
    상기 통신채널 구성정보는 통신모듈이 위치하는 영역에 따라 가변되는 통신모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 통신채널 구성정보는,
    상기 기지국의 커버리지(coverage) 영역 내의 지역적 정보에 따라 설정되되, 상기 기지국의 커버리지 영역 내에 상황변화에 따라 가변되는 통신모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 통신채널 구성정보는,
    상기 기지국의 커버리지 영역 내 보행자 정보, 교통정보, 및 차량 밀집도 중 적어도 하나에 따라 자율주행 기능에 대한 대역폭이 달라지는 통신모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 통신채널 구성정보는,
    상기 기지국으로부터 주기적으로 송신되는 통신모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 통신채널 구성정보는 제1 주기로 송신되되, 상기 통신채널 구성정보가 변경되면, 상기 통신채널 구성정보의 송신주기가 소정의 시간 동안 상기 제1 주기보다 빠른 제2 주기로 송신되는 통신모듈.
  6. 커버리지(coverage) 영역 내의 지역적 정보를 이용하여 V2X 통신을 수행하기 위한 통신채널 구성정보를 설정하는 처리부; 및
    상기 설정된 통신채널 구성정보를 상기 커버리지 영역으로 송신하는 통신부를 포함하는 기지국.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 처리부는,
    상기 커버리지 영역 내에 상황변화에 따라 상기 통신채널 구성정보를 변경하는 기지국.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 처리부는,
    상기 커버리지 영역 내 보행자 정보, 교통정보, 및 차량 밀집도 중 적어도 하나에 따라 자율주행 기능에 대한 대역폭을 할당하도록 상기 통신채널 구성정보를 설정하는 차량단말.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 통신부는 상기 커버리지 영역 내 위치하는 하나 이상의 통신모듈로부터 모듈정보를 수신하고,
    상기 처리부는,
    상기 수신한 모듈정보를 이용하여 상기 통신채널 구성정보를 설정하는 기지국.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 통신부는 상기 통신채널 구성정보를 제1 주기로 송신하는 기지국.
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