Mimo Systems'i tasarlayın Low-latency A Özerk Araç İletişimi

Özerk araçlar (AVs) sürekli, düşük seviyeli bir iletişim bağlantısına bağlı olarak, sensör verilerini paylaşmak, koordinat manevralarını ve güvenlik-könksel güncellemeleri almak için güvenlik-kırıklama hedeflerini bile bir çarpışmadan güvenli bir karar verebilir. Birden çok giriş Birden çok Çıkış Çıkış (MIMO) teknoloji yüksek veri oranları için temelsel bir olasılıktır, yeraltı sürüş talepleri ve sistem entegrasyonu için.

Özerk Araç İletişimi için MIMO'nun Temelleri

MIMO sistemleri hem de alıcıda birden çok anten kullanıyor ve birden fazla uzaysal akışları aynı anda iletmeleri için.In the context of araç-to-herthing (V2X) iletişim - hangi araç-to-vehicle (V2V) araç-infrayapısı (V2I) ve araç-taban (V2N)-MIMO iki birincil fayda sağlar:

AV için düşük çözünürlükli iletişim genellikle, bu bütçeleri temel güvenlik mesajları için 10-20 milisaniye altında gerektirir (örneğin DSRC/C-V2X) ve 3-5 milisaniyeler için, daha düşük sinyal-to-noise oranları için.

Vehüler Platformlar için Anten Yapı Tasarımı

Antenler ve Spasal Boyut Sayısı

Antenlerin sayısı doğrudan çokluxing kazanç ve çeşitlilik düzenine etkiler. 2×2 yapılandırma (iki ileti, iki tane anten) mevcut V2X çipleri ile yaygındır, ancak 5G Yeni Radyo (NR) gibi ortaya çıkan modeller, mevcut uzaylara karşı antenleri dengelemek ve düşük bir profili korumak için gereklidir.

[FONT=0)Key trade-off[[Dönetici: Daha fazla anten kapasite logaritik olarak artmakta ve MIMO algılama ve kanal tahminleri için hesaplama karmaşıklığı da yükseltmektedir. Geçimsiz uygulamalar için, işlem gecikmesi basit bir şekilde işlemeyi sürdürebilir, ancak düşük SNR’de bir karma yaklaşımla ilişkili olarak gelir.

Anten Spacing ve Correlation

Uzaylı çokluxing çalışmak için, farklı antenler üzerinde sinyallerin bağımsız veya neredeyse bağımsız bir fading olması gerekir. 5.9 GHz frekanslarında IEEE 802.11p/802.11bd ve C-V2X tarafından kullanılan, yüksek çözünürlükte yaklaşık 5 cm. yarı dalga aralığı ( ⁇ 2.5 cm) tipiktir. ancak, bir araç çatıda, mevcut alan genellikle farklı antenler ve daha yakın kapasiteye sahip olan farklı frekanslar.

Radyasyon Deseni ve Coverage

Özerk araçlar tüm yönlerde iletişim kurmalıdır: ileri, geri, ve taraflara. Bir tek anten serisi, bir hemis global veya her iki yönlü modelle en uygun, ancak pratik diziler, birlikteli modeli şekillendirmek için kullanılır - genellikle çok yönlü bir bağlantı için çok yönlü bir V2I, bir tane, bir tane, bir tane, bir tane, V2V)

Signal Processing Algorithms for Low-Latency MIMO

Kiriş ve Öngüleme

BeamInfo, amaçlanan alıcıya enerji odaklanmak için fazı ve sinyallerin amplitüdünü ayarlar ve SNR'yi geliştirir. AV iletişim için,İLDÜS:0)hybridal yönlendirme[Dönetici ve dijital işlemenin bir kombinasyonu) oldukça cazip çünkü kanal geri bildirimlerini kullanarak kanal geri bildirimlerini azaltılabilir.

Kanal Estimation

Doğru, düşük seviyeli kanal tahminleri önemlidir. Geleneksel pilot tabanlı tahminler kanal ve interpolasyon nedeniyle gecikmeyi sağlar. AV uygulamaları için, [[0)

>>Sönemli kanal tahminleri) daha önce kodlanmış veri sembollerin sayısını takip etmek için daha hızlı bir şekilde kodlayabilir.

MIMO Tespiti

Algoritma algoritmaları, alınan uzaysal akışları kodlayın. Linear dedektörleri (ZF, MMSE) hızlı ve en iyi performans sunmaktır, ancak 4-8 antenden daha fazla kullanım için uygundur. Pratik bir uzlaşma, gürültü geliştirme ve sınırlı çeşitlilikten muzdariptir.[Dönersiz bir dizi aday ile sınırlı sayıdaki standart olmayan (K=16 veya 64) Bu algoritma, alt frekansta sabit bir dizi sabitlemede daha fazla donanıma sahiptir.

Özerk Araçlara Özel Meydanlar

Yüksek Hareketlilik ve Dopplerlar

250 km / s hızlı kanal varyasyonları nedeniyle araç hızları. Dopplerler 800 MHz bant genişliği için 5.9 GHz'de 200 km/h göreceli hız yaklaşık 1.1 kHz. Standart of 15 kHz (Spek-V2X'te olduğu gibi) tekrarlanabilir, ancak koherens süresi sadece birkaç yüz mikrosaniyelik işlemidir. MIMO kanalı tahminleri her 1-2 ss. Standard OFDM'yi azaltılmalıdır.

Çok fazla Zenginlik ve Gecikme

Yüksek binalarla şehir içi ortamlar, tüneller ve aşırı uçlar, MIMO sıralarına faydalı olan zengin çoklu empati yaratırlar, ancak gecikmeler birkaç mikrosaniyeyi aşabilir, kanalla geçiş öncesi müdahaleye yol açabilir.InDM with a Çevrimdışı önyükleme (CP) daha düşük ücretli bir CP için daha kısa bir CP istenendir, ancak daha düşük seviyeli bir sistemle eşitleme oranına sahiptir.

Dense V2X Çevre Yönetimi

Daha fazla özerk ve bağlantılı araçlar ortaya çıkıyor, elektromanyetik spektrum kalabalık haline gelir. MIMO müdahale iptal teknikleri şöyledir:0) veya [[Döneticileri kullanarak[Döneticileri)[Döneticileri[Dönlendirmeler[Döneticileri)[Dönlendirmeler[Döneticileri)[Dönlendirmeler[Dönlendirmeler) ile ilgili olarak, bu teknikler tek bir tıklayıcı ile uygulanabilir.T:2).

Güç ve Termal Kıtlar

GPU işleme önemli bir güç tüketiyor. Dijital bazili ile tipik 4×4 MIMO alıcı 5-10 W. Bir araç için sınırlı batarya kapasitesi (elektrikli AV) ve katı ısı gereksinimleri, güç verimliliği genellikle yüksek çözünürlükte işlem süresiz işlem süresine göre yüksek çözünürlükte (DVFS) ile ilgili olarak, işlemciler herhangi bir anda düzeltmeye hazır olmalıdır.

V2X Standartları ve Sistemleri ile entegrasyon

5G NR C-V2X vs. IEEE 802.11bd

İki büyük standart düşük çözünürlük V2X için rekabet eder: C-V2X (tav istasyonu) ve araçta 4 m (IEEE 802.11bd) ile ilgili olarak, farklı ticari bağlantılarla ilgili olarak MIMO'ya destek verir. 5G NR C-V2X, gNodeB (base istasyonu) ve araçta 4 m uzunluğundaki mesafeyi kontrol etmek için daha kısa sürede kullanır.

Edge Computing ve MIMO Co-Design

Edge Computing nodes at roadside üniteleri ağır MIMO hesaplamalarını yükleyemez, örneğin kanal durumu bilgileri (CSI) işleme ve kirişli ağırlık hesaplaması, araçtan altyapıya kadar.Bu, geç saatlerde işlem süresine (MEC) azaltır.[Döneticili bir yol kenarındaki bir sabitleme birimi ile bağlantı kurun.

Geleceğin düşük seviyeli MIMO'da AVs için

Massive MIMO ve mmWave

Massive MIMO (e.g., 64×64, 128×128) altyapı düğümleri her aracı takip eden son derece dar kalem kirişler, müdahaleyi azaltıp bağlantı kalitesini artırmak. milis-wave (mmWave) gruplarla birlikte 28 GHz, 39 GHz, 60 GHz), çok geniş bant genişliği (birkaç yüz milimetreye kadar) mevcut olabilir, yüksek çözünürlüklü haritaları veya video akışlarını paylaşmak için sensörlere izin verebilir.

Yeniden yapılandırılabilir Akıllı Yüzeyler (RIS)

RIS panelleri (muhtemelen metasurfaces) yol işaretlerine, bina façades'i veya MIMO'yu engellerin etrafında yönlendirmeye ve yönlendirmeye yönelik sinyalleri aktif olarak şekillendirmeye devam edebilir, RIS'nın nanosaniyelerin sıra dışı yollarına dönüştürebilir, V2X'ye kadar bütünlemeli yollar için gerekli olan gereksinimi azaltır ve tekrar devre dışı bırakabilir.

Full-Duplex MIMO

Tam karmaşık iletişim (aynı frekansta anlık ileti ve resepsiyon) hava ile geç saatlere ihtiyaç duyan (önemli gecikme hattı) artı dijital iptaller (TD) koruyucu dönemleri için, tam ekranlı araçlar için yeterince iyi bir sinyal almak için kendini ifade eder.

Pratik Tasarım Önerileri

  1. [FONT:0) Güvenlik-kritik mesajlarda birden fazlaxing üzerinde çeşitlilik ifade eder[Dönetici: 1) Temel güvenlik mesajları için (BSMs) aşırı güvenilirlik gerektirir, ancak düşük veri oranı, uzay-zaman bloğu kodlamasını kullanın (örneğin, Alamouti) sensör paylaşımı için çeşitli kazanımlar elde etmek için.
  2. [[Dönetici:0) Bir hibrit kiriş mimarisini kullanın [Dönetici: Analog kirişli yüksek çözünürlükle geniş açılım için bilgilendirici, iyileştirilmiş MIMO işleme için dijital kiriş. İşlemeyi indirin, böylece coarse kiriş seçimi analog alanda (nanosaniyeler) ve dijital alanda (mikrosaniyeler) ince MIMO algılama.
  3. [FONT:0)Implement adaptive modulation and kodlama (AMC) with muhafazakar geçiş eşleri ile) : Yeniden yükleme gecikmelerinden kaçınmak için, düşük bir çerçeve hatasına sahip olan bir modülasyon siparişini seçin (örneğin, <% 1) daha yüksek bir düzenle yeniden denemeden daha iyi.
  4. [FONT:0) Aracın şarj kanal tahminlerini mümkün olduğunda altyapıya taşır).: V2I senaryolarında, RSU kanallarını hesaplayabilir ve araç işleme yükünü 30-40% azaltabilir.
  5. [FONT=0) Gerçek dünya V2X dinamiklerini yakalayan kanal modelleri ile test edin : Kazanan II veya 3GPP 38.901 otoyol ve şehir senaryoları için modeller kullanın. çokpath ve uzaysal korelasyon. fiziksel katmanda simülasyon geç kalmışlığı doğrulamak için döngüsüz olmalıdır.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Düşük çözünürlükte otonom araç iletişimi için MIMO sistemleri tasarlamak, çok boyutlu bir optimizasyon problemi anten saymak, işleme karmaşıklığı, güç ve müdahale mitigation.3 ×4 MIMO standart yapılandırmaları mevcut gecikme hedefleri (>10 ms), gelecekte yüksek çözünürlükte talep alt-5 msssorasyonları ile işlem yapmak gibi uygulamalar.Dönetme teknikleri - mmWave'de standart yapılandırmalar, yeniden yapılandırılabilir akıllı yüzeyler, tam yapılandırılabilir radyolar ve kenar-assisted işleme - bu tür bir sinyal işleme hattı için bu tür bir sinyal işleme hattından uzak tutmalıdır.

Daha fazla okuma için, [[DÜŞÜNÜSÜŞÜNÜSÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞ