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[오토저널] 자동차 V2X 통신 기술 동향

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글 : 오토저널(ksae@ksae.org)
승인 2019-11-28 09:30:28

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자동차는 ICT기술과 융합하여 자동차의 지능이 향상되는 방향으로 발전하고 있다. <그림 1>에서 보는 바와 같이 차량에 적용되는 ICT 기술에 따라 자동차의 지능이 달라진다. 차량에 V2X 통신단말이 부착되어 차량간 통신과 차량간 인프란 통신이 가능하고 이를 기반 차량 안전 서비스를 제공할 수 있는 차량을 CV(Connected Vehicle)이라고 부른다. 차량에 차량 센서와 주행제어 기능이 있어서 차량이 목적지를 향하여 스스로 자율주행을 할 수 있는 차량을 AV(Automated Vehicle)이라 하며, 여기에 V2X 통신기능이 추가되어 인프라 정보와 연계되어 자율주행을 하는 자동차를 CAV(Connected Automated Vehicle)라고 부른다. 그리고 차량은 IoT 측면에서 하나의 사물로 인식되어 IoT 통신망과 연계되어 스마트 모빌리티 서비스를 제공하는 차량을 IoT 기반 CAV라고 부를 수 있으며 차량이 ICT 기술과 융합되어 지능이 고도화될 것이다.

 

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C-ITS 서비스를 위한 V2X 통신 기술
CV은 차량에 장착된 V2X 통신 기능을 이용하여 차량 안전 및 C-ITS 서비스를 제공할 수 있으며 대표적인 서비스로 긴급 브레이크 경고 서비스가 있다. 긴급 브레이크 경고는 미국의 자동차공학회에서 표준화된 BSM(Basic Safety Message)를 주기적으로 전송함으로 이루어진다. BSM 메시지는 <그림 2>와 같이 차량의 위치 정보와 차량의 주행 상태 정보를 메시지로 만들어 주기적으로 전송함으로서 전방에 차량이 브레이크를 밟으면 후방 차량이 이를 감지하고 운전자에게 경고음을 제공하는 서비스로써 차량 추돌 사고를 예방할 수 있다.


이러한 서비스를 제공하기 위해 개발된 기술이 미국의 WAVE 통신 표준이며, WAVE 통신 기술은 5.9GHz 전용 주파수 대역에서 최대 통달거리 1km와 메시지 Latency 100msec 이내를 만족하며 <그림 3>과 같이 차량간 통신과 차량과 인프라간 통신을 지원하는 무선통신기술이다. WAVE 주파수 채널은 한 개의 제어채널과 6개 서비스채널로 구성되며 제어 채널은 링크 초기 접속메시지와 메시지 지연이 짧은 차량 안전 메시지를 전송하며 서비스 채널은 무정차요금징수, 인터넷 접속 등과 같은 정보를 제공하는 채널이며 제어 채널과 서비스 채널이 시간적으로 스위칭하는 방식으로 동작을 한다.

 

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WAVE 통신은 IEEE 802.11a 무선랜의 기술을 변형한 기술로 5.9GHz 전용대역을 사용하고, 채널주파수대역폭이 10MHz, 최대 데이터 속도가 27Mbps, 무선채널접속은 CSMA/CA 방식이고 IEEE 802.11p 물리계층과 1609 통신 스택으로 구성되는 특징을 가지고 있다.


이와 함께 3GPP에서는 2015년부터 셀룰러 기반의 LTE V2X(Rel.14)를 표준을 개발하였다. 이 기술은 V2V/V2I 통신에 V2P, V2N 통신 범위를 포함하고 OFDMA 무선접속을 사용하여 V2I 통신에서 Network Scalability가 향상되는 특징을 가지고 있다.


이러한 CV 기반으로 제공하는 C-ITS 서비스 실증 연구가 국내외적으로 진행되고 있다. 국내에서는 2007년부터 WAVE 통신 기술에 대한 국내 기반기술연구가 시작되었다. 2009년 스마트 하이웨이 사업을 계기로 WAVE 통신 단말기와 복합 기지국 개발이 활발하게 진행되었고 경부고속도로 서울TG-수원IC 10km 구간에 9대 기지국, 100대 단말기를 구축하여 8개의 서비스를 검증하는 시범도로를 구축하였다. 2014년부터는 대전-세종 87.8km 구간의 고속도로, 일반국도 및 도심지 도로를 대상으로 79대의 기지국, 3,000대의 단말기를 구축하여 15개의 서비스 시험을 하였고, 2018년부터는 서울시, 제주시, 그리고 고속도로를 대상으로 실증사업을 추진할 계획에 있다.

 

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국내외적으로 WAVE 통신 기술과 LTE V2X 통신 기술이 동일한 주파수 대역에서 두 기술이 공존이 제기되고 있어서 주파수 공유와 서비스 호환성, 그리고 성능 검증에 대한 논의가 진행되고 있다.


자율협력주행을 위한 V2X 통신기술
CAV은 차량에 장착된 V2X 통신 기능과 차량 센터 및 제어 기능으로 자율주행을 지원할 수 있다. CAV에서 제공하는 대표적인 서비스로는 군집 주행, 교차로 안전 주행 및 자동 발렛 파킹 등이 있다. 이러한 서비스는 센서로 인지된 정보 처리 및 판단, 그리고 제어까지를 포함하므로 CV에서 제공하는 V2X 통신에 비해 데이터 전송 속도, 통신의 Latency 및 Reliability 성능이 향상되어야 한다.

 

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<그림 5>에서 나타난 것처럼 C-ITS 서비스를 위한 통신은 100msec, 10% PER을 요구하지만 자율주행에서의 V2X 통신은 10msec 이내 Latency, 1% 이내 PER을 만족해야 한다. 자율협력주행을 위한 V2X 통신기술은 WAVE 통신기술을 기반으로 성능을 향상시키는 방법과 셀룰러 기반의 LTE eV2X, 5G 통신 기술이 있다.

 

ETRI에서는 WAVE 통신기술을 기반으로 108Mbps 전송속도와 10msec Latency를 시키는 High Data Rate & Low Latency V2X(HL-V2X) 기술을 연구하고 국내 표준화를 추진하고 있다. 최근 미국의 IEEE 802.11 Next Generation V2X(NGV) 표준화 그룹과 ETSI ITS 그룹에서도 WAVE 기술을 통신 성능을 획기적으로 개선하기 위하여 60GHz 광대역 기술과 LDPC 코딩 기술, 다이버시티 기술 등을 적용하는 연구를 추진하고 있다. <그림 6>은 IEEE 802.11 NGV에서 연구하고 있는 IEEE 802.11px 기술 개념으로 IEEE 802.11p 물리계층을 개량하고 Gbps급을 전송할 수 있는 802.11 ad/ax 등의 차세대 무선랜 기술을 선택적으로 사용하는 것을 논의하고 있다.

 

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3GPP에서 추진하고 있는 5G 통신기술은 20Gbps 고속전송과 함께 자율주행에서 요구하는 10msec 이내의 Low Latency와 High Reliability를 만족하고 있다. 국내외적으로 2020년을 목표로 5G 통신기술을 개발하고 있으며 차량간 통신은 LTE V2X를 적용하고 차량과 인프라간 통신은 5G 통신을 적용하는 연구가 진행되고 있다.

따라서, WAVE 통신기술은 HL-V2X, IEEE 802.11px, ITS G5 Rel 2.0 등의 기술로 발전하면서 LTE V2X, LTE eV2X, 5G 통신기술과 연계하여 C-ITS 및 자율협력주행서비스를 제공할 것으로 전망되며 이를 위해서는 현재 가용한 통신 기술과 함께 새롭게 출현하는 통신기술을 적용할 수 있도록 차량과 인프라에서의 통신 플랫폼이 마련되어야 할 것이다.

 

글 / 오현서 (한국전자통신연구원)

출처 / 오토저널 2018년 12월호 (http://www.ksae.org)  

 

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