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隨著資通訊技術(shù)快速發(fā)展，利用相關(guān)技術(shù)協(xié)助駕駛?cè)伺袛嗦窙r并預(yù)防事故發(fā)生已成為近年各大車(chē)廠與各國(guó)政府致力發(fā)展的目標(biāo)；而在通訊標(biāo)準(zhǔn)、感測(cè)技術(shù)與頻譜規(guī)畫(huà)等關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)相繼到位后，V2X等車(chē)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用已日益開(kāi)枝散葉，朝向全面普及方向邁進(jìn)。
在交通安全對(duì)全球人民生命財(cái)產(chǎn)造成極大威脅，各國(guó)政府主管除透過(guò)法規(guī)管理用路人行為外，隨資通訊技術(shù)快速發(fā)展，利用相關(guān)技術(shù)協(xié)助駕駛?cè)伺袛嗦窙r預(yù)防事故發(fā)生為近年各大車(chē)廠與政府致力發(fā)展的目標(biāo)，感測(cè)技術(shù)與通訊技術(shù)為車(chē)聯(lián)網(wǎng)安全應(yīng)用領(lǐng)域之核心，相關(guān)技術(shù)需要政府配置頻譜資源協(xié)助發(fā)展與應(yīng)用。
汽車(chē)安全系統(tǒng)可分為被動(dòng)式安全與主動(dòng)式安全，被動(dòng)式安全如安全氣囊、安全帶等，主要在災(zāi)害發(fā)生時(shí)減輕對(duì)駕駛?cè)伺c乘客受害程度，主動(dòng)式安全可實(shí)時(shí)偵測(cè)車(chē)體周遭，事前預(yù)防事故發(fā)生如先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)（Advanced Driving Assistant System， ADAS），各國(guó)主管單位積極推動(dòng)將相關(guān)系統(tǒng)列入新車(chē)評(píng)鑒指標(biāo)，國(guó)際車(chē)廠如BMW、Mercedes-Benz、Volkswagen等亦投入相關(guān)技術(shù)研發(fā)與導(dǎo)入。
車(chē)聯(lián)網(wǎng)安全應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)包含感知層、通訊層與應(yīng)用層，感知層包含雷達(dá)、光學(xué)雷達(dá)與影像傳感器等，提供車(chē)輛收集周邊環(huán)境信息；通訊層也可稱(chēng)為汽車(chē)局域網(wǎng)絡(luò)（Vehicle Area Network， VAN），分為車(chē)載通訊（in-vehicle communication）、車(chē)外通訊、車(chē)間通訊（vehicle to vehicle communication）與車(chē)路通訊（vehicle to road communication）等四部分，目前商用汽車(chē)已經(jīng)能夠支持車(chē)載通訊及車(chē)外通訊，車(chē)間通訊與車(chē)路通訊尚在研發(fā)與測(cè)試階段；應(yīng)用層則提供數(shù)據(jù)分析與決策協(xié)助等。
車(chē)用感測(cè)技術(shù)五花八門(mén) 各有優(yōu)缺點(diǎn)
汽車(chē)感測(cè)技術(shù)部分包含影像、雷射、超音波與雷達(dá)等（圖1），其中雷達(dá)系統(tǒng)在天氣適應(yīng)性、直接探測(cè)范圍及速度方面都較其他傳感器具優(yōu)勢(shì)。
圖1 汽車(chē)所使用的傳感器越來(lái)越多，且技術(shù)型態(tài)益發(fā)多元，各自有不同的偵測(cè)范圍。 圖片來(lái)源：亞德諾
雷達(dá)感測(cè)
雷達(dá)依據(jù)偵測(cè)距離可分為短距雷達(dá)（Short Range Radar， SRR）、中距雷達(dá)（Medium Range Radar， MRR）以及長(zhǎng)距雷達(dá)（Long Range Radar， LRR），提供車(chē)輛于不同環(huán)境中整合運(yùn)用。SRR主要提供30公尺內(nèi)近距離的物品偵測(cè)，如前方碰撞預(yù)防、盲點(diǎn)偵測(cè)與車(chē)道變換協(xié)助等；LRR則提供30～150公尺距離偵測(cè)范圍，提供自動(dòng)導(dǎo)航功能。
LRR在汽車(chē)上最早應(yīng)用可追朔至1999年Mercedes-Benz于S-class系列車(chē)款中導(dǎo)入全球第一個(gè)雷達(dá)主動(dòng)車(chē)距控制巡航系統(tǒng)（Autonomous Cruise Control， ACC），結(jié)合SRR和LRR將可以提供駕駛者更多行車(chē)判斷與協(xié)助。
雷達(dá)系統(tǒng)基本運(yùn)作方式為透過(guò)發(fā)射器輻射特定波形的電磁波，由接收器感測(cè)周邊目標(biāo)物體所反射之電波，依據(jù)電波發(fā)射回傳的時(shí)間測(cè)量目標(biāo)物與車(chē)體的距離，根據(jù)回傳電波的到達(dá)角度得知目標(biāo)物的方向，透過(guò)回傳訊號(hào)的都卜勒頻移（Doppler Frequency Shift）測(cè)定目標(biāo)物的相對(duì)速度。
雷達(dá)主要分為脈沖波雷達(dá)（Pulsed Radar）與連續(xù)波雷達(dá)（Continuous Wave Radar）。車(chē)聯(lián)網(wǎng)安全應(yīng)用之雷達(dá)主要使用頻段包含SRR的24～26GHz、79GHz頻段，以及LRR使用76～77GHz。雷達(dá)愈往高頻體積愈小，分辨率愈高，可提供更精準(zhǔn)判斷，因此包含歐洲、日本多國(guó)皆積極推動(dòng)毫米波雷達(dá)發(fā)展。
光達(dá)感測(cè)
此外，光學(xué)雷達(dá)（Light Detective Raging， LiDAR）近年被Google、福特（Ford）等廠商采用發(fā)展自動(dòng)駕駛技術(shù)，LiDAR因?yàn)榫邆洳皇茈姶挪ǜ蓴_、可描繪物體外圍輪廓提供辨識(shí)、測(cè)距精確度高等特性，能夠及時(shí)建立車(chē)體周?chē)?D環(huán)境地圖（圖2），但光學(xué)雷達(dá)在應(yīng)用上遇到高成本、體積大與偵測(cè)能力易受氣候影響等因素影響，使相關(guān)發(fā)展仍受到限制。
圖2 光達(dá)技術(shù)因被Google、福特用來(lái)開(kāi)發(fā)自駕車(chē)而獲得大量關(guān)注。 圖片來(lái)源：Velodyne
DSRC、LTE-V搶攻車(chē)間/車(chē)路通訊商機(jī)
車(chē)間與車(chē)路間網(wǎng)絡(luò)通訊部分，過(guò)去有紅外線(xiàn)、微波、Wi-Fi等，在移動(dòng)性、覆蓋范圍與傳輸速度上皆有所差異。目前國(guó)際上主要關(guān)注的技術(shù)包含專(zhuān)用短程通訊（Dedicated Short Range Communication， DSRC）與LTE-V。
DSRC/802.11p技術(shù)概要
DSRC由物理層標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.11p又稱(chēng)為WAVE（Wireless Access in Vehicular Environment）及網(wǎng)絡(luò)層標(biāo)準(zhǔn)IEEE 1609所構(gòu)成，在此基礎(chǔ)之上，美國(guó)汽車(chē)工程師協(xié)會(huì)（Society of Automotive Engineers， SAE）規(guī)范V2V與V2I信息的內(nèi)容與結(jié)構(gòu)，歐洲相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)由ETSI CT-ITS所規(guī)范。IEEE802.11p由IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)充，專(zhuān)門(mén)應(yīng)用于車(chē)用環(huán)境的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，支持915MHz與5.9 GHz。
802.11p物理層架構(gòu)與802.11a大致相同，采用正交多頻分工（Orthogonal Frequency-division Multiplexing， OFDM）調(diào)變技術(shù)，且52個(gè)子載波可支持正交振幅調(diào)變（Quadrature Amplitude Modulation， QAM）、相位移鍵調(diào)變（Phase-shift keying， PSK）等調(diào)變技術(shù)，同時(shí)搭配向前錯(cuò)誤校正技術(shù)（Forward Error Correction， FEC），減少信息重新傳輸所發(fā)生的延遲情況，能夠因應(yīng)在高速移動(dòng)下信息傳遞的實(shí)時(shí)性。
802.11p在915MHz頻段中，支持傳輸距離小于300公尺，傳輸速率低于0.5 Mbit/s，使用5.9GHz頻段通訊時(shí)，傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)1，000公尺，以頻道帶寬10 MHz為單位，傳輸速率最高為27 Mbit/s，允許在車(chē)速260km/h下進(jìn)行車(chē)與車(chē)之間以及車(chē)與道路設(shè)備之間的信息傳輸。
DSRC系統(tǒng)包含車(chē)載裝置（On Board Unit， OBU）與路側(cè)裝置（Road Site Unit， RSU）兩項(xiàng)重要組件，透過(guò)OBU與RSU提供車(chē)間與車(chē)路間信息的雙向傳輸，RSU再透過(guò)光纖或行動(dòng)網(wǎng)絡(luò)將交通信息傳送至后端平臺(tái)（圖3）。由于車(chē)間與車(chē)路通訊應(yīng)用情境復(fù)雜，汽車(chē)數(shù)量多寡、距離與道路氣候等都會(huì)影響無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的通訊，通訊速度與質(zhì)量將對(duì)用路人安全造成極大影響，因此車(chē)聯(lián)網(wǎng)安全應(yīng)用相關(guān)通訊網(wǎng)絡(luò)通常被要求須要具備高移動(dòng)性與低延遲率，IEEE將安全應(yīng)用通訊延遲容許范圍定在50ms內(nèi)，最多不超過(guò)100ms，允許接收訊息后有足夠反應(yīng)時(shí)間。
圖3 DSRC技術(shù)包含車(chē)載單元與路側(cè)單元，可以支持車(chē)與車(chē)之間和車(chē)與路側(cè)設(shè)備的雙向數(shù)據(jù)傳輸。
LTV-V技術(shù)概要
車(chē)間與車(chē)路間的通訊技術(shù)除DSRC外，華為、高通（Qualcomm）等網(wǎng)通廠商積極推動(dòng)以LTE網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的LTE V2X技術(shù)，3GPP自2015年底將LTE-V技術(shù)納入Release 14標(biāo)準(zhǔn)制定，目前于SA WG1內(nèi)進(jìn)行相關(guān)服務(wù)之研究及討論。
英國(guó)商業(yè)、創(chuàng)新既技能部（Department of Business， Innovation， and Skills， BIS）2016年透過(guò)智慧運(yùn)輸基金（Intelligent Mobility Fund）提供8個(gè)下世代自動(dòng)駕駛車(chē)研發(fā)計(jì)劃資金，其中英國(guó)智能互連交通環(huán)境計(jì)劃（UK Connected Intelligent Transport Environment， UKCITE），第一階段為場(chǎng)域布建，預(yù)計(jì)2017年將在超過(guò)40英里的都市道路、高速公路上進(jìn)行包含LTE-V等不同聯(lián)網(wǎng)與自動(dòng)駕駛車(chē)輛技術(shù)實(shí)證，參與測(cè)試計(jì)劃者包含Jaguar Land Rover、西門(mén)子（Siemens）、華為、Vodafone、Coventry University與University of Warwick等。
德國(guó)電信亦宣布將與華為、豐田（Toyota）及奧迪（Audi）汽車(chē)合作，在因哥爾斯塔特高速公路（Ingolstadt autobahn）的測(cè)試場(chǎng)域上進(jìn)行LTE-V技術(shù)實(shí)證。德國(guó)電信將在LTE基地臺(tái)上設(shè)置華為供應(yīng)的LTE-V硬件，Toyota及Audi車(chē)載LTE-V裝置同樣由華為提供。中國(guó)政府也看好LTE應(yīng)用于車(chē)聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中，由中國(guó)信息通信研究院主導(dǎo)成立LTE-V核心工作組，在中國(guó)通訊標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)與3GPP架構(gòu)下推動(dòng)LTE-V的標(biāo)準(zhǔn)化與商業(yè)化發(fā)展。
在3GPP架構(gòu)下，與V2X相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)包含多媒體廣播群播（Multimedia Broadcast Multicast Service， MBMS）與LTE Direct通訊。利用MBMS技術(shù)可同時(shí)對(duì)大量裝置廣播如公共警示等緊急訊息，LTE Direct通訊部分，3GPP于2011年展開(kāi)相關(guān)研究，并正式將其納入Release 12的標(biāo)準(zhǔn)制定，LTE Direct可自動(dòng)搜尋鄰近上千臺(tái)裝置，能夠讓處于LTE訊號(hào)覆蓋范圍內(nèi)外之車(chē)輛、路側(cè)裝置等在不透過(guò)基地臺(tái)情形下相互溝通（圖4）。
圖4 LTE-V可以再細(xì)分為L(zhǎng)TE-V Cell與LTE-V-Direct兩種不同通訊模式。前者需由基地臺(tái)提供服務(wù)，后者則類(lèi)似DSRC，可實(shí)現(xiàn)直接聯(lián)機(jī)。
3GPP于TS 22.185文件中描述LTE-V應(yīng)用情境與傳輸要求，LTE-V應(yīng)用情境包含LTE網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)及范圍外的V2V、車(chē)對(duì)基礎(chǔ)建設(shè)/網(wǎng)絡(luò)（Vehicle to Infrastructure/ Network， V2I/N）及車(chē)對(duì)行人（Vehicle to Pedestrian， V2P）等。傳輸部分須達(dá)到支持最大相對(duì)速度280km/h、絕對(duì)速度160km/h的高速移動(dòng)，以及V2V環(huán)境下延遲速度低于100ms等要求。
LTE-V的實(shí)際運(yùn)作可分為L(zhǎng)TE覆蓋范圍外的V2X通訊，單一營(yíng)運(yùn)商透過(guò)基地臺(tái)管理的V2X通訊以及多營(yíng)運(yùn)商透過(guò)基地臺(tái)管理的V2X通訊等。3GPP認(rèn)為，在多營(yíng)運(yùn)商提供V2X服務(wù)的情境下，訊息傳遞有三種情形需被考慮：
第一，特定區(qū)域內(nèi)僅有一家營(yíng)運(yùn)商有基地臺(tái)，該營(yíng)運(yùn)商與其他營(yíng)運(yùn)商分享基地臺(tái)提供包含V2X等多種服務(wù)；
第二，特定區(qū)域內(nèi)僅有一家營(yíng)運(yùn)商擁有V2X頻段，該營(yíng)運(yùn)商分享基地臺(tái)給其他營(yíng)運(yùn)商限定提供V2X服務(wù)；
第三，特定區(qū)域內(nèi)有2家營(yíng)運(yùn)商都擁有基地臺(tái)，V2X服務(wù)器分配V2X訊息給2家營(yíng)運(yùn)商的網(wǎng)絡(luò)。終端應(yīng)能夠接收不同營(yíng)運(yùn)商之V2X訊息，避免漏接重要信息。
車(chē)間與車(chē)路間通訊技術(shù)可協(xié)助提升車(chē)輛安全，也是未來(lái)自動(dòng)駕駛車(chē)輛的關(guān)鍵技術(shù)之一，DSRC與LTE-V都利用車(chē)載裝置間以及車(chē)輛與路側(cè)裝置間進(jìn)行信息交換，達(dá)到實(shí)時(shí)信息傳遞，提供駕駛者判斷或車(chē)輛自動(dòng)控制，兩者在技術(shù)上都必須達(dá)到一定傳輸要求來(lái)實(shí)現(xiàn)車(chē)輛安全應(yīng)用。
DSRC、LTE各有優(yōu)勢(shì)
在標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)程與導(dǎo)入方面，DSRC發(fā)展較成熟，美國(guó)、歐洲等國(guó)家已提出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，LTE-V目前已在3GPP進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)制定流程，但至少需到2017年Release 14中才會(huì)完成，在布建上DSRC由于需要安裝新的路側(cè)設(shè)備，將增加導(dǎo)入成本與時(shí)間，LTE-V則能夠整合既有的基地臺(tái)裝置，不需要大量布建新基礎(chǔ)建設(shè)，可縮短導(dǎo)入時(shí)間，兩者之間互有優(yōu)勢(shì)。
各國(guó)頻譜政策大致相同 主流頻段出列
有關(guān)車(chē)用雷達(dá)感測(cè)系統(tǒng)相關(guān)頻譜之規(guī)畫(huà)，美國(guó)FCC于Part 15規(guī)范16.2～17.7 GHz與23.12～29GHz提供寬帶雷達(dá)系統(tǒng)使用，46.7～46.9GHz、76～77GHz限制作為車(chē)載電場(chǎng)擾動(dòng)傳感器的車(chē)用雷達(dá)系統(tǒng)使用，并于2015年發(fā)布法規(guī)制定通告，將76～81GHz劃給雷達(dá)系統(tǒng)使用。
歐洲根據(jù)ERC Recommendation 70-03文件有關(guān)短距離裝置之頻譜劃分，將21.65～26.65GHz、76～77GHz以及77～81GHz分配做為汽車(chē)?yán)走_(dá)使用；日本目前規(guī)劃的車(chē)用雷達(dá)頻段為22～29 GHz、76～77GHz與77～81GHz。2015年ITU于WRC-15會(huì)議中將77.5～81 GHz劃分為包含汽車(chē)?yán)走_(dá)使用的無(wú)線(xiàn)電定位頻段，為國(guó)際車(chē)用雷達(dá)系統(tǒng)頻譜的和諧使用奠定基礎(chǔ)。
車(chē)聯(lián)網(wǎng)安全應(yīng)用之推動(dòng)需由車(chē)廠、零組件制造商、網(wǎng)通設(shè)備廠商、營(yíng)運(yùn)商等相關(guān)業(yè)者共同合作，為加速不同業(yè)者之間的整合，需要頻譜主管單位確立相關(guān)應(yīng)用服務(wù)之作業(yè)頻段，考慮設(shè)備取得、維護(hù)成本以及本土業(yè)者相關(guān)解決方案的全球出口，在頻譜規(guī)劃上建議仍以國(guó)際主流頻段為首要考慮。
目前我國(guó)主管單位已展開(kāi)相關(guān)研究，但仍需要規(guī)畫(huà)單位與管理單位進(jìn)行協(xié)調(diào)，厘清國(guó)內(nèi)相關(guān)頻段及鄰近頻段的使用現(xiàn)況，確立相關(guān)使用規(guī)則，加速車(chē)聯(lián)網(wǎng)安全應(yīng)用產(chǎn)品及服務(wù)于國(guó)內(nèi)之發(fā)展與推動(dòng)。
（本文作者為資策會(huì)MIC產(chǎn)業(yè)分析師）
工商網(wǎng)監(jiān)
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