5G車聯網標準制定完善，2021年相關產品與服務進入商業化，C-V2X可以延伸車輛環境感知能力，強化車輛感測距離與時間，政府在基礎建設與法規亦需積極配合，協助廠商搶占車聯網藍海商機。
5G時代來臨，搭配物聯網(IoT)的大趨勢，許多垂直應用領域發展與應用較消費市場更為精彩，車聯網(V2X)就是亮點之一，根據產業研究機構Precedence Research研究指出，2027年全球5G車聯網市場規模上看129.3億美元；TrendForce亦預估，2025年全球聯網汽車的普及率將高達80%。透過網路將協助提升車輛對環境感知能力，大幅強化行車安全，同時可以推昇車輛自駕等級至Level 3與Level 4。
車聯網從20多年前即開始發展，3GPP帶領的C-V2X標準自2015年LTE的Release 14開始積極投入，直到2020年凍結的Release 16，產業技術發展已逐漸從DSRC(Dedicated Short Range Communications)轉向C-V2X。Release 16與Release 17版的標準，正式進入5G NR-V2X，將傳輸範圍提升至1000公尺、訊號延遲低於1ms、最高車速達500km/h，實現先進駕駛(Advanced Driving)、延伸感測(Extended Sensor)、遠端遙控駕駛(Remote Driving)、車隊車輛列隊行駛(Vehicle Platooning)等應用。
5G C-V2X標準蓄勢待發
隨著科技的進展，電子裝置持續導入車輛中，過去幾年先進駕駛輔助系統(ADAS)是發展重點，許多搭載ADAS的車輛已經具備自動駕駛Level 2能力，依靠車輛本身的感測與運算能力可以感知車輛周圍數十公尺的環境狀況，車聯網則可以協助車輛提升環境感知範圍，感測範圍提升至數百公尺，就能提升反應時間，華電聯網董事長執行特助吳榮煌(圖1)表示，近年車輛不斷提升智慧化程度，但核心重點還是「安全」。
圖1 華電聯網董事長執行特助吳榮煌表示近年車輛智慧化程度不斷提升，但核心重點還是「安全」。
從標準發展的角度來觀察，DSRC多年來未能廣泛推廣，因此長期支持該技術的美國FCC也於2020年11月發布第一次報告及命令，預告變更DSRC用於車聯網安全應用的頻段分配，指定其中較低的45MHz(5.850~5.895GHz)供非授權使用，並規畫預留較高的30MHz(5.895~5.925GHz)用於以C-V2X為主的運輸安全服務。原本保留給DSRC總共75MHz的頻段被釋出重新分配，顯示美國技術規畫由DSRC逐漸往C-V2X靠攏，加上歐盟、中國等區域的技術規畫，C-V2X未來幾年將成為車聯網主流。
C-V2X最初從2015年才開始在Release 14加入V2X標準研究、2017年3月完成Release 14 V2X Phase 1(LTE V2X)標準、2018年6月完成Release 15 V2X Phase 2，亦稱為LTE-based enhanced V2X(eV2X)，到2020年7月完成Release 16 V2X Phase 3，亦稱為NR-V2X，分三階段完成標準化的工作。資策會系統所副主任李永台指出，Release 17也朝著NR-based enhanced V2X發展更低功耗與低延遲的資源分配、廣播/群播/單播的特性增強等相關技術。特別是側鏈(Sidelink)功能，就是設備與設備之間直接通訊(D2D)的增強擴充版，Sidelink是為了支援設備與設備之間直接通訊而導入的新鏈路。其中，車輛與車輛(V2V)、車輛與其他設備(V2I)之間的通訊採用PC5介面，Sidelink是指透過PC5介面進行直接通訊的術語。
車聯網應用進入商業化階段
李永台說明，階段一的標準已於Release 14中制定完成，3GPP將C-V2X區分為兩大類，一類是V2V/V2I/V2P為主的短距離車用通訊介面(PC5 interface)，PC5介面所設定的頻段為5.9GHz，能與DSRC協同運作，可支援最高時速250公里的環境；另一類是V2N為主的長距離通訊介面，需透過行動網路基地台中繼到雲端伺服器。
階段二的標準已於Release 15中制定完成，主要以LTE-based V2X進行增強，此階段以滿足列隊行駛、先進駕駛、感測器輔助、遠程駕駛四大應用情境為主。階段三則於Release 16中制定，以5G NR為基礎，以滿足5G NR下的車用V2X通訊標準，朝自駕車所需要的超高可靠度、低延遲、高傳輸流量通訊需求發展。儘管Release 17還會進行一些細部的效能改善，不過車聯網標準制定已完成最主要的部分，未來商業化將是發展重點。
V2X的應用需求，主要可分為先進駕駛(Advanced Driving)、延伸感測(Extended Sensor)、遠端遙控駕駛(Remote Driving)、車隊車輛列隊行駛(Vehicle Platooning)四種服務情境，先進駕駛就是聯網車本身的延伸，透過網路延伸車輛的感知距離與反應時間；延伸感測就是透過網路可以分享其他車輛的感測訊息，延伸感測範圍；遠端遙控駕駛很容易理解，類似國內無人駕駛捷運的運行原理；列隊行駛即是群車的運行，除了降低人力需求，更可以在半夜進行貨物運輸，資策會系統所智慧駕駛組組長張均東(圖2)提到，日本因為老齡化嚴重，對此一應用發展非常積極。除了基本需求外，四種服務情境也各自訂定需求指標，分別為延遲性、可靠度、資料傳輸速度、通訊傳輸距離。
圖2 資策會系統所智慧駕駛組組長張均東認為日本積極發展5G C-V2X的隊列行駛(Vehicle Platooning)技術。
強化低延遲/高可靠/傳輸速率/傳輸距離
V2X在5G的應用情境中屬於超高可靠度與低延遲(Ultra-Reliable Low Latency Communication, URLLC)，在延遲性需求上，列隊行駛要求延遲性介於10到25ms之間。先進駕駛及感測器輔助的延遲性要求為3~100ms，遠程駕駛的延遲性需求為5~20ms。吳榮煌解釋，像V2N的延遲可能有幾秒，V2I因為路側單元固定，僅車輛移動，因此反應時間為毫秒(ms)等級，V2V因為有相對速度，例如兩台車分別以100km/h朝對方方向行駛，相對速度就高達200km/h，因此延遲要求也最高，甚至高達微秒(μm)等級。
而在可靠度部分，V2X最大可靠度需求為80~95%，Release 14 V2X的設計主要是透過多次重傳來確保可靠度，未來5G NR eV2X的可靠度將朝90~99.999%的目標邁進。
在資料傳輸速度上，張均東說，列隊行駛需求為12kbps~65Mbps，先進駕駛為65kbps~50Mbps，延伸感測為25~1000Mbps，遠程駕駛由於需要車子周圍和車內的影像資料，故對於上行的傳輸速度要求為25Mbps。
V2X通訊傳輸距離一般訂為100~320公尺，但在列隊行駛和先進駕駛情境下，將以5~10秒乘上相對速度，感測器輔助駕駛的通訊傳輸距離將朝1,000公尺發展。
延伸車輛感測範圍與反應時間
針對所有資通訊技術導入車輛應用的核心「安全」而言，遠傳電信企業暨國際事業群協理張文津(圖3)舉例，以市區公車的運行為例，在時速40公里時，遇到緊急事件，反應時間剩下2.9~3.3秒，導入V2X技術，可以將感測距離延伸到450公尺，反應時間則有充裕的9秒鐘，平均可降低82%的事故率，從道路安全著手，希望能進一步改善自駕安全。
圖3 遠傳電信企業暨國際事業群協理張文津提出導入V2X技術，可有效降低交通事故率發生率。
另外，ADAS與V2X的結合則可以強化車輛的安全防護(圖4)，僅搭載ADAS，透過各式感測器與運算元件，可以提供約60%的防護；V2X部分，則可以克服壞天氣、交通號誌辨識、視線外通訊、網路存取、中長距離的溝通，提供81%的安全防護，結合兩者則可將安全防護提升到96%。以近期台灣發生的大型連環車禍為例，因為臨時的濃霧，導致視線不佳，大部分車輛在高速行駛的狀況下，發現前方路況已經來不及煞車，如果有車聯網協助就能避免事故發生。
圖4 ADAS與V2X結合可大幅提升車輛安全防護
而在Release 16版本底定之後，預計一至一年半就會有相關解決方案發表，車聯網相關建設不僅將帶動龐大產值，也將協助車輛自動駕駛往Level 3與Level 4發展，張文津表示，車聯網商業化是一個大規模的國家級基礎建設，不過不會像5G基地台一樣全面布建，而是依照不同地點與應用需求逐步擴充，需要幾年的發展時間，以車輛OBU(On Board Unit)為例，預期會從後裝、選配、前裝模式逐步發展，台灣車輛保有量約600萬台，每年銷售40萬輛新車，約需10~12年時間導入車用V2X OBU。
政府投入扮演關鍵角色
未來幾年車聯網的發展將會成為各國政府的施政重點，吳榮煌坦言，最能發揮5G技術與架構潛力的不是消費應用，而是物聯網相關應用，其中車輛又是最有價值的載體，會成為產業發展的重心與焦點。V2X在Release 16完成之後，技術已經不是最大的問題，政府對於車聯網基礎建設的投入是發展初期的關鍵，後續還有法規的鬆綁與修改，而在基礎建設發展的初期，需制定國家標準、並與國際接軌、要有實驗場域，這些都需要政府主導。
以台灣為例，包括中央與地方政府也觀察到類似的趨勢，所以目前台灣已有多處實驗場域進行自駕車或智慧交通的沙盒運行，吳榮煌表示，這類測試會從靜態系統功能及封閉場域測試、動態功能及半開放場域測試、整體系統功能及開放場域測試等階段，不斷測試、運行、蒐集數據並調整錯誤等。由華電聯網聯手國內廠商投入的「淡海新市鎮5G智慧交通場域」計畫，就以SAE J2735安全訊息集規範為本。
車聯網在2021年正式進入積極布局階段，標準研議告一段落，晶片廠商技術開發據信也已經進入產品驗證階段，可望於2021年底到2022年上半年推出解決方案；各國政府也積極投入場域試驗、法規調整與環境整備；電信營運商身在最接近市場的位置，自然也不可能放棄最新的藍海市場。張文津指出，一個路口要布建完整的車聯網系統，目前盤點下來至少九套，花費超過500萬，所以系統建置無法一步到位，而且在每個點都建置所有的系統，除了應用需要之外，也可以挑選發生死亡車禍機率高的地點、沒發生死亡事故但事故率高的地點、高速公路、專用道等規畫設備的布建。
全球每年汽車產值約3.5~4兆美元，吳榮煌強調，如果加計周邊服務產值更是達近十倍規模，因應車輛聯網、電動化與自動化，運輸服務產業未來將逐漸興起，V2X更具體的說並不是技術的問題，發展關鍵在於商業模式。台灣專長在硬體製造，更應透過這波浪潮擴大影響力，延伸自身的價值到軟體與服務，掌握下一波產業發展契機。