802.11p 自動駕駛 DSRC 車聯網 V2V

中/美/日/歐各展所長 5G車用通訊角力戰趨白熱化

2017-11-06
中、美、日、歐已成為全球發展車用通訊協定的重要國家。汽車市場對於高可靠度與低延遲的聯網需求日增,促使車間通訊技術成顯學,其中基於IEEE802.11p標準開發的DSRC與LTE-V技術備受看好。
5G可同時支援廣覆蓋增強移動頻寬、低功耗大規模互聯、超高可靠度和低時延的三大優勢,因此能支援緊急通訊,進而實現安全駕駛,被業界視為實現車聯網和自動駕駛的關鍵技術。而車用通訊協定是車聯網中之技術骨幹,是用於規範連接車與人、車與網、人與網的通訊條件,因此,車用通訊協定成為全球主要國家(中國大陸、歐洲、美國與日本)及其企業重要發展方向,亦成為兵家必爭之地。 

若從應用面來看,車聯網為物聯網之下的概念,主要運用各類通訊技術,達成車對車、車對人、車對路等不同裝置互相聯通,並依使用情境不同,發展出資訊娛樂、行車安全等車聯網應用。基於資訊交互和資訊分析,為客戶提供服務。 

高可靠低時延通訊主要應用於車用通訊,以一輛100km/時行駛的汽車為例,1毫秒(1/1000秒)的通訊延時會導致汽車運動近3釐米,因此出於安全角度考慮,車用通訊對於即時性的要求嚴格。 

強調高可靠低時延

按照5G部署的時間表,到2020年以後,要實現未來多車並行行駛情境下的無事故自動駕駛,通訊時延必須達到毫秒等級。另外,相對運行的汽車速度差可達300km/時,高速行駛的汽車之間的通訊也需要5G技術提供解決方案,通訊的可靠性需要得到保證。 

5G有望在2020年之前開始全面普及,而各汽車企業也已宣布在幾乎相同時期的2020~2021年推出自動駕駛汽車。5G雖然具備車聯網的基本概念,在5G尚未確定車用通訊是否向下相容的情況下,目前車用通訊主要分成兩大技術陣營,分別是由歐美日所支持的專用短程通訊技術(DSRC)及主要由大陸企業(大唐電信、華為等)所推動LTE-V,兩者技術互不相容並各有優缺點(表1)。 

表1 DSRC與LTE-V車用通訊標準比較表

資料來源:3GPP,資策會MIC整理(7/2017)

歐美日主推DSRC

DSRC即專用短程通訊技術,是一種基於IEEE802.11p標準開發,使得汽車間能相互通訊,同時也能令汽車與周圍的智慧交通基礎設施進行高效通訊的無線通訊技術,能提供高速的資料傳輸,並保證通訊低延時和低干擾,可以實現小範圍內圖像、語音和資料的即時,準確和可靠的雙向傳輸,將車輛和道路連接。國際上主導DSRC標準制定的主要有美國、歐盟和日本,雖然美、歐、日DSRC標準不同,但都是基於IEEE802.11p協議延伸而來,IEEE802.11p是基於Wi-Fi的一種ad hoc技術,經由架設小型地方基地台而不須透過3G或4G基地台。手機沒訊號問題不大,但汽車沒訊號就上升到安全層面了,因此DSRC的優勢是不需要運營商網路,車間隨機通訊,故可靠性更高,所以DSRC技術受到非手機電信商及非手機晶片商所強力支持。 

2009年,美國運輸部(DOT)發布了《智慧交通系統戰略計畫:2010-2014》,美國交通安全性應用領域要求採用5.9GHz DSRC,實現車輛與車輛(V2V)、車輛與基礎設施(V2I)之間的通訊,從而通過向駕駛員提供建議或發出危機情況警告,提高駕駛員的情境感知能力及減少或免除碰撞事件的發生,並且根據即時資訊改變他們的行駛路線、駕駛的時間和方式以避免交通擁堵等。近期專用短距無線通訊將正式成為美國法規強制要求加裝的汽車標準配備,以提升車輛行駛時的安全性。根據美國運輸部的最新公告,相關立法將在2019年完成,2021年進入導入期,2023年時,美國市場上所販售的輕型車輛都須配備DSRC,以支援V2X。 

歐盟成立了車輛間通訊聯盟(Car2Car Communication Consortium),使用5.9GHz DSRC,制定了車路協同標準和規範,並開展了PReVENT、NoW(Network on Wheels)、CVIS(Cooperative Vehicle Infrastructure Systems)等車路協同相關專案的研究。其中CVIS專案是以開發標準化的網路終端以實現車-車、車-基礎設施之間的通訊為目標採用車載和路側設備來檢測事故、監控路網運行,開發用於輔助駕駛、交通管理、移動資訊服務、商務及貨運管理的合作性應用系統。該項目已在7個國家進行了許多大規模聯合技術試驗。 

日本2004年推出了Smartway計畫,採用5.8GHz DSRC。該計畫是由政府與23家企業共同發起。其發展重點是整合日本各項ITS功能及建立車載單元的共同平台,使道路與車輛(車-路)能夠由ITS通訊雙向傳輸而成為智慧道路和智慧車輛,這些服務在路側安裝的ITS點和車載導航系統之間實現高速傳輸,例如交通資訊服務或圖像服務等。 

中國大陸力拱LTE-V 

不同於歐美日的DSRC,大陸企業(大唐電信、華為等)主要推動LTE-V技術,專門針對車間通訊的協議,隨著5G商用的臨近,LTE-V的應用研發已經加速,已有越來越多的企業涉足LTE-V領域,未來LTE-V與DSRC之爭,將成為車聯網領域的最大看點。據預測,2020年全球車聯網市場規模將突破6,140億美元,中國大陸市場規模將達到2,000億美元。中國大陸車聯網市場2020年有望突破5,000萬用戶,行業滲透率超過20%。在車載終端大規模商用、車輛通訊需求急速增長的車聯網時代,如何在高密度場景下滿足車輛通訊的低時延、高可靠性、高傳輸速率等需求,已成為無線通訊網路與汽車行業共同面臨的機遇和挑戰。隨著5G大潮臨近,LTE-V技術能否脫穎而出,將是未來車聯網技術發展領域最受關注的焦點。 

中國大陸國務院對車聯網產業升級和業務創新進行了頂層設計,2015年國務院發布了《中國製造2025》和《「互聯網+」行動指導意見》,其中,智慧網聯汽車發展已經被提升到國家戰略高度,2016年包含智慧網聯發展路線圖在內的「節能與新能源汽車技術路線圖」正式發布。工信部、發改委和科技部也正在進行關鍵技術驗證和產業化應用示範,推動LTE-V等車聯網技術創新和產業化。 

同時大陸國家多部門相繼宣布進行車用通訊關鍵技術驗證和產業化應用示範,推動中國大陸LTE-V等車聯網技術創新和產業化,包括中國通訊標準化協會(CCSA)、中國智慧交通產業聯盟(C-ITS)、中國汽車工程學會(SAE-China)、車載資訊服務產業應用聯盟(TIAA)在內的多個標準化協會和聯盟宣布開展LTE-V相關標準化工作。國際通訊標準化組織3GPP接受了以LG、大唐、華為作為牽頭公司的立項,LTE-V正式進入標準化階段。2017年9月份,國際通訊標準化組織3GPP完成了LTE V2V的標準制定,V2I、V2P等標準化工作預計2018年完成。 

LTE-V以LTE蜂巢式網路作為V2X的基礎,所以LTE-V2X能重複使用現有的蜂巢式基礎建設與頻譜,營運商不需要另外布建專用的路側設備(Road Side Unit,RSU)以及提供專用頻譜。LTE-V2X包括集中式(LTE-V-Cell)和分散式(LTE-V-Direct)兩種技術。其中LTE-V-Cell以基站為分布中心,LTE-V-Direct則是車車之間的直接通訊以實現車輛與周邊環境節點低時延、高可靠的直接通訊,滿足行車安全需求,並面向車聯網應用場景,實現車與車、車與路側設施、車與人、車與網路的互聯和資料傳輸。  

台廠切入有譜 

DSRC基於Wi-Fi技術,LTE-V基於LTE技術。兩者車用通訊標準相比較,DSRC發展時間起步較早,已有多家公司開發出經過認證的通訊晶片,如恩智浦(NXP)已產出工業級的DSRC晶片,而其他從事DSRC發展的廠商,還包括意法半導體(ST)與Autotalks、Savari、高通(Qualcomm)、Cohda Wireless以及瑞薩電子(Renesas Electronics)等等。因此DSRC擁有商用晶片並積累多年測試經驗而具備客觀先發優勢,LTE-V2X技術目前的發展,仍落後DSRC約有5年的時間。 

從技術角度看,LTE-V在標準設計過程中充分借鑒了DSRC的經驗和不足,在系統容量、覆蓋範圍等方面具有顯著優勢,LTE-V可以充分利用LTE蜂巢式網路優勢,保證業務的連續性和可靠性,還能夠利用基地台與雲端伺服器連接,進行如高解析度影音等高速資料傳輸。從通訊標準而言,LTE-V作為擁有自主智慧財產權的通訊技術,在中國發展車用通訊專利過程中具有極大誘因,而且網路部署維護投入低,通過對現有的LTE網路基站設備和安全機制進行升級就可以實現。 

車用通訊的產業化落地需要政府、科研機構、企業共同推進,隨著5G時代臨近,LTE-V技術能否脫穎而出,將是未來車聯網技術發展領域最受關注的焦點。台廠通訊系統廠或晶片設計廠而言,需積極了解LTE-V相關標準化推動情況外,並參加國際標準組織及各項車用通訊聯盟,佈局車用通訊相關附屬專利。 

此外車用通訊橫跨各個行業,汽車、通訊、電子包括交通各個領域,車聯網與車用通訊成功的關鍵在於跨領域的通力合作,形成一個密不可分的生態系。臺灣廠商在自我專業領域中,可選擇許多不同中國大陸產業作為合作對象,包括車廠、汽車零配件供應商、通訊系統軟體、手機品牌商等等,避開傳統通訊產業結構,切入中國大陸車用通訊市場與車聯網生態系。 

(本文作者為資策會MIC資深產業分析師)

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