2023年調查顯示，50%的車主希望擴大車內連線功能，電動車購買者的興趣更高達69%。
5.9GHz V2X通訊技術在提升道路安全和交通效率方面扮演關鍵角色，但面臨訊號傳播、干擾管理和環境適應性等挑戰。
想像一下，您的汽車能夠預判交通壅塞，並立即重新規劃行程，甚至在緊急情況下自動求救——而這一切消費者無需動一根手指。這並非科幻小說情節，而是車聯網所帶來的現實。這些配備網路連線功能和先進感測器的智慧汽車，能夠與其他車輛、基礎設施以及外部系統無縫通訊，以提升安全性、效率和便利性。從導航輔助到安全警示，再到無線軟體更新，聯網技術正在徹底改變駕駛體驗。
事實上，2023年麥肯錫的一項調查發現，50%的車主渴望擴大車內連線功能的使用，而電動車(EV)購買者的興趣更為濃厚，占比高達69%。隨著這項技術的不斷發展，聯網汽車有望重新定義交通方式。
正如任何新技術的發展歷程一樣，通往更安全聯網車輛的道路也並非一帆風順。本文將帶領讀者了解車聯網技術的現狀(圖1)，剖析工程師們所面臨的障礙，並重點介紹推動該產業邁向更安全未來的創新解決方案。
圖1 車聯網技術發展現況
5.9GHz V2X技術的關鍵與挑戰
5.9GHz頻段在汽車安全和智慧交通系統中發揮著極為重要的作用；其適用於短距離通訊，專為高速移動場景設計。5.9GHz頻段專門分配給車對萬物(Vehicle-to-Everything, V2X)通訊；該通訊技術能夠強化道路安全、緩解交通壅塞並提升整體交通效率。V2X通訊作為一項前瞻技術，讓車輛能與周圍環境進行互動，包括車對車(Vehicle-to-Vehicle, V2V)、車對基礎設施(Vehicle-to-Infrastructure, V2I)、車對行人(Vehicle-to-Pedestrian, V2P)，以及更廣泛的車對網路(Vehicle-to-Network, V2N)等場景。這種通訊系統透過即時共用交通狀況、潛在危險與訊號燈時間等資訊，明顯強化了道路安全、交通效率和自動駕駛能力。借助專用短距通訊(Dedicated Short-Range Communications, DSRC)與蜂巢式車對萬物(Cellular Vehicle-to-Everything, C-V2X)等技術，V2X有助於減少交通事故、優化油耗，並提升整體交通體驗。隨著智慧城市倡議的不斷推進，V2X在智慧交通系統的發展中發揮著關鍵作用。具體詳情請參見表1。
表1 V2X在智慧交通系統發展中的作用
應對訊號挑戰
在V2X通訊中，5.9GHz頻段的工程設計挑戰涵蓋訊號傳播、天線設計、干擾管理以及環境適應性等多個方面。訊號傳播問題源於物理障礙物和大氣條件的影響；天線設計則必須在尺寸和效率之間取得平衡，以實現有效的訊號傳輸與接收。
干擾管理對於減輕同一頻段內其它設備造成的干擾非常重要；環境適應性則確保V2X系統能在城市和鄉村等不同環境中可靠運行。有效應對這些技術難題對於順利實施V2X通訊系統、提升道路安全和交通效率而言極為關鍵。下文將深入探討這些挑戰及其解決方案：
高頻訊號傳播問題
5.9GHz頻段作為V2X通訊的核心頻段，容易受到建築物、樹木、車輛等障礙物的影響，同時也易受其它同頻無線電訊號的干擾。這使得在基礎設施密集的城市環境中保持穩定連線成為一大挑戰。確保在視距(LOS)和非視距(NLOS)條件下均能實現可靠通訊，對於V2X系統的有效性至關重要。這需要採用先進的天線和接收器設計，以及訊號處理技術，以減輕干擾並保持強大的連線(圖2)。
圖2 5.9GHz頻譜波長較短，極易受到衰減和信號阻塞的影響
為緩解這些問題，採用包含專用放大器、濾波器和開關的強大射頻(RF)前端模組成為關鍵；它能夠增強訊號強度、減少損耗，如圖3所示。此外，先進的材料和封裝技術能夠顯著降低視距和非視距條件下的訊號阻塞，有助於保持可靠連線。@4:利用多天線與MIMO技術應對訊號挑戰
圖3 配備高度整合射頻前端模組的eCall系統架構
多輸入/多輸出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)天線系統在V2X通訊中發揮著決定性的作用；它能夠實現波束成形、空間分集，並提高可靠性。然而，將多個天線整合到車輛中會增加系統的複雜性，因天線位置對性能影響顯著。工程人員須謹慎優化天線在車頂、保險桿、後視鏡或其它位置的布局，以最大限度減少干擾、提高訊號效率並確保無縫連線。工程人員還須在設計約束和性能要求之間取得平衡，以獲得穩健、可靠的V2X通訊。
干擾與頻譜共用
用於V2X通訊的5.9GHz頻段與其它無線系統(如Wi-Fi和雷達)存在頻段重疊，可能會引發同頻干擾，進而破壞訊號的可靠性。為應對這一挑戰，採用先進的抗干擾技術(如濾波)十分必要。濾波技術有助於減少訊號干擾，確保關鍵安全資訊在擁擠的無線環境中也能即時、無延遲傳輸，維持穩定通訊。
可採用自我調整濾波和頻率捷變(Frequency Agility)技術來動態管理干擾；這在5.9GHz頻段尤為關鍵，因該頻段與其它無線系統(如Wi-Fi和雷達)頻段重疊現象十分常見。此外，動態頻譜分配和先進頻譜共用方法有助於緩解同頻干擾，確保關鍵安全資訊無延遲傳輸(圖4)。
圖4 此圖展示了5GHz頻段，以及車聯網所使用無線技術頻寬的擁堵情況
環境與移動性挑戰
V2X通訊必須在各種環境條件下可靠運行，包括雨、霧、雪等極端天氣，這些天氣條件可能會降低訊號品質，減少傳輸效率。此外，車輛的高速移動還會產生都卜勒效應(Doppler Effect)，導致訊號失真和同步問題發生，進而影響即時資料交換。為克服這些障礙，需採用先進的訊號處理技術和通訊策略，以確保無論天氣條件或車速如何，V2X連線都能保持穩定且準確。
優化RF訊號傳輸有助於抵消雨、霧、雪等環境因素以及車輛高速移動產生的都卜勒頻移(Doppler Shift)影響。透過即時調整，這些系統能夠在不斷變化的外部條件下維持穩定通訊連線。
此外，專為在惡劣環境中保持穩健性能而設計的組件，有助於在各種溫度和天氣情況下保持正常運作。這種適應性確保了V2X通訊的可靠性；無論外部因素如何變化，都能支持更安全、更高效的車輛運行。
功耗管理與成本考量
在V2X通訊中，平衡低功耗與強大遠距離連線能力是一項關鍵挑戰；過高的功耗會加重車輛電池的負擔。為應對此問題，採用先進RF前端設計與節能型收發器極為重要，可在確保最佳性能的同時降低能耗。工程人員必須開發具有成本效益的解決方案，在不犧牲電池壽命前提下提升連線性能，使V2X系統既高效又經濟可行，便於大規模推廣。
低功耗設計對在最小能耗下保持性能十分重要，尤其是在車輛中——其能源管理已成為設計關鍵。採用高度整合模組來減少對多個獨立元件的需求，可實現經濟可行的整合，並在保持高性能的同時降低整體系統成本——這是推動V2X技術廣泛採用的重要因素。
基於5.9GHz V2X通訊的車聯網汽車技術，有望帶來更安全的道路交通、更少壅塞，以及更便捷、更高效的駕駛體驗。要實現此一願景，需要解決一系列工程挑戰——從減輕高頻訊號損失、整合多個天線，到管理干擾以及確保極端條件下的穩健性能。同時，超低延遲與安全資料交換也是不可或缺的要求；不僅能防範網路威脅，還能為碰撞規避和其它全功能提供暫態決策支援。當然，這些障礙也推動創新。透過先進訊號處理、優化天線架構以及節能型設計，工程師打造的解決方案不斷突破車聯網邊界。隨著產業持續優化技術方案並加快部署，車聯網將在塑造現代交通中發揮越來越重要的變革性作用——引領人們走向一個將車輛、基礎設施與駕駛員無縫聯網的未來，造福全人類。
(本文由Qorvo提供)