隨著資通訊技術快速發展，利用相關技術協助駕駛人判斷路況并預防事故發生已成為近年各大車廠與各國政府致力發展的目標；而在通訊標準、感測技術與頻譜規畫等關鍵技術環節相繼到位后，V2X等車聯網應用已日益開枝散葉，朝向全面普及方向邁進。

在交通安全對全球人民生命財產造成極大威脅，各國政府主管除透過法規管理用路人行為外，隨資通訊技術快速發展，利用相關技術協助駕駛人判斷路況預防事故發生為近年各大車廠與政府致力發展的目標，感測技術與通訊技術為車聯網安全應用領域之核心，相關技術需要政府配置頻譜資源協助發展與應用。

汽車安全系統可分為被動式安全與主動式安全，被動式安全如安全氣囊、安全帶等，主要在災害發生時減輕對駕駛人與乘客受害程度，主動式安全可實時偵測車體周遭，事前預防事故發生如先進駕駛輔助系統（Advanced Driving Assistant System， ADAS），各國主管單位積極推動將相關系統列入新車評鑒指標，國際車廠如BMW、Mercedes-Benz、Volkswagen等亦投入相關技術研發與導入。

車聯網安全應用系統架構包含感知層、通訊層與應用層，感知層包含雷達、光學雷達與影像傳感器等，提供車輛收集周邊環境信息；通訊層也可稱為汽車局域網絡（Vehicle Area Network， VAN），分為車載通訊（in-vehicle communication）、車外通訊、車間通訊（vehicle to vehicle communication）與車路通訊（vehicle to road communication）等四部分，目前商用汽車已經能夠支持車載通訊及車外通訊，車間通訊與車路通訊尚在研發與測試階段；應用層則提供數據分析與決策協助等。

車用感測技術五花八門　各有優缺點

汽車感測技術部分包含影像、雷射、超音波與雷達等（圖1），其中雷達系統在天氣適應性、直接探測范圍及速度方面都較其他傳感器具優勢。

圖1　汽車所使用的傳感器越來越多，且技術型態益發多元，各自有不同的偵測范圍。 圖片來源：亞德諾

雷達感測

雷達依據偵測距離可分為短距雷達（Short Range Radar， SRR）、中距雷達（Medium Range Radar， MRR）以及長距雷達（Long Range Radar， LRR），提供車輛于不同環境中整合運用。SRR主要提供30公尺內近距離的物品偵測，如前方碰撞預防、盲點偵測與車道變換協助等；LRR則提供30～150公尺距離偵測范圍，提供自動導航功能。

LRR在汽車上最早應用可追朔至1999年Mercedes-Benz于S-class系列車款中導入全球第一個雷達主動車距控制巡航系統（Autonomous Cruise Control， ACC），結合SRR和LRR將可以提供駕駛者更多行車判斷與協助。

雷達系統基本運作方式為透過發射器輻射特定波形的電磁波，由接收器感測周邊目標物體所反射之電波，依據電波發射回傳的時間測量目標物與車體的距離，根據回傳電波的到達角度得知目標物的方向，透過回傳訊號的都卜勒頻移（Doppler Frequency Shift）測定目標物的相對速度。

雷達主要分為脈沖波雷達（Pulsed Radar）與連續波雷達（Continuous Wave Radar）。車聯網安全應用之雷達主要使用頻段包含SRR的24～26GHz、79GHz頻段，以及LRR使用76～77GHz。雷達愈往高頻體積愈小，分辨率愈高，可提供更精準判斷，因此包含歐洲、日本多國皆積極推動毫米波雷達發展。

光達感測

此外，光學雷達（Light Detective Raging， LiDAR）近年被Google、福特（Ford）等廠商采用發展自動駕駛技術，LiDAR因為具備不受電磁波干擾、可描繪物體外圍輪廓提供辨識、測距精確度高等特性，能夠及時建立車體周圍的3D環境地圖（圖2），但光學雷達在應用上遇到高成本、體積大與偵測能力易受氣候影響等因素影響，使相關發展仍受到限制。

圖2　光達技術因被Google、福特用來開發自駕車而獲得大量關注。 圖片來源：Velodyne

DSRC、LTE-V搶攻車間/車路通訊商機

車間與車路間網絡通訊部分，過去有紅外線、微波、Wi-Fi等，在移動性、覆蓋范圍與傳輸速度上皆有所差異。目前國際上主要關注的技術包含專用短程通訊（Dedicated Short Range Communication， DSRC）與LTE-V。

DSRC/802.11p技術概要

DSRC由物理層標準IEEE 802.11p又稱為WAVE（Wireless Access in Vehicular Environment）及網絡層標準IEEE 1609所構成，在此基礎之上，美國汽車工程師協會（Society of Automotive Engineers， SAE）規范V2V與V2I信息的內容與結構，歐洲相關標準由ETSI CT-ITS所規范。IEEE802.11p由IEEE 802.11標準擴充，專門應用于車用環境的無線通信技術，支持915MHz與5.9 GHz。

802.11p物理層架構與802.11a大致相同，采用正交多頻分工（Orthogonal Frequency-division Multiplexing， OFDM）調變技術，且52個子載波可支持正交振幅調變（Quadrature Amplitude Modulation， QAM）、相位移鍵調變（Phase-shift keying， PSK）等調變技術，同時搭配向前錯誤校正技術（Forward Error Correction， FEC），減少信息重新傳輸所發生的延遲情況，能夠因應在高速移動下信息傳遞的實時性。

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，傳輸距離最遠可達1，000公尺，以頻道帶寬10 MHz為單位，傳輸速率最高為27 Mbit/s，允許在車速260km/h下進行車與車之間以及車與道路設備之間的信息傳輸。

DSRC系統包含車載裝置（On Board Unit， OBU）與路側裝置（Road Site Unit， RSU）兩項重要組件，透過OBU與RSU提供車間與車路間信息的雙向傳輸，RSU再透過光纖或行動網絡將交通信息傳送至后端平臺（圖3）。由于車間與車路通訊應用情境復雜，汽車數量多寡、距離與道路氣候等都會影響無線網絡的通訊，通訊速度與質量將對用路人安全造成極大影響，因此車聯網安全應用相關通訊網絡通常被要求須要具備高移動性與低延遲率，IEEE將安全應用通訊延遲容許范圍定在50ms內，最多不超過100ms，允許接收訊息后有足夠反應時間。

圖3　DSRC技術包含車載單元與路側單元，可以支持車與車之間和車與路側設備的雙向數據傳輸。

LTV-V技術概要

車間與車路間的通訊技術除DSRC外，華為、高通（Qualcomm）等網通廠商積極推動以LTE網絡為基礎的LTE V2X技術，3GPP自2015年底將LTE-V技術納入Release 14標準制定，目前于SA WG1內進行相關服務之研究及討論。

英國商業、創新既技能部（Department of Business， Innovation， and Skills， BIS）2016年透過智慧運輸基金（Intelligent Mobility Fund）提供8個下世代自動駕駛車研發計劃資金，其中英國智能互連交通環境計劃（UK Connected Intelligent Transport Environment， UKCITE），第一階段為場域布建，預計2017年將在超過40英里的都市道路、高速公路上進行包含LTE-V等不同聯網與自動駕駛車輛技術實證，參與測試計劃者包含Jaguar Land Rover、西門子（Siemens）、華為、Vodafone、Coventry University與University of Warwick等。

德國電信亦宣布將與華為、豐田（Toyota）及奧迪（Audi）汽車合作，在因哥爾斯塔特高速公路（Ingolstadt autobahn）的測試場域上進行LTE-V技術實證。德國電信將在LTE基地臺上設置華為供應的LTE-V硬件，Toyota及Audi車載LTE-V裝置同樣由華為提供。中國政府也看好LTE應用于車聯網環境中，由中國信息通信研究院主導成立LTE-V核心工作組，在中國通訊標準化協會與3GPP架構下推動LTE-V的標準化與商業化發展。

在3GPP架構下，與V2X相關技術標準包含多媒體廣播群播（Multimedia Broadcast Multicast Service， MBMS）與LTE Direct通訊。利用MBMS技術可同時對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年展開相關研究，并正式將其納入Release 12的標準制定，LTE Direct可自動搜尋鄰近上千臺裝置，能夠讓處于LTE訊號覆蓋范圍內外之車輛、路側裝置等在不透過基地臺情形下相互溝通（圖4）。

圖4　LTE-V可以再細分為LTE-V Cell與LTE-V-Direct兩種不同通訊模式。前者需由基地臺提供服務，后者則類似DSRC，可實現直接聯機。

3GPP于TS 22.185文件中描述LTE-V應用情境與傳輸要求，LTE-V應用情境包含LTE網絡范圍內及范圍外的V2V、車對基礎建設/網絡（Vehicle to Infrastructure/ Network， V2I/N）及車對行人（Vehicle to Pedestrian， V2P）等。傳輸部分須達到支持最大相對速度280km/h、絕對速度160km/h的高速移動，以及V2V環境下延遲速度低于100ms等要求。

LTE-V的實際運作可分為LTE覆蓋范圍外的V2X通訊，單一營運商透過基地臺管理的V2X通訊以及多營運商透過基地臺管理的V2X通訊等。3GPP認為，在多營運商提供V2X服務的情境下，訊息傳遞有三種情形需被考慮：

第一，特定區域內僅有一家營運商有基地臺，該營運商與其他營運商分享基地臺提供包含V2X等多種服務；

第二，特定區域內僅有一家營運商擁有V2X頻段，該營運商分享基地臺給其他營運商限定提供V2X服務；

第三，特定區域內有2家營運商都擁有基地臺，V2X服務器分配V2X訊息給2家營運商的網絡。終端應能夠接收不同營運商之V2X訊息，避免漏接重要信息。

車間與車路間通訊技術可協助提升車輛安全，也是未來自動駕駛車輛的關鍵技術之一，DSRC與LTE-V都利用車載裝置間以及車輛與路側裝置間進行信息交換，達到實時信息傳遞，提供駕駛者判斷或車輛自動控制，兩者在技術上都必須達到一定傳輸要求來實現車輛安全應用。

DSRC、LTE各有優勢

在標準進程與導入方面，DSRC發展較成熟，美國、歐洲等國家已提出相關標準規格，LTE-V目前已在3GPP進入標準制定流程，但至少需到2017年Release 14中才會完成，在布建上DSRC由于需要安裝新的路側設備，將增加導入成本與時間，LTE-V則能夠整合既有的基地臺裝置，不需要大量布建新基礎建設，可縮短導入時間，兩者之間互有優勢。

各國頻譜政策大致相同　主流頻段出列

有關車用雷達感測系統相關頻譜之規畫，美國FCC于Part 15規范16.2～17.7 GHz與23.12～29GHz提供寬帶雷達系統使用，46.7～46.9GHz、76～77GHz限制作為車載電場擾動傳感器的車用雷達系統使用，并于2015年發布法規制定通告，將76～81GHz劃給雷達系統使用。

歐洲根據ERC Recommendation 70-03文件有關短距離裝置之頻譜劃分，將21.65～26.65GHz、76～77GHz以及77～81GHz分配做為汽車雷達使用；日本目前規劃的車用雷達頻段為22～29 GHz、76～77GHz與77～81GHz。2015年ITU于WRC-15會議中將77.5～81 GHz劃分為包含汽車雷達使用的無線電定位頻段，為國際車用雷達系統頻譜的和諧使用奠定基礎。

車聯網安全應用之推動需由車廠、零組件制造商、網通設備廠商、營運商等相關業者共同合作，為加速不同業者之間的整合，需要頻譜主管單位確立相關應用服務之作業頻段，考慮設備取得、維護成本以及本土業者相關解決方案的全球出口，在頻譜規劃上建議仍以國際主流頻段為首要考慮。

目前我國主管單位已展開相關研究，但仍需要規畫單位與管理單位進行協調，厘清國內相關頻段及鄰近頻段的使用現況，確立相關使用規則，加速車聯網安全應用產品及服務于國內之發展與推動。

（本文作者為資策會MIC產業分析師）