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產業技術評析

Cellular V2X技術發展趨勢
發表日期:2020-03-25
作者:陳梅鈴(工研院)
摘要:
在C-V2X服務試驗上,目前全球已有25個案例正在進行中,其中又以德國的試驗案例最多,觀察這些試驗案例的合作,投入的廠商涵蓋車廠、汽車零組件、電信業者、晶片業者、通訊設備業者等,顯示車聯網服務必須靠產業上下游的合作,集結關鍵廠商才有機會加速實現車聯網服務。

全文:

一、Cellular V2X技術標準
 

3GPP Cellular V2X(簡稱C-V2X)技術是以LTE D2D(Device to Device)鄰近通訊服務(Proximity Services ,ProSe)做為基礎所發展出來的,標準時程規劃上主要分為三個階段,階段一的標準為LTE-based V2X,階段二的標準為LTE-based eV2X(enhanced V2X),階段三的標準為NR-based V2X,其中階段一和二以增強安全性為主,階段三以發展自駕車為主。
 

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 interface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為主的長距離通訊界面(需透過行動網路基地台中繼到雲端伺服器),細部的技術項目在Release 15版本中制定。
 

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,標準名稱為LTE-based eV2X,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,標準名稱為NR-based V2X,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。
 

二、Cellular V2X應用需求指標
 

3GPP SA1探討25個LTE-based eV2X使用個案,其中涵蓋各種不同應用需求,主要可分為四大類,分別為列隊行駛、先進駕駛、感測器輔助、遠程駕駛,根據上述四種服務情境,3GPP定義車聯網服務對於通訊的基本需求,包括車輛可以在不同的3GPP RATs(Radio Access Technologies)間通訊、多種網路環境下的運作、沒有5G網路覆蓋下也可以進行車聯網通訊、資安軟體的升級等。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。
 

  • 延遲性:在延遲性需求上,列隊行駛要求延遲性介於10到25ms之間,假設列隊行駛是由駕駛人駕駛的情況下,延遲性要求為25ms,假若列隊行駛是全主動駕駛的情況下便會要求延遲性提升為10ms。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,3GPP根據不同的情境服務訂定不同的延遲性需求。
     
  • 可靠度:V2X最大可靠度需求為80-95%,目前Release 14 V2X的設計主要是透過多次重傳來確保可靠度的需求,未來5G NR eV2X的可靠度將朝90-99.999%的目標邁進。
     
  • 資料傳輸速度:在資料傳輸速度上,列隊行駛需求為12kbps-65Mbps,先進駕駛為65kbps-50Mbps,感測器輔助為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。
     
  • 通訊傳輸距離: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,遠程駕駛對於通訊傳輸距離則沒有訂定需求。
     

三、領先國家Cellular V2X試驗案例
 

根據GSA統計,全球已有25個C-V2X案例正在進行試驗,包括美國密西根V2V C-V2X radio performance tests、法國Towards 5G、英國UK CITE、西班牙RACC track、德國ConVeX、Mobilfunk、DT、Car2MEC、5G-CM、MEC pilot project、中國大陸Car2X Wuzhen、ICV pilot projects、南韓5G and cellular communication showcase trials等,預計這些案例將有機會陸續於2021年前實現商用化。
 

(一)德國C-V2X試驗案例
 

德國Vodafone和華為、Bosch將C-V2X結合車子的ACC系統(Adaptive Cruise Control;主動車距控制巡航系統),讓駕駛人可以定速前進,並透過雷達偵測與前方車子的距離,C-V2X讓車子不僅連接到網路,也直接連接到駕駛人視線內的物體。有關其他車輛的移動訊息,也可以在駕駛人和雷達系統偵測到之前輸入到ACC系統,以提早自動調整行車速度。Vodafone認為C-V2X結合ACC系統的技術,提供許多先期的判斷和決策建議,讓駕駛變得更輕鬆、更節能,未來車輛在尖峰時段行駛也可以非常順暢。
 

德國Car2MEC project的工作內容是將邊緣運算運用在車聯網服務上,由Fraunhofer ESK、Continental Automotive、Deutsche Telekom、Mieschke Hofmann&Partner、Nokia共同合作執行,日前已在德國高速公路上進行測試,Fraunhofer ESK和其合作夥伴透過行動邊緣運算處理本地訊息的分發,有效降低蜂巢式網路和網路短距離通訊的訊息延遲性,讓端到端的延遲性降低到20ms(過去市場一般在100ms或更長時間)。
 

(二)中國大陸C-V2X試驗案例
 

Continental和華為在上海進行C-V2X實地試驗,透過C-V2X讓駕駛人和乘客使用LTE和5G網路,並讓車子與車子、基礎設施、道路使用者等互相聯繫,C-V2X也可以支持低延遲性和關鍵通訊等交流,例如對潛在危險狀況發出警告。
 

Continental和華為透過設置高可靠度和低延遲性等參數,來判斷C-V2X直接通訊的性能表現,並在上海國家智慧聯網汽車示範區A Nice City進行實測,採用華為的V-C2X模組和基礎設施,測試了C-V2X通訊在緊急智慧煞車燈和靜止車輛警報上的效果,測試結果顯示平均延遲性為11ms,單一事件更可以降低到8ms,整個測試過程中數據封包接收率達到近100%。
 

(三)美國C-V2X試驗案例
 

美國電信業者AT&T與Ford、Nokia、Qualcomm在美國進行C-V2X試驗,該試驗在聖地牙哥區試驗場進行,並獲得聖地牙哥政府協會SANDAG、加州交通部Caltrans、丘拉維斯塔市和ITS供應商McCain的支持。試驗的目的在於展示C-V2X技術,包括增進汽車的安全性、實現自動駕駛、提供交通效率等,同時向汽車製造商和道路營運商展示,透過車載嵌入式蜂巢技術、基地台和路邊基礎設施的協同運作。
 

該試驗搭載Qualcomm 9150 C-V2X解決方案在Ford汽車上,以促進車子與其他物體的直接通訊;4G LTE網路由AT&T提供,搭配Nokia無線基地台和多接取邊緣運算技術;McCain則協助將現有與新的交通訊號控制基礎設施進行整合。
 

四、結論
 

C-V2X自2017年第一季完成第一版標準制定後,C-V2X晶片已於2019年推出商用化V2X晶片。另外與OEM進行整合/測試/認證、基礎建設進行測試上,也已於2018年起陸續開始進行,將一路進行到2020年,推估2020年起車子內裝C-V2X的比重將逐步提升。
 

在C-V2X服務試驗上,目前全球已有25個案例正在進行中,其中又以德國的試驗案例最多,觀察這些試驗案例的合作,投入的廠商涵蓋車廠、汽車零組件、電信業者、晶片業者、通訊設備業者等,顯示車聯網服務必須靠產業上下游的合作,集結關鍵廠商才有機會加速實現車聯網服務。
 

另外,C-V2X還將結合邊緣運算技術,讓運算技術放在更接近資料源的本地位置,以減少資料需往返傳輸至雲端的時間和網路頻寬成本,有效降低傳輸的延遲性,例如即時分析或辨識能力便很需要在接近資料源的地方進行運算。
 

以臺灣通訊產業發展現況來看,較少與車廠有直接的合作,客戶多以電信業者為主,為延續過去的合作經驗,應密切鎖定3GPP在C-V2X的標準進展,提早布局C-V2X模組、終端、閘道器、基地台,以爭取車聯網C-V2X市場商機。
 

(本文作者為工研院產科國際所執行產業技術基磐研究與知識服務計畫產業分析師)


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更新日期:2020-04-08

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