V2V
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高通/是德/SGS攜手測試C-V2X 保障車輛行駛安全性
為了加強蜂巢式車聯網通訊(C-V2X)技術的發展，晶片商高通(Qualcomm)、測試及驗證商是德科技(Keysight)，以及全球檢驗、驗證、測試和認證機構SGS日前宣布開展三方合作，推促汽車產業根據3GPP釋出的Release 14版本，著手進行C-V2X技術的初期測試。據此，本次合作可望進一步提升汽車駕駛、乘客及行人於行進中的安全性。
是德科技資深總監Lucas Hansen表示，本次三方合作有助於加速汽車產業採用相關通訊協定及技術，並可望打造運輸、物流及行動性的未來。該測試方案可同時支援OmniAir聯盟及全球認證論壇(GCF)測試計畫的驗證標準，進一步支援C-V2X生態系的擴展。
本次初期試驗於2020年8月進行，SGS採用是德的RF/RRM DVT及一致性工具套件，以及高通的Snapdragon汽車4G晶片，藉此於實驗室執行初期測試。至於三方合作的關鍵測試應用案例，符合第三代合作夥伴計畫(3GPP)中R-14的規範，內容則包含應用於車對車(V2V)通訊部署裝置的射頻(RF)，以及無線資源管理(RRM)性能驗證；同時，該案例也支援OmniAir聯盟及GCF所規範的C-V2X測試計畫。
高通工程副總裁Prashant Dogra則對此表示，回顧C-V2X測試與現場試驗的發展進程，不難看見車輛搭載支援即時共享通訊功能所需的技術層出不窮。因此，為防止事故發生、避開障礙物，以及可接收即時路況的更新，對於人們來說便至關重要。而本次試驗中使用的Snapdragon汽車4G平台整合了全球導航衛星系統(GNSS)及C-V2X技術，以利時間及位置定位方面得以更加精準。
破解四大迷思 5G跨界發現新大陸
2020年2月，隨著台灣兩個階段的5G頻譜競標作業底定，也意味著台灣將正式進入5G元年。事實上，最近兩年以來，5G就一直是科技媒體、論壇、展會、新創圈最熱門的主題之一，不管與5G的關聯性有多高，業界似乎都希望藉由5G議題的高關注度來吸引注意。不過，與其盲目地蹭5G、跟流行，不如好好思考如何善用5G，發揮真正的優勢。
5G只是比4G更快？
許多對5G一知半解的人，經常說5G就是比4G更快的新一代行動通訊技術。這句話其實只講對了一部分，總結來說，5G技術有三大特色：高頻寬、低時延、大連結。所謂的高頻寬，指的是5G傳輸速率比4G提升10~100倍，達到1Gbps以上；另外低延遲是指5G的時間延遲比4G減少10分之1以上，達到0.001秒；大連結則是指每平方公里可支援上百萬個裝置。
因此，如果拿5G跟4G相比，除了速度更快之外，很重要的差異有兩個：第一是時延更低、幾乎達到同步，這樣就能達到一些過去4G較難做到的事，例如遠端開刀，醫生不會因為影像延遲而影響用刀的精準度，自駕車也不會因為時延太長而影響車聯車(Vehicle to Vehicle, V2V)通訊，可大幅加快反應速度；第二是可同時支援的裝置更多，得以串連非常多的物聯網裝置，包括所有的家電、水表/電表、汽車、路燈、監視器、工業機台都能聯網，真正實現萬物聯網的目標。
從這個角度出發，如果業者要發展5G的相關應用，就不應該只是關注速度更快這件事，而是可以思考如何發揮更低時延、更多連結的特點，從智慧醫療、工業4.0、智慧城市、車聯網、物聯網等方向去探索創新的商業模式，如此能夠擁有跳脫現有4G網路基礎建設之下競爭格局的機會(圖1)。
圖1 5G關鍵技術及應用場景
5G的焦點還是手機？
在5G主題的成功案例或應用場景中，最常見到的大概就是球場的5G VR/AR互動體驗、明星5G直播陪伴等消費性應用，儘管這樣的畫面對民眾而言比較有感，也更容易掌握5G的技術特性，但不免讓消費者或業者有種誤解—5G還是聚焦在手機的應用。
如果回顧行動通訊技術，從2G、3G、4G一路到5G的演化歷程，人們可能有注意到，過去2G到4G幾乎都是以手機應用為主，讓消費者的溝通方式從語音、文字影像到視訊，並且實現隨時隨地高速上網的目標；但進入5G世代後，將從人與人的連結邁向萬物聯網的願景，包括人與物、物與物之間的通訊將日益緊密，焦點絕對不會只有傳統的手機及平板電腦。
以此觀察，5G在各種垂直產業的應用，將更具潛力、且有更高附加價值的切入點。舉例來說，5G在車聯網的應用就相當受到矚目，一旦具備高頻寬及低延遲的5G聯網能力，就可實現車聯車、車聯基礎設施(V2I)、車聯行人(V2P)等V2X(Vehicle to Everything)應用，不僅可快速下載圖資及掌握即時路況，車用多媒體娛樂系統也將大幅升級，並可從車聯網延伸到智慧交通和智慧城市等領域。
台灣大哥大總經理林之晨就認為，5G的發展歷程將有三個階段—2019~2020年將以影音串流、VR/AR內容及雲端遊戲等娛樂應用為主；2020~2022年開始出現緊急醫療、無人機運輸、工業安全、智慧製造等專屬網路產業應用；2022年之後則將邁向智慧城市、智慧交通、智慧電網、智慧機器人等巨量聯網應用(圖2)。
圖2 5G裝置成長圖
電信業者仍是老大？
從4G時代開始，業界就一直在討論電信業者的角色轉變，已經不能再當「笨水管」(Dumb Pipe)，而是要積極轉型，發展多元型態的內容、產品及服務，尤其是5G商業化之後，更要結合大數據、人工智慧、物聯網等技術，在消費市場以外拓展更多的應用版圖及商業模式。
儘管電信業者仍掌握核心的基礎建設及行動通訊服務，但可以預期的是，為了讓各種垂直產業的場景落地實現，電信業者勢必得擺脫過去的老大心態，尋求與不同產業進行跨界合作與業務融合，包括媒體、娛樂、公用事業、金融、醫療、交通、教育、農業等產業在內；但以公司規模及產業生態來說，電信業者如何放下身段，尊重或倚重不同業別的領域知識、通路、分潤模式，確實還需要不少磨合。
儘管5G的產業應用可能不會像一般消費市場發展那麼迅速，但電信業者已注意到相關商機，也開始吸納更多元專長的人才(圖3)。遠傳電信總經理井琪就曾表示，迎向5G新世代，遠傳將超越傳統電信商角色，轉型為數位服務提供者，組織人才不僅要擁有基礎資訊工程知識，還要具備多方面的斜槓技能，才能跟上這一波的數位轉型，例如之前派遣許多員工前往越南，協助織布廠進行智慧驗布，透過5G服務為傳統產業進行升級。
圖3 不同行動通訊技術之預估用戶分布圖
5G是神科技？
在部分業者勾勒的5G願景中，一般民眾的生活及各行各業都會帶來很大的變革，把5G描繪成一種神科技，似乎期待5G能帶來劃時代的突破；但其實光是5G技術並無法完整實現這些美好想像，必須搭配人工智慧(AI)、邊緣運算(Edge Computing)一起發力，才可能真正改變科技世界甚至人類的生活樣貌。
高通(Qualcomm)副總裁暨台灣與東南亞區總裁劉思泰就表示，5G與AI密不可分，未來終端產品將變得更加聰明與多元，且在邊緣運算的網路架構下，可以提供過去做不到的智慧應用服務，無論效能、隱私、安全都會提升，網路傳輸也會更有效率。根據高通預估，2018年具有AI功能的終端裝置只有10%，但到了2025年將會達到100%。
舉例來說，在智慧醫療應用方面，5G固然可以實現遠距醫療、居家照護等服務，例如藉由5G高速傳輸4K現場影像及零時差生理數據，並在遠端進行手術教學，但還必須搭配AI影像辨識、邊緣運算、室內精準定位等技術，才能完整實現智慧急診室、智慧開刀房的場景。
又如VR/AR的產業應用，也有賴5G與AI的整合，在深山峻嶺或其他危險地區，可透過5G無人機基地台傳輸訊號，透過AR來引導現場工作者進行危機處理；在機場、車站、球場等大型場域，如要提供VR/AR廣告或其他服務，光有大頻寬的5G網路還不夠，還需要AI電腦視覺、空間感知、室內定位導航等技術的配合，才可能創造全新的虛實整合場景體驗。
低延遲通訊進駐車聯網 V2X提升隊列行駛卡車安全性
圖1 2014年內陸運輸運具分配比例
資料來源:歐盟統計局
隊列行駛(Platooning)意即兩輛以上卡車彼此緊跟行駛，能有效改善這些問題，兩輛卡車成一直線行駛可節省燃油並提升安全性，而逾兩輛卡車隊列行駛，則可獲得加乘效益。一輛卡車的燃料消耗中，與空氣阻力相抗的油耗高達25%；卡車間距越近，越能有效節省燃料。若隊列行駛系統上路，五輛卡車在高速公路隊列行駛，可減少10%碳排放。
歐洲卡車以隊列方式駕駛已行之有年，好處包括增進能源效率、行車安全、增進共事氛圍等。若卡車駕駛能藉助技術縮短彼此車距，對於碳排放、燃料用量、安全性以及運輸效率方面皆大有裨益。
V2X通訊提升車隊安全
藉由安全、互通的無線通訊網路，卡車以及其他車輛能持續彼此「對話」，於隊列行駛時共享安全性、移動能力和周遭環境資訊。聯網車輛可使用無線通訊「對話」，彼此知會交通號誌、道路施工區域、收費站、學區及其他道路基礎建設。此外，聯網車輛可在出現安全隱憂時警示駕駛。例如其他車輛車距過近或位於駕駛視線死角等，讓駕駛即時反應，避免危險發生。
隊列行駛系統比照自動駕駛車，採用高階自駕技術，能比人類更快做出反應。車對車(V2V)通訊技術搭載雷達、感測器資料以及驅動器，反應時間比人類快25倍，可讓駕駛更放心，在某些情況中可稍事休息讓車輛自行駕駛。然而，現階段的隊列行駛技術仍須駕駛保持警覺，隨時準備接手駕駛。變換車道、駛離快車道等動作需要各隊列卡車駕駛成員手動行駛，隊列行駛系統與基礎架構以及全體車輛進行通訊，提醒跟車駕駛在必要時掌控路況(圖2)。
圖2 在道路行駛的卡車隊列
車聯網提供更佳隊列行駛
為了讓卡車隊列能緊連行駛，經實證的技術需結合新技術，創造安全可靠的系統解決方案：
1.安全可靠且低延遲的V2V通訊不可或缺，協助駕駛在無法反應的極近距離內行駛。IEEE 802.11p短距無線通訊技術(DSRC)已證實可滿足此類要求。
2.雷達和全球導航衛星系統(GNSS)是判定車距並偵測其他車輛切車的必備技術。
3.攝影鏡頭技術為必備功能，用於準確校準及對齊隊列卡車。前導卡車可透過通訊技術，將前方路況傳輸給後方卡車。
4.感測器融合平台整合感測器(雷達、攝影鏡頭等)以及導航系統蒐集之資訊，將需執行的動作傳導至自駕技術。
5.車輛須安裝自駕技術，以啟用自動加速、減速、轉向等功能。
6.蜂巢式通訊有助於隊列行駛規畫服務，例如可集合各營運業者的卡車於特定高速公路隊列行駛。混合式車聯網(V2X)解決方案搭配V2V通訊可用於實作，為隊列行駛卡車、車隊營運業者和基礎架構提供連線能力，實現環保行車新浪潮。
7.合適的隊列行駛系統，是奠基於安全穩固的架構，以及硬體電子元件與軟體部署，才能滿足高功能安全性與安全標準。
卡車OEM業者有意最快在2022~2023年推出隊列行駛，為此半導體商紛紛推出具有完備的先進駕駛輔助系統(ADAS)及自動駕駛系列解決方案，亦提供合適技術並協同開發所需方案，積極推動隊列行駛的發展。
V2X技術發揮隊列行駛最大價值
例如恩智浦的RoadLINK V2X解決方案能為隊列行駛提供合適的核心通訊技術，採用IEEE 802.11p WiFi通訊標準，將無線連結的延遲率低至數毫秒，並整合了壅塞控制標準(DCC)，供高密度隊列行駛使用。RoadLINK採用安全元件，控制憑證並使用加密演算法進行驗證以及對稱、非對稱加密/解密。恩智浦預期，各品牌在歐盟Ensemble計畫提出隊列行駛計畫時，將採用上述功能，有鑑於此，該公司設計多種安全機制，將安全通訊期間的延遲率降至數毫秒，展現此解決方案符合隊列行駛效能。
舉例而言，道路測試時，隊列行駛卡車間的車距可縮短至7公尺(23英呎)，或是在0.3秒內以時速80公里(時速50英里)速度行駛。人類平均反應時間約1秒，而RoadLINK解決方案搭載完整電子設備系統原型(網路閘道、感測器融合、路徑規畫ECU、低階控制ECU等)，反應速度比人類快25倍，可實現短車距隊列行駛。
General Motors、Volkswagen、Toyota等各大車商皆採用IEEE 802.11p技術，遠勝3GPP組織指定的即將推出的5G LTE-V Rel 14行動網路技術。製造商和模組製造商須花費數年驗證LET-V，以供日後用於生產模型。
如前文所述，雷達和攝影鏡頭感測技術對隊列駕駛不可或缺，為此，半導體商發展SiGe製程技術，以及外型規格小巧、經濟效益極高的RF CMOS技術，聚焦中短距離的周遭景象，而RF CMOS技術尤其適用於偵測可能切換車道的車輛。如恩智浦的視覺處理器以支援OpenCV的開放平台為基礎，搭載專用硬體加速管線。
而感測器融合平台則整合各種感測器資訊(圖3)，用於執行區域模式、路徑規畫、動作控制。如恩智浦的BlueBox自動駕駛車開發平台可支援正常模式、安全模式和仲裁模式(恩智浦與DAF、TNO、Ricardo攜手投入EcoTwin III隊列卡車行駛)，此多功能開發及原型製作平台可直接交叉編譯。舉例來說，PC上以Simulink模型為基礎的設計支援百度Apollo自動駕駛平台，並包含經ASIL認證的處理器等異質運算處理器，讓客戶在投入產品開發前評估安全概念。且該公司的安全專家以及SafeAssure功能性安全計畫也支援前述技術。
圖3 安全感測器融合技術
現今技術可讓卡車隊列行駛兼具高效能與功能安全性，以功能安全性及安全設計為本，並融合802.11p V2V通訊技術--感測器(雷達、視覺、GPS)及感測器融合技術。
縮短卡車隊列間距並盡可能降低風阻，不僅可節省兩位數的燃料消耗，同時也減少等量的二氧化碳排放。歐盟出資的共伴計畫(Companion Project)顯示，若歐洲150萬輛卡車中，25%採隊列行駛(假定每輛車可節省5%燃料)，則每年可減少近10億公升燃料及大量二氧化碳排放。卡車間的距離越小，隊列行駛時就能節省越多能源。卡車駕駛穩定性提高並趨於同步，結合內建的先進輔助駕駛技術，交通安全和流量可望提升。
荷蘭基礎建設與環境部部長Melanie Schultz van Haegen於2016年「歐盟卡車隊列駕駛挑戰」落幕時表示，隊列行駛技術已做好上路準備，且將迎接移動能力的新時代。透過協力合作，將可享受智慧移動能力帶來的商機，因此也期盼歐盟可重視智慧移動、智慧運輸系統以及連網自駕等議題。恩智浦的自動化駕駛和V2X解決方案搭配BlueBox開發平台，提供主要建構模組，確保卡車隊列行駛安全無虞。
(本文作者皆任職於恩智浦半導體)