破解三大技术难题车联网应用将遍地开花
- 来源：半导体行业观察
- 编辑：大Z
- 2017/1/9 9:08:25
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【中国智能制造网 技术前沿】汽车感测技术部分包含影像、雷射、超音波与雷达等，其中雷达系统在天气适应性、直接探测范围及速度方面都较其他感测器具优势。
破解三大技术难题 车联网应用将遍地开花
随着资通讯技术快速发展，利用相关技术协助驾驶人判断路况并预防事故发生已成为近年各大车厂与各国政府致力发展的目标；而在通讯标准、感测技术与频谱规画等关键技术环节相继到位后，V2X等车联网应用已日益开枝散叶，朝向全面普及方向迈进。
在交通安全对人民生命财产造成极大威胁，各国政府主管除透过法规管理用路人行为外，随资通讯技术快速发展，利用相关技术协助驾驶人判断路况预防事故发生为近年各大车厂与政府致力发展的目标，感测技术与通讯技术为车联网安全应用领域之核心，相关技术需要政府配置频谱资源协助发展与应用。
汽车安全系统可分为被动式安全与主动式安全，被动式安全如安全气囊、安全带等，主要在灾害发生时减轻对驾驶人与乘客受害程度，主动式安全可即时侦测车体周遭，事前预防事故发生如先进驾驶辅助系统(Advanced Driving Assistant System， ADAS)，各国主管单位积极推动将相关系统列入新车评鉴指标，车厂如BMW、Mercedes-Benz、Volkswagen等亦投入相关技术研发与导入。
车联网安全应用系统架构包含感知层、通讯层与应用层，感知层包含雷达、光学雷达与影像感测器等，提供车辆收集周边环境资讯；通讯层也可称为汽车区域网路(Vehicle Area Network， VAN)，分为车载通讯(in-vehicle communication)、车外通讯、车间通讯(vehicle to vehicle communication)与车路通讯(vehicle to road communication)等四部分，目前商用汽车已经能够支援车载通讯及车外通讯，车间通讯与车路通讯尚在研发与测试阶段；应用层则提供资料分析与决策协助等。
车用感测技术五花八门各有优缺点
汽车感测技术部分包含影像、雷射、超音波与雷达等，其中雷达系统在天气适应性、直接探测范围及速度方面都较其他感测器具优势。
雷达感测
雷达依据侦测距离可分为短距雷达(Short Range Radar， SRR)、中距雷达(Medium Range Radar， MRR)以及长距雷达(Long Range Radar， LRR)，提供车辆于不同环境中整合运用。SRR主要提供30公尺内近距离的物品侦测，如前方碰撞预防、盲点侦测与车道变换协助等；LRR则提供30?150公尺距离侦测范围，提供自动导航功能。
LRR在汽车上早应用可追朔至1999年Mercedes-Benz于S-class系列车款中导入个雷达主动车距控制巡航系统(Autonomous Cruise Control， ACC)，结合SRR和LRR将可以提供驾驶者更多行车判断与协助。
雷达系统基本运作方式为透过发射器辐射特定波形的电磁波，由接收器感测周边目标物体所反射之电波，依据电波发射回传的时间测量目标物与车体的距离，根据回传电波的到达角度得知目标物的方向，透过回传讯号的都卜勒频移(Doppler Frequency Shift)测定目标物的相对速度。
雷达主要分为脉冲波雷达(Pulsed Radar)与连续波雷达(Continuous Wave Radar)。车联网安全应用之雷达主要使用频段包含SRR的24?26GHz、79GHz频段，以及LRR使用76?77GHz。雷达愈往高频体积愈小，解析度愈高，可提供更判断，因此包含欧洲、日本多国皆积极推动毫米波雷达发展。
光达感测
此外，光学雷达(Light Detective Raging， LiDAR)近年被Google、福特(Ford)等厂商采用发展自动驾驶技术，LiDAR因为具备不受电磁波干扰、可描绘物体外围轮廓提供辨识、测距度高等特性，能够及时建立车体周围的3D环境地图，但光学雷达在应用上遇到高成本、体积大与侦测能力易受气候影响等因素影响，使相关发展仍受到限制。
DSRC、LTE－V抢攻车间／车路通讯商机
车间与车路间网路通讯部分，过去有红外线、微波、Wi-Fi等，在移动性、覆盖范围与传输速度上皆有所差异。目前上主要关注的技术包含专用短程通讯(Dedicated Short Range Communication， DSRC)与LTE-V。
DSRC／802．11p技术概要
DSRC由物理层标准IEEE 802.11p又称为WAVE(Wireless Access in Vehicular Environment)及网路层标准IEEE 1609所构成，在此基础之上，美国汽车工程师协会(Society of Automotive Engineers， SAE)规范V2V与V2I资讯的内容与结构，欧洲相关标准由ETSI CT-ITS所规范。IEEE802.11p由IEEE 802.11标准扩充，专门应用于车用环境的无线通讯技术，支援915MHz与5.9 GHz。
802.11p物理层架构与802.11a大致相同，采用正交多频分工(Orthogonal Frequency-division Multiplexing， OFDM)调变技术，且52个子载波可支援正交振幅调变(Quadrature Amplitude Modulation， QAM)、相位移键调变(Phase-shift keying， PSK)等调变技术，同时搭配向前错误校正技术(Forward Error Correction， FEC)，减少资讯重新传输所发生的延迟情况，能够因应在高速移动下资讯传递的即时性。
802.11p在915MHz频段中，支援传输距离小于300公尺，传输速率低于0.5 Mbit/s，使用5.9GHz频段通讯时，传输距离远可达1，000公尺，以频道频宽10 MHz为单位，传输速率高为27 Mbit/s，允许在车速260km/h下进行车与车之间以及车与道路设备之间的资讯传输。
DSRC系统包含车载装置(On Board Unit， OBU)与路侧装置(Road Site Unit， RSU)两项重要元件，透过OBU与RSU提供车间与车路间资讯的双向传输，RSU再透过光纤或行动网路将交通资讯传送至后端平台。由于车间与车路通讯应用情境复杂，汽车数量多寡、距离与道路气候等都会影响无线网路的通讯，通讯速度与品质将对用路人安全造成极大影响，因此车联网安全应用相关通讯网路通常被要求须要具备高移动性与低延迟率，IEEE将安全应用通讯延迟容许范围定在50ms内，多不超过100ms，允许接收讯息后有足够反应时间。
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