車到車通信正在顯著吸引人們的注意力，因為它能極大地減少道路交通事故，改善移動性，實現(xiàn)高層次的汽車自動化。支持安全關(guān)鍵應(yīng)用是車到車通信的核心，多年來，V2X選擇的技術(shù)一直是IEEE802.11p。最近，在移動通信標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP的積極推進下，一種旨在滿足V2X應(yīng)用的新標(biāo)準(zhǔn)開始啟動。由于成千上萬的道路使用者的安全將取決于這些技術(shù)的性能，因此對它們進行對比就顯得相當(dāng)重要。

在比較IEEE802.11p和LTE-V2X之前有幾個重要的相關(guān)事實需要強調(diào)：

?IEEE802.11p現(xiàn)在已經(jīng)可以商用，LTE-V2X還不行。目前市場上有多家芯片供應(yīng)商可以提供基于IEEE802.11p的產(chǎn)品。有些一級供應(yīng)商還有完整的解決方案。相比之下，目前市場上還沒有可商用的LTE-V2X產(chǎn)品，很可能還需要多年的時間才能見到完整且驗證過的解決方案。曾經(jīng)許諾過的V2X 5G版本甚至需要更長的時間才能浮出水面。

?許多上路的汽車中已經(jīng)安裝有IEEE802.11p。最終用戶現(xiàn)在就可以購買到裝備有IEEE802.11p技術(shù)的汽車(比如通用的凱迪拉克1)。

?V2V NPRM已經(jīng)發(fā)布。說明美國政府有明確意向要全面推進IEEE802.11p的部署工作， 也說明IEEE802.11p技術(shù)已可滿足安全性需求并且通過了測試驗收。

?IEEE802.11p大批量部署可能很快開始。作為全球最大汽車制造商之一的大眾汽車公司已公開宣布，從2019年開始將在他們的首批車系中裝備IEEE802.11p技術(shù)2。

蜂窩領(lǐng)域一直在鼓吹v2x的部署應(yīng)該等到蜂窩技術(shù)準(zhǔn)備好并通過測試，而全然無視在驗證IEEE802.11p對安全關(guān)鍵應(yīng)用的適用性方面作出的投資和現(xiàn)場測試工作。更具體地說，蜂窩領(lǐng)域聲稱LTE-V2X可以提供：

?強大的蜂窩生態(tài)系統(tǒng)。該系統(tǒng)借助多年來的豐富經(jīng)驗可以向全球提供付費服務(wù)和成熟的技術(shù)。雖然這是正確論點，但它指的是采用蜂窩技術(shù)的娛樂服務(wù)。而設(shè)備與基站之間的通信與處于動態(tài)環(huán)境中的設(shè)備與設(shè)備間通信有根本性的區(qū)別；

?雙倍的性能[6]。然而，就像下文要指出的那樣，在重要的V2V使用案例中，IEEE802.11p的性能完全超過了LTE-V2X；

?最小的附加成本。這是有問題的，因為對安全關(guān)鍵應(yīng)用的支持強烈地表明需要將這些技術(shù)與娛樂軟硬件分離開來。因此，LTE-V2X很可能在物理上與蜂窩調(diào)制解調(diào)器分離；

?演進路線圖和未來不會過時的技術(shù)，因為通過3GPP會議的全面測試機制可以持續(xù)地改進這種技術(shù)。雖然這也許是真的，但每隔12到15個月升級一次標(biāo)準(zhǔn)并不能保證舊汽車能夠與新汽車通信。這與創(chuàng)建一個穩(wěn)定通用的國際標(biāo)準(zhǔn)來推動V2X技術(shù)成功的需求是背道而馳的。

這種建議的LTE-V2X技術(shù)源自蜂窩上行鏈路技術(shù)，與目前的LTE系統(tǒng)保持著很多相似性：比如幀結(jié)構(gòu)、子載波間距、時鐘精度要求以及資源塊概念等。這些屬性不是很適合汽車應(yīng)用場景，只是繼承自現(xiàn)有的峰窩技術(shù)。因此LTE-V2X要滿足車到車通信的特殊應(yīng)用要求比較吃力。

從技術(shù)上講，LTE-V2X在沒有網(wǎng)絡(luò)覆蓋的情況下會出現(xiàn)問題。它有嚴格的同步要求(章節(jié)2.1)，否則將不能正確地從相鄰和附近的發(fā)射器接收消息(章節(jié)2.3)，并且通信距離也將受到限制(章節(jié)2.4)。另外，它所采用的資源分配機制無法正確處理具有不同長度的消息(章節(jié)2.5)，而多用戶訪問機制也不能很好的處理廣播消息(章節(jié)2.6)或消息沖突(章節(jié)2.9)。LTE-V2X的重載設(shè)計也會導(dǎo)致更高的開銷(章節(jié)2.7和2.8)。

在商用方面，LTE-V2X無法利用汽車中已有的標(biāo)準(zhǔn)LTE調(diào)制解調(diào)器。不同的安全要求(章節(jié)2.10)和技術(shù)需求(章節(jié)4.1)強烈建議LTE-V2X的安全關(guān)鍵域要與標(biāo)準(zhǔn)LTE調(diào)制解調(diào)器的娛樂域分離開來。嚴格的同步要求(章節(jié)3.2)也會顯著地增加LTE-V2X硬件的成本。

從發(fā)展戰(zhàn)略上看，LTE-V2X也許不是用于安全關(guān)鍵應(yīng)用的最佳技術(shù)，因為其更新周期不能匹配汽車的開發(fā)周期(章節(jié)4.1)。雖然當(dāng)前版本的LTE-V2X還沒有完成現(xiàn)場測試，但3GPP組織已經(jīng)開始開發(fā)LTE-V2X的新版本。下一代的IEEE802.11p也在考慮中了(章節(jié)4.2.1)，希望利用眾多大規(guī)模現(xiàn)場試驗的經(jīng)驗測試安全關(guān)鍵應(yīng)用。

我們的結(jié)論是，IEEE802.11p技術(shù)是即使在沒有網(wǎng)絡(luò)的情況下還能支持安全關(guān)鍵應(yīng)用的理想之選。如果有蜂窩基礎(chǔ)設(shè)施，LTE-V2X是一種可行的替代方案，可以為娛樂服務(wù)提供更為成熟的生態(tài)系統(tǒng)。這種雙贏態(tài)勢要把重點放在每種技術(shù)的最強項上，共同努力提供最佳的車到車通信解決方案，并繼續(xù)為安全關(guān)鍵應(yīng)用部署IEEE802.11p，同時確保新的LTE-V2X技術(shù)能與之共存。

前沿

自從10年前推出以來，V2X選擇的技術(shù)一直是IEEE802.11p3，這種技術(shù)已經(jīng)完成了標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)品實現(xiàn)和全面的測試。最近，一種面向V2X應(yīng)用的新標(biāo)準(zhǔn)正在移動通信標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP的推進下開始啟動。成千上萬道路使用者的安全將依賴于這些技術(shù)的性能；因此對政策制訂者、汽車制造商和更寬范圍的汽車生態(tài)系統(tǒng)來說首當(dāng)其沖的是要對這些技術(shù)進行全面的比較。

1.1 V2X的功能目標(biāo)

通過一起工作和共享信息使得交通運輸更安全、更環(huán)保和更有趣是極具吸引力的。與這個概念有關(guān)的技術(shù)——統(tǒng)稱為合作性智能交通系統(tǒng)(C-ITS)承諾要減少交通擁堵、減輕交通對環(huán)境的影響并顯著減少致命交通事故的數(shù)量。

支撐C-ITS的一種關(guān)鍵技術(shù)是無線通信，覆蓋車到車(V2V)通信、汽車到摩托車(V2M)通信、汽車到基礎(chǔ)設(shè)施(V2I)通信以及基礎(chǔ)設(shè)施到汽車(I2V)通信。這些無線事務(wù)被總稱為汽車到萬物或V2X通信。

V2X技術(shù)將支持許多與安全相關(guān)的、也可能與安全無關(guān)的C-ITS系統(tǒng)應(yīng)用場合。它需要在非常動態(tài)的環(huán)境中可靠地工作，在發(fā)射機和接收機之間具有相對較高的通信速度，并且支持在高速公路、擁擠的城市路口和隧道等安全相關(guān)應(yīng)用中提供極低的延時。

1.2 IEEE802.11p

IEEE802.11p設(shè)計滿足每種V2X應(yīng)用要求和最嚴格的性能規(guī)范。1999年，美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)在5.9GHz區(qū)段內(nèi)留出75MHz頻譜給了V2X。IEEE802.11p標(biāo)準(zhǔn)因此就工作在這個頻率范圍內(nèi)。

IEEE802.11p是IEEE802.11a(WiFi)的擴展，工作在自組織網(wǎng)絡(luò)模式，不需要BSS(基本服務(wù)集，WiFi‘基站’)。它針對存在障礙物的移動條件進行了優(yōu)化，能夠處理因為相對速度高達500km/h而產(chǎn)生的快速變化的多徑反射和多普勒頻移。典型的視距(LoS)通信距離是1km，但IEEE802.11p的主要目標(biāo)是‘能夠看到轉(zhuǎn)角’(非視距，NLOS)，因為汽車中沒有其它傳感器可以做到這一點。事實表明，借助世界最先進的技術(shù)，作為目前商用化的現(xiàn)貨產(chǎn)品通常可達幾公里的更大范圍。當(dāng)IEEE802.11p多址訪問機制(沖突避免的載波偵聽多址訪問協(xié)議，CSMA-CA協(xié)議)與分布式擁塞控制(DCC)結(jié)合在一起使用時可以高效地應(yīng)付高密度應(yīng)用場合。

標(biāo)準(zhǔn)化工作從10多年前就開始了，最終草案是2009年批準(zhǔn)的，并且自從批準(zhǔn)后做了大量的測試和驗證工作。simTD項目[8]是第一個大規(guī)模現(xiàn)場測試項目，開始于2009年，當(dāng)時使用了100多臺汽車。從那時開始到現(xiàn)在，完成商用化IEEE802.11p產(chǎn)品的現(xiàn)場試驗項目有幾十個，而且還有許多仍在進行著。參考文獻[8-13]就提到了其中的一些項目。最大的IEEE802.11p先導(dǎo)項目之一是由USDOT(懷俄明州，坦帕和紐約市)資助的，包含超過一萬多輛實現(xiàn)了各種應(yīng)用的汽車，投資總額超過4500萬美元[13]。巨大投資用于保證這種技術(shù)的質(zhì)量和可靠性。

多家半導(dǎo)體公司設(shè)計和測試了通過汽車資格認證的IEEE802.11p兼容產(chǎn)品。多家供應(yīng)商可以提供大量的硬件和軟件產(chǎn)品，從而組成了一個豐富的生態(tài)系統(tǒng)。市場上有許多型號汽車采用了IEEE802.11p技術(shù)，還有其它型號汽車正計劃很快發(fā)布，比如：

?通用的凱迪拉克CTS汽車裝備有IEEE802.11p4；

?豐田在日本國內(nèi)就有接近10萬輛汽車裝備有IEEE802.11p；

?大眾選擇了IEEE802.11p技術(shù)來支持V2X應(yīng)用5。

USDOT宣布，根據(jù)收集到的證據(jù)證明，IEEE802.11p技術(shù)可以顯著減少道路上的碰撞事故數(shù)量。專家們預(yù)期USDOT即將進入能夠為了安全而強制要求在所有新的輕便型汽車中采用IEEE802.11p技術(shù)[14] 的正式流程。

1.3 LTE-V2X

LTE-V2X是一種相對較新的技術(shù)(首次討論發(fā)生于2015年)，是3GPP Rel-12設(shè)備到設(shè)備(D2D)功能的擴展，本身依賴于使用LTE上行鏈路傳輸和上行鏈路頻譜資源實現(xiàn)設(shè)備間的直接通信。V2V基礎(chǔ)安全功能最早出現(xiàn)在LTE Rel-14規(guī)范中。

LTE-V2X設(shè)計時就考慮了多種部署場景，因此提出了以下要求：

1.能夠在有或沒有eNB(‘基站’)覆蓋的條件工作。Rel-14中的LTE-V2X基于的是PC5接口，允許用戶在有或沒有網(wǎng)絡(luò)覆蓋的條件下彼此間直接廣播消息。在蜂窩覆蓋下的操作可以利用同步網(wǎng)絡(luò)的所有好處，其中的中心協(xié)調(diào)、調(diào)度和管理是用一系列基站實現(xiàn)的。然而需要注意的是，存在這種裝置無法工作的許多情景，比如覆蓋率很差的農(nóng)村地區(qū)、高速公路以及會發(fā)生頻繁切換基站的快速移動用戶。LTE-V2X技術(shù)必須能夠在沒有基站覆蓋的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)可靠的工作；

2.在專用的免許可載波或有許可的頻譜條件下獨立工作；

3.增強D2D空中接口功能，以便支持低延時、高密度和高速度。

為了滿足提高了的要求，Rel-14 LTE-V2X引入了新的Sidelink傳輸模式(傳輸模式3&4)，參考表1。由于引入了低延時傳輸技術(shù)，因此這些模式有別于Rel-12 D2D模式(傳輸模式1&2)，改進了對更高速度和新的分布式信道訪問機制的支持。

表1：LTE-Sidelink通信中可用的操作模式。

盡管近年來業(yè)界作了很大的貢獻和標(biāo)準(zhǔn)化工作，但LTE-V2X標(biāo)準(zhǔn)還遠未成熟，許多技術(shù)課題仍在討論中，最近舉行的RAN會議期間大家還一致同意做了很多顯著的標(biāo)準(zhǔn)修改。與V2X有關(guān)的維護修改請求(CR’s)數(shù)量很大，使得芯片制造商在確定功能集、進入可互操作性測試階段、固定軟硬件架構(gòu)和投產(chǎn)方面面臨很大的挑戰(zhàn)。汽車制造商也質(zhì)疑其實際性能和對安全關(guān)鍵用例的支持。此時此刻，LTE Rel-14標(biāo)準(zhǔn)的實際性能幾乎是未知的。

對安全關(guān)鍵應(yīng)用來說最相關(guān)的也是最具挑戰(zhàn)性的LTE-V2X操作模式是Sidelink傳輸模式4，這個模式可以被看作是自組網(wǎng)模式。與IEEE802.11p技術(shù)的比較重點就放在這個模式上。

2、LTE-V2V模式4和IEEE802.11p的比較

IEEE802.11p和LTE-V2X都采用眾所周知的正交頻分復(fù)用（OFDM）調(diào)制技術(shù)，其中的數(shù)據(jù)塊安排用等距的子載波傳輸。然而，

如表2所示那樣，它們選擇了非常不同的參數(shù)。LTE-V2X繼承了很多LTE的機制，適合具有功率控制、同步調(diào)整功能的集中式（即非自組織）和同步網(wǎng)絡(luò)，并且工作在低速到中等速度。正如后面章節(jié)將要討論的那樣，它不太適合自組網(wǎng)通信模式，無法應(yīng)用于多個重要的V2X使用場合。

2.1 同步

與IEEE802.11p相比，LTE-V2X對頻率誤差和時序誤差更為敏感。在不精確的頻率同步狀態(tài)下，殘留頻率誤差會導(dǎo)致載波差拍干擾（ICI）。在LTE-V2X中，OFDM的子載波間距要比IEEE802.11p的子載波間距近10倍，因此相同的絕對頻率誤差在LTE-V2X中的影響要遠大于在IEEE802.11p中的影響。這將導(dǎo)致LTE-V2X性能會受限，相同的絕對頻率誤差將產(chǎn)生大100倍的干擾功率。表3對IEEE802.11p和LTE-V2X的時序精度和頻率精度要求進行了量化。

* 時序精度在針對信道切換的IEEE 1609.4標(biāo)準(zhǔn)中有規(guī)定

IEEE802.11p的操作對時序沒有依賴性；頻率精度在IEEE802.11中有規(guī)定

** 時序精度在3GPP TS 36.133中有規(guī)定；頻率精度在3GPP TS 36.101中有規(guī)定

有兩個明顯的主要區(qū)別：

1.LTE-V2X要求要嚴格得多；

2.LTE-V2X的要求與用戶的同步源有關(guān)。當(dāng)用戶使用不同的同步源時，比如鎖定到不同的基站，同步的要求將無法滿足，從而影響汽車彼此之間的通信性能。

為了滿足這些同步要求，LTE-V2X用戶需要依賴于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）信號。然而，這又會帶來其它挑戰(zhàn)。舉例來說，事實上GNSS信號在隧道、地下停車場和城市峽谷等位置有可能丟失或不足夠可靠。在沒有GNSS覆蓋的情況下，在要求的精度范圍內(nèi)保持同步取決于用戶的本振漂移。精度越高，就像嚴格子載波間距要求的那樣，成本就越高。在沒有可靠的GNSS信號或根本沒有GNSS信號的情況下，用戶不得不選擇替代源實現(xiàn)同步，這會影響通信的可靠性。

IEEE802.11p工作時不需要依靠GNSS信號。IEEE1609.4也需要GNSS信號，但只用于從一個信道切換到另一個信道，也就是說需要低得多的時序和頻率精度。

2.2高速狀況

移動中的汽車在傳輸信號時會發(fā)生多普勒頻移，這個頻移可以被看作（除了同步誤差之外）額外的頻率誤差。在高速狀況下，這些多普勒頻移可能兩倍于甚至四倍于同步誤差（隨著汽車相對速度的增加而增加），并成為主要部分。

如圖1所示，LTE-V2X中的符號周期要比IEEE802.11p長10倍，這會限制最大可檢測的多普勒頻移，并因此對速度有最大值的限制（除了跟蹤快速變化的信道以外）。事實上，在3GPP仿真結(jié)果內(nèi)已經(jīng)觀察到了這種缺點，即當(dāng)速度超過140km/h時，就不再能可靠地檢測消息，性能也很差。3GPP解決這個問題的方法是引入復(fù)雜的處理方法，但該方法被證明不夠強大；或者減少調(diào)制和編碼方案（MCS），但并不能解決問題。建議修改先導(dǎo)符號圖案或縮短符號周期是不被接受的，因此最終LTE-V2X被嚴格限制用于速度在140km/h以下的應(yīng)用。

而IEEE802.11p受益于很短的符號周期和精選的符號先導(dǎo)圖案，因此對高速時的性能沒有任何限制。雖然LTE-V2X受限于工作在140km/h以下，但IEEE802.11p性能在250km/h甚至更高的速度時都可圈可點。

2.3 近-遠端問題

LTE-V2X對于用戶接收來自兩個或更多個具有不同功率電平的發(fā)射機的信號場合非常敏感，即近-遠問題，如圖2所示。這種功率差可能發(fā)生在兩個相鄰的發(fā)射機其中一個被阻擋的時候。IEEE802.11p允許每個OFDM符號傳輸單個用戶消息，而接收機可以針對每個用戶單獨以最佳的方式設(shè)置其參數(shù)，比如自動增益控制器（AGC）、時間偏移估計和頻率偏移估計等，因為符號是不共享的。

LTE-V2X允許用戶共享相同OFDM符號內(nèi)的資源（圖3），但接收機只根據(jù)單個組合信號設(shè)置其自動增益控制器的增益值。因此，LTE-V2X接收機在存在強信號的條件下接收弱信號的能力是受限制的6。但弱信號的重要性可能比強信號大。舉例來說，強信號可能來自與安全決策的關(guān)聯(lián)度較低的車輛后面的發(fā)射機，而弱信號也許來自可能會引起真正風(fēng)險的正在接近的發(fā)射機。

為了解決近-遠問題，LTE-V2X引入了地球分區(qū)的概念，其中包括根據(jù)用戶所在的絕對地理位置建立空間隔離，不同位置的用戶只能限于從特定的時間-頻率集中選擇發(fā)射用的資源。這種解決方案當(dāng)然非常有趣，但需要進行現(xiàn)場驗證，以評估不均勻分布的用戶以及他們快速移動位置帶來的影響。

2.4最大通信距離

比較V2X技術(shù)的一種方法是比較在室外相同條件下測試得到的實際性能。IEEE802.11p已被證明在各種現(xiàn)場試驗中可以達到很大的通信距離，在高速公路情況下已經(jīng)能夠達到幾公里。遺憾的是，LTE-V2X現(xiàn)場試驗還沒有可用于比較的結(jié)果。但LTE-V2X同步概念對用戶之間的通信距離有限制，反映在分配給循環(huán)前綴（CP）的不同角色中，見表4。

在LTE-V2X這樣的同步系統(tǒng)中，所有用戶的信號必須在時間上同步到達接收機，以防止連續(xù)的OFDM符號之間出現(xiàn)碼間干擾。在實際應(yīng)用中這種要求是無法滿足的，因為要么來自不同發(fā)射機的信號傳播時間不相等，要么每位用戶用于自己傳輸?shù)臅r序基準(zhǔn)不相等。當(dāng)用戶處于覆蓋范圍內(nèi)、并將eNB用作他們的時序基準(zhǔn)（在GNSS不可用的情況下）時就是這樣的例子。在這種情況下，每位用戶的傳輸時間都是基于自己的下行鏈路時序基準(zhǔn)7。自然而然的，一些用戶靠eNB近一些（具有較短的傳播延時），一些用戶比較遠。近的用戶要比遠的用戶更早地開始傳輸，而鄰近近用戶的接收（RX）用戶也會設(shè)置相應(yīng)的接收窗口。遠用戶的傳輸將在往返傳播延時之后到達接收機。在遠程發(fā)射機太遠的情況下，它可能到達的太晚而超出接收窗口，導(dǎo)致接收側(cè)無法檢測到消息，見圖4。

從圖中可以看出，對通信距離有限制，超出這個范圍接收機將無法檢測到遠用戶發(fā)的消息。表5列出了LTE-V2X可以實現(xiàn)的最大距離。某些情況下不能滿足中定義的Do-No-Pass-Warning消息提出的NPRM要求。

2.5 資源分配

實際的V2X業(yè)務(wù)圖案是用具有可變大小的數(shù)據(jù)包來表征的。諸如（由ETSI規(guī)定的）CAM和基本安全消息（BSM，由SAE規(guī)定）等消息組是周期性（通常是每隔100ms）產(chǎn)生的，包括比如地理位置、速度、朝向等汽車狀態(tài)信息和其它相關(guān)信息。汽車偶然也會將一組路徑預(yù)測和/或近來的路徑歷史點附加到這些消息上。點的數(shù)量取決于道路狀況，但在每個點用大約10個字節(jié)描述的情況下，這種增加的信息就會很容易在負荷中占據(jù)額外數(shù)10個字節(jié)。另外一個改變消息長度的例子與安全有關(guān)：對BSM來說，整個安全證書每隔500ms發(fā)送一次，會給默認的消息長度再增加100個字節(jié)。 IEEE802.11p的資源分配方案可以很輕松地支持可變數(shù)據(jù)包大小。一旦某位用戶占用了信道它就會自己用一個OFDM符號的分辨率（即8微秒）判斷傳輸時長，以便負載傳輸時間變得更短/更長。在LTE-V2X中，用戶會以半永久的方式保留資源，也就是說在知道確切的數(shù)據(jù)包大小之前。在應(yīng)用層的負荷大小還沒有確定前就提前保留資源會導(dǎo)致資源大小的超分配（沒有效率）或欠分配（要求更密集的編碼，降低對消息的檢測概率）。不管怎樣，適合IEEE802.11p的簡單資源分配機制在處理可變負荷尺寸時會更加高效。

2.6 半雙工

從圖3可以明顯看出，LTE下的兩個用戶可以使用不同的頻率資源在相同的OFDM符號中傳送消息。在某一給定時刻，用戶要么發(fā)送，要么接收，因為他們的無線系統(tǒng)工作在半雙工模式。這樣，兩位用戶即使靠得很近也不會收到彼此的消息，從而錯過安全關(guān)鍵決策所必需的信息。他們不得不等待直到其中一位或兩位為傳輸選中新的資源。

2.7 物理層效率

重載設(shè)計的LTE波形和幀格式在單用戶下將轉(zhuǎn)換為更高的開銷，詳見下面這張表。

2.8容量

V2X適合用于高業(yè)務(wù)密度的場合。容量的定義是在某個區(qū)域內(nèi)所有車輛能夠在不競爭相同資源的條件下實現(xiàn)通信的能力，因為競爭最終將導(dǎo)致通信距離的縮短和延時的增加。在等效條件下IEEE802.11p和LTE-V2X具有相似的容量和距離。

表7表明，LTE-V2X和IEEE802.11p的容量基本相同，一個給定10MHz的信道可以在1ms時間內(nèi)容納大約2條消息。

2.9 消息沖突

在一條道路的指定區(qū)段會有多個用戶，每個用戶以有規(guī)律的間隔發(fā)送消息。IEEE802.11p通過實現(xiàn)CSMA-CA協(xié)議解決潛在的沖突問題，它會在開始新的傳送之前檢查無線信道是否在使用狀態(tài)。LTE-V2X沒有等效的機制，如果發(fā)生沖突也不會被檢測到。兩個用戶可能使用相同的資源塊發(fā)送消息。在重新選擇資源之前資源會通過半永久分配技術(shù)保持用于多次傳輸。因此這兩個用戶的多次傳輸將丟失。

LTE-V2X通過增加一定程度的隨機性在用戶之間重新選擇事件時間來減輕這個問題，但不能完全解決沖突風(fēng)險。

舉例來說，兩輛汽車都在接近交叉路口。一旦進入有效通信范圍，IEEE802.11p將確保無沖突操作，必要時會發(fā)出警告。LTE-V2X則無法這樣做，從而白白失去寶貴的時間。

2.10 網(wǎng)絡(luò)安全保護

ISO26262中針對上路汽車定義的功能性安全認證提出了采取驗證和確認措施來確保達到足夠和可接受的安全水平的要求。風(fēng)險和危險分析通過衡量威脅生命的潛在可能性來確定汽車安全完整性水平（ASIL）等級。由于V2X可能控制汽車，比如在車隊?wèi)?yīng)用中，因此可以假設(shè)V2X要求ASIL B等級的ISO26262。達到ASIL B等級要求付出額外的成本，因此強烈建議將非安全關(guān)鍵域和安全關(guān)鍵域在軟件和硬件方面分隔開來。如果系統(tǒng)的非安全部分沒有被隔離，那就也要進行ISO26262認證，那將變得特別困難，成本也會特別高。另外，域的隔離有助于更強大更好地防止?jié)撛诘木W(wǎng)絡(luò)攻擊，見圖5。硬件和軟件的隔離清楚地表明，無法通過簡單地重復(fù)使用標(biāo)準(zhǔn)LTE調(diào)制解調(diào)器覆蓋LTE-V2X應(yīng)用空間。

高度復(fù)雜的LTE-V2X解決方案意味著比IEEE802.11p解決方案更高的成本。因此用LTE-V2X滿足安全應(yīng)用將變得更加昂貴。

3 成本因素

3.1 無法重復(fù)使用標(biāo)準(zhǔn)LTE調(diào)制解調(diào)器

標(biāo)準(zhǔn)LTE調(diào)制解調(diào)器芯片級只解碼從基站接收到的每個傳輸時間間隔單個的傳輸。在LTE-V2X中，除了解碼基站數(shù)據(jù)外，芯片組還要求解碼每個傳輸時間間隔并發(fā)的多個傳輸（來自不同的用戶），因此需要增加數(shù)量較多的硬件。標(biāo)準(zhǔn)LTE調(diào)制解調(diào)器無法重復(fù)使用，因為LTE-V2X中的波形和信號格式有別于標(biāo)準(zhǔn)LTE。

另外還要增加一個5.9GHz無線鏈，以及穩(wěn)定的GNSS同步時鐘源，見章節(jié)2.1。

從成本方面考慮，LTE-V2X和IEEE802.11p系統(tǒng)只有調(diào)制解調(diào)器和時鐘源方面有區(qū)別，而更高的層、人機界面以及安全用例等方面都是相同的。實際上，IEEE802.11p調(diào)制解調(diào)器并不比在蜂窩芯片組旁邊增加LTE-V2X產(chǎn)生的額外成本貴，因為LTE-V2X時鐘源和認證成本的影響也很大（AEC-Q100對蜂窩芯片級成本的影響）。因此，即使沒有域隔離，LTE-V2X也不比IEEE802.11p便宜。

3.2 時序和時鐘精度

LTE-V2X對精確同步的額外敏感意味著不切實際的參考時鐘，見表3，因為時鐘源的精度與性能和魯棒性有關(guān)。對時鐘元件在高溫以及高應(yīng)力下的溫漂以及頻率穩(wěn)定度的苛刻要求， 最終會造成成本上升。

對IEEE802.11p來說，精度要求幾乎與常用的WLAN設(shè)備沒有什么差別，因此同步精度要求不會影響IEEE802.11p系統(tǒng)的成本。

即使GNSS覆蓋信號暫時比較弱，LTE-V2X應(yīng)該也能長時間保持相同的精度水平。當(dāng)LTE-V2X不能依賴GNSS、而且找不到另外一個與GNSS（間接或直接）同步的用戶時，LTE-V2X系統(tǒng)仍必須以規(guī)定的0.1ppm頻率精度產(chǎn)生和發(fā)送V2X消息。汽車要滿足這個精度要求是不現(xiàn)實的，因為相關(guān)的元器件會非常昂貴。這個精度等級今天只保留給了宏基站（宏eNB），這種基站集成有高端振蕩器，但這種振蕩器決不是用于消費終端的，也無法承受大的溫度變化，且容易受汽車振動和加速的影響。

3.3 摩托車/電動自行車：對這些最易受傷害的道路用戶來說沒有蜂窩調(diào)制解調(diào)器障礙

沒有標(biāo)準(zhǔn)LTE調(diào)制解調(diào)器的LTE-V2X成本甚至更高，比IEEE802.11p明顯高很多。蜂窩調(diào)制解調(diào)器在摩托車和電動自行車中不常見，因為eCall法規(guī)不適用于摩托車。因此LTE-V2X成本對相對低成本的摩托車的影響是個障礙。

由于摩托車的高機動性，所以摩托車的定位是一個很大的挑戰(zhàn)。GNSS和V2X天線必須謹慎放置，不應(yīng)該受智能手機的未知位置、方向和屏蔽套的影響。因此使用智能手機支持V2X應(yīng)用不是一種合適的方法。對極度需要V2X保護的摩托車駕駛?cè)藖碚fIEEE802.11p是一種最經(jīng)濟的主動安全方案。

4 成熟性和未來展望

4.1取樣汽車周期

汽車市場的發(fā)展步伐與蜂窩市場有很大的不同。一部移動手機通常三年就要更換了，而一輛汽車可能要用15到30年，并且要求在這個時間跨度內(nèi)可靠的工作。因此技術(shù)必須成熟，且經(jīng)過全面的驗證。發(fā)生故障時的召回具有嚴重的后果，因為召回一輛汽車與召回一部智能手機所造成的影響是不同的。

基于這個理由，在可靠性、壽命和工作條件等方面對汽車元器件提出了廣泛的質(zhì)量措施，以確保低的淘汰率（一般小于1ppm）。這些措施不僅涵蓋設(shè)計周期，還涵蓋了測試和認證。

由于V2X在（半）自動駕駛中是必不可少的，我們希望它至少經(jīng)認證能用在ASIL-B或更高安全等級的系統(tǒng)中，能與AEC-Q100（基于故障機制的應(yīng)力測試認證）、IEC62132（EMC免疫）和ISO26262（功能性安全認證）平起平坐。網(wǎng)絡(luò)安全是安全性技術(shù)的另外一個重要方面。整個系統(tǒng)應(yīng)該是安全的，并且有兩個子模塊（HSM和網(wǎng)關(guān)）應(yīng)該得到認證。在時間和設(shè)備方面的相關(guān)投資會超出蜂窩消費產(chǎn)品投資的正常范圍。設(shè)計方法是不同的：蜂窩移動通信行業(yè)愿意作出這類投資嗎？

4.2 未來發(fā)展和后向兼容問題

4.2.1 LTE-V2X

在總結(jié)Rel-14 LTE-V2X（“階段1”） 8的同時，3GPP已經(jīng)在研究LTE-V2X Rel-15（“階段2”）的未來增強特性，該版本有望作為2018年12月規(guī)范的一部分發(fā)布。Rel-15增強版覆蓋的主要目標(biāo)有9：

? 載波匯聚（多達8個PC5載波）

? 64-QAM技術(shù)

? 研究縮短傳輸時間間隔（《1 ms）的好處和可行性

? 研究傳送分集的好處和可行性

這些目標(biāo)并不是用來解決本文提出的根本性挑戰(zhàn)。

在Rel-15中引入新的增強功能的主要問題之一是處理V2X消息的后向和前向兼容性。如果3GPP規(guī)范不能滿足這個要求，就沒有推出Rel-14 V2X的積極性了，因為大家知道Rel-14是一種到達盡頭的技術(shù)。然而，這種要求離滿足還有很大距離，因為Rel-15技術(shù)性規(guī)范還沒有準(zhǔn)備好。

4.2.2 IEEE802.11p

IEEE組織正在持續(xù)發(fā)展和改進802.11“WiFi”無線局域網(wǎng)系列標(biāo)準(zhǔn)。所有的WiFi系列規(guī)范（“a”， “ac”， “n”， “p”等待）都收集在一個文檔中。這樣的文檔就是正式的IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)，最新版發(fā)布于2016年10。

我們可以發(fā)現(xiàn)，在V2X瞄準(zhǔn)的應(yīng)用方面，IEEE比3GPP大約領(lǐng)先8年的時間。第一個版本（“802.11p”）從2010年就開始進行了廣泛的測試，對V2X來說如今已經(jīng)是一種非常安全、成熟且可靠的技術(shù)。

在豐富經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，人們還在繼續(xù)改進802.11p標(biāo)準(zhǔn)。新版本目前命名為“802.11px”。改進的地方包括使用最新的802.11“n”和“ac”技術(shù)，比如用于信道編碼的低密度奇偶檢驗（LDPC）、MIMO/天線分集以及改進的OFDM導(dǎo)頻版圖等。

為了充分利用過去十年來所有的發(fā)展和現(xiàn)場試驗成果，802.11p用戶很可能后向兼容802.11px，因為它一直兼容其它802.11系列標(biāo)準(zhǔn)。如此看來，802.11px自然而然會是802.11p標(biāo)準(zhǔn)的子集。這將確保兩種技術(shù)之間的平滑過渡，同時在802.11px推出之后仍能保持802.11p標(biāo)準(zhǔn)的強大吸引力。

4.3 蜂窩技術(shù)的推廣進程回顧

從過去歷代蜂窩技術(shù)的推廣進程來看，在與新的蜂窩技術(shù)推出相關(guān)的時間表方面，從第一個技術(shù)性報告規(guī)范發(fā)布到真正批量部署通常要花5到6年的時間。舉例來說，LTE從第一版規(guī)范發(fā)布（2007年10月發(fā)布版本8.0）到達到1億以上用戶（2012年底）就用了5到6年的時間。

我們記得至今為止（2017年6月），Rel-14 V2X規(guī)范還沒有完全固定下來，仍然在進行技術(shù)性修正，因此很讓人疑惑基于LTE的V2X究竟何時才能被認為技術(shù)上面成熟、可以被廣泛采納并可以大批量部署，這可能未來還需多年才能最終確定。

LTE-V2X仍舊在持續(xù)變化。本文僅根據(jù)當(dāng)前已經(jīng)發(fā)布的內(nèi)容，涉及到的某些問題可能在未來找到解決的方法，但這些基于未來方案的假設(shè)也意味著LTE-V2X技術(shù)的落地需要被繼續(xù)推遲。

對于基于LTE技術(shù)的LTE-V2X而言， 未來還將受到新發(fā)布的5G新無線技術(shù)（NR）的嚴重威脅。今天，3GPP正在推進第一版5G NR盡快發(fā)布。5G將為V2X提出另外一種解決方案（V2X階段3，或eV2X），但這種解決方案只能在第二版5G NR下實現(xiàn)。因此汽車行業(yè)可能沒有意愿去采用一種我們已經(jīng)知道很快要被5G淘汰的技術(shù)（LTE Rel-14）。

4.4 混合方案

混合方法可以整合每種技術(shù)的優(yōu)點而產(chǎn)生一個更為完整更有希望的解決方案。例如IEEE802.11p在安全消息方面比LTE-V2X更強。另一方面，蜂窩網(wǎng)絡(luò)可以在車輛之間以及車輛與云端之間提供更長距離的連接。

目前還缺少定義IEEE802.11p和蜂窩之間互連工作的標(biāo)準(zhǔn)化活動。在3GPP中增加這項工作有助于引入雙方的最強項，提高蜂窩連接向汽車中的滲透率。

5GAA建議將獨立的10MHz信道分配給這兩種技術(shù)。然而，LTE-V2X發(fā)射機會使IEEE802.11p接收機致盲，反之亦然。

另外，5GAA建議（在申請使用5.9GHz的ITS專用頻段的申請書中提到）將產(chǎn)生危險的先例，因為其它新技術(shù)可能利用這種理由申請頻段資源而不考慮對現(xiàn)有安全關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)所帶來的標(biāo)準(zhǔn)碎片化負面影響。

兩種技術(shù)應(yīng)該以積極主動的方式共存，比如通過定義一種通用的方式訪問可用資源。由于IEEE802.11p已經(jīng)在市場中得到部署，因此LTE-V2X可以簡單地部署與IEEE802.11p相同的MAC，即基于CSMA-CA協(xié)議的MAC。

5 本文小結(jié)

目前推薦的LTE-V2X是蜂窩技術(shù)滿足安全關(guān)鍵要求的重要一步，但它還沒有達到IEEE802.11p的性能等級，IEEE802.11p在未來多年仍將是作為在道路上挽救生命的關(guān)鍵通信技術(shù)的唯一選擇。

對適用于V2X應(yīng)用的IEEE802.11p和LTE-V2X的詳細技術(shù)性觀察進一步確認了它們的互補特性。

在有網(wǎng)絡(luò)的情況下，LTE-V2X可以利用蜂窩領(lǐng)域中多年的創(chuàng)新成果為V2I和I2V服務(wù)提供有效的替代方案。IEEE802.11p也覆蓋V2I和I2V，但效率較低些。

在沒有網(wǎng)絡(luò)的情況下，由于需要保持與LTE中相同的符號結(jié)構(gòu)和相似的幀結(jié)構(gòu)，LTE-V2X會有很大的問題。IEEE802.11p在魯棒性和效率方面表現(xiàn)更好。

安全關(guān)鍵和挽救生命的應(yīng)用仍然是汽車到汽車通信的核心部分，因此它必須能夠在缺少網(wǎng)絡(luò)的情況下有效的工作。