最近，在移動通信標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP的積極推進(jìn)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(jìn)行對比就顯得相當(dāng)重要。
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(jìn)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(jìn)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(qiáng)調(diào)：
?IEEE802.11p現(xiàn)在已經(jīng)可以商用，LTE-V2X還不行[4]。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[1]。說明美國政府有明確意向要全面推進(jìn)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(qiáng)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(fèi)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(qiáng)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(jìn)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(jī)制可以持續(xù)地改進(jìn)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(yán)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(jī)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(jī)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(qiáng)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(yán)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(qiáng)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(jìn)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(jìn)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(yùn)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(jī)和接收機(jī)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(yán)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(kuò)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(jìn)行了優(yōu)化，能夠處理因為相對速度高達(dá)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I(xiàn)EEE802.11p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(jìn)的技術(shù)，作為目前商用化的現(xiàn)貨產(chǎn)品通常可達(dá)幾公里的更大范圍。當(dāng)IEEE802.11p多址訪問機(jī)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(jìn)行著。參考文獻(xiàn)[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(rèn)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(jìn)入能夠為了安全而強(qiáng)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(kuò)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(qiáng)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(jìn)了對更高速度和新的分布式信道訪問機(jī)制的支持[15]。
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(xiàn)和標(biāo)準(zhǔn)化工作，但LTE-V2X標(biāo)準(zhǔn)還遠(yuǎn)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(hù)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(jìn)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。
