協(xié)作智慧運(yùn)輸系統(tǒng)（C-ITS）將允許道路消費(fèi)者和交通管理人員分享資訊，協(xié)助減少道路死亡。這將通過車輛之間以及車輛與運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施之間的數(shù)位連通性來實(shí)現(xiàn)，稱為V2X（車輛到車輛和車輛對基礎(chǔ)設(shè)施）通訊。支援安全關(guān)鍵應(yīng)用是V2X通訊的核心。ITS Directive 2010/40/EU 是其基礎(chǔ)立法，規(guī)範(fàn)ITS連貫和交互操作導(dǎo)入。該指令規(guī)定每輛車輛都應(yīng)能夠與任何其他車輛或路邊設(shè)備進(jìn)行通訊。

圖1 : 支援安全關(guān)鍵應(yīng)用是V2X通訊的核心。(source:YATZU!)

互通性、向後相容性和成熟度被確定為核心原則。基於Wi-Fi的V2X 技術(shù)，ETSI ITSG5/IEEE802.11p，已經(jīng)測試了10年，並準(zhǔn)備部署。最近，一個(gè)新的標(biāo)準(zhǔn)定址V2X應(yīng)用程式已經(jīng)開始在3GPP的保護(hù)傘下發(fā)展，重點(diǎn)是行動寬頻標(biāo)準(zhǔn)化。由於數(shù)以百萬計(jì)的道路消費(fèi)者的安全將取決於這些技術(shù)的性能，所以在就緒性、相容性和範(fàn)圍方面進(jìn)行比較是很重要的。

就緒性

ETSI ITS-G5（基於IEEE 802.11p）是通用Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)的延伸，在動態(tài)汽車環(huán)境中進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化。

ETSI ITS-G5定義於2004年發(fā)佈，並經(jīng)歷了一個(gè)徹底的標(biāo)準(zhǔn)化過程。這包括廣泛的現(xiàn)場測試（從2008年開始與德國sim1與400輛車現(xiàn)場測試）和多供應(yīng)商互通性測試（自2011年開始進(jìn)行ETSI插頭測試）汽車級系統(tǒng)已讓OEM和Tier-1供應(yīng)商進(jìn)行廣泛的測試和驗(yàn)證若干年的時(shí)間，這是絕對關(guān)鍵的安全相關(guān)產(chǎn)品。相比之下，LTE-V2X是手機(jī)4G/LTE一個(gè)相對新的擴(kuò)展。3GPP在三年前才開始Rel-14規(guī)範(fàn)定義，在時(shí)間壓力下，以趕上歐盟C-ROADS和美國NPRM活動創(chuàng)造的11p勢頭。因此，某些關(guān)鍵特性不成熟，只會在接下來的Rel-15規(guī)範(fàn)部分糾正（計(jì)畫在2018年第三季完成）。下面列出了當(dāng)前已知缺陷，需要在 Rel-15 中進(jìn)行修復(fù):

? 如在3GPP RAN1 RAN1 contribution所解釋的，由於反覆使用LTE上行鏈路Uplink與其側(cè)邊鏈路（Sidelink）設(shè)計(jì)所造成的通道交織/速率匹配模式問題，將會嚴(yán)重影響側(cè)邊鏈路資料通道（PSSCH）在RB/模組化編碼組合達(dá)28.3%。解決方案未來與Rel-15不相容。

? 由於側(cè)邊鏈路最多只有9個(gè)數(shù)據(jù)符號、在LTE上行鏈路中則有12個(gè)數(shù)據(jù)符號，需要採用TBS scaling技術(shù)重新設(shè)計(jì)Rel-15的傳輸層大小表列。解決方案未來與Rel-15不相容。

? LTE-V2X Rel-14 Mode-4的延遲時(shí)間太長，部分原因是物理層20-100ms的延遲選擇視窗。在 3GPP裡仍在討論如何在Rel-15減少此視窗。這將造成與Rel-14不相容。

? 半雙工問題: 由於有多個(gè)使用者訪問方案，使用者將錯過併發(fā)傳輸?shù)陌踩Y訊。這情況並不會發(fā)生在ETSI ITS-G5，因?yàn)镋TSI ITS-G5有「交談前先傾聽」的原則。在Rel-14中，通過重新傳輸信號（HARQ），這一效應(yīng)可能會減輕，代價(jià)可以互聯(lián)的汽車數(shù)量減半。這個(gè)問題在Rel-15仍無法解決，只能等到5G NR。

? 從蜂窩帶（通常在2或3 GHz 區(qū)域）中進(jìn)行15赫的載波間距不適合於5.9 GHz波段。這導(dǎo)致LTE-V2X 對頻率偏移非常敏感。在5G NR中，3GPP計(jì)畫「解鎖」子載波間距，使其可根據(jù)部署進(jìn)行配置。

還缺乏實(shí)際的現(xiàn)場測試。大多數(shù)提出的LTE-V2X資料是基於數(shù)值類比的，這意味著，最好的是，該規(guī)範(fàn)是不成熟的（例如降低效率），或者更糟糕的是，可能無法實(shí)現(xiàn)減少道路死亡所需的目標(biāo)安全應(yīng)用。此外，LTE-V2X技術(shù)的發(fā)展（Rel-14，Rel-15，...）實(shí)際上會引入不同的性能等級，這意味著LTE Rel-15汽車將比Rel-14汽車更安全。這將導(dǎo)致客戶/使用者間的不公平情況。另外應(yīng)指出的是，即使LTE-V2X Rel-14規(guī)格已經(jīng)完成，定義部署設(shè)定檔（這是區(qū)域/國家特定的），仍然需要進(jìn)行，並可能需要多年考慮優(yōu)化上層參數(shù)的複雜性（通道、HARQ、分配方案政策的數(shù)量，每個(gè)專案都涉及非常具體和狹窄的部署類型（公路與擁擠地區(qū)等）。ETSI ITS-G5沒有這個(gè)問題，因?yàn)樗窃O(shè)計(jì)於自然地以應(yīng)付各種情況。

相容性

由於ETSI ITS-G5已經(jīng)作過非常多的實(shí)地測試，在這些年的發(fā)展日趨成熟，在可預(yù)見的未來沒有必要進(jìn)行重大修訂。目前正在進(jìn)行非正式討論，以確定是否需要擴(kuò)展更高的資料因應(yīng)額外服務(wù)。

LTE-V2X Rel-15不會向後相容Rel-14提供的所有服務(wù)。同樣的，5G NR技術(shù)亦不會向後相容LTE-V2X Rel-15 nor Rel-14。如前一節(jié)所示，其原因之一是為了糾正缺陷而在幾個(gè)參數(shù)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)變化。其他原因包括Rel-15中集成的改進(jìn)，它們與Rel-14不向後相容，如不透明傳輸分集方案（STBC或SFBC）以及64 QAM調(diào)製。因此，Rel-14設(shè)備將無法解碼 Rel-15 傳輸（PSSCH），它們只能看到未修改的調(diào)度分配（PSCCH）。

這意味著，只要它依賴於以前版本的服務(wù)，LTE-V2X佈署將始終必須採用標(biāo)準(zhǔn)的舊式版本。不幸的是，對於基本安全資訊來說，尤其如此?；景踩Y訊是採用Rel-14標(biāo)準(zhǔn)所推出的第一批服務(wù)之一。由於安全消息的廣播性質(zhì)，沒有辦法知道遺留設(shè)備是否在附近。相反的，您將始終必須退回到Rel-14版本（包容其缺陷和低效率）。只有更新的服務(wù)才能使用Rel-15和它所擁有的改進(jìn)性能。

範(fàn)圍比較

ETSI ITS-G5利用選擇的技術(shù)以符合高機(jī)動性。例如，儘管使用「古板」卷積編碼器似乎是一個(gè)劣勢，但它提供了使用「渦輪編解碼器」類似方案動態(tài)調(diào)整每個(gè)符號的通道估計(jì)的可能性，以遵循典型的移動中場景裡不斷變化的通道特性。這項(xiàng)計(jì)畫沒有在正常的Wi-Fi系統(tǒng)中執(zhí)行，在2011年已經(jīng)被描述和實(shí)施佈署。在LTE-V2X中使用的最新的區(qū)塊編碼解碼器（如 LDPC）不能以高速速度提供相同的性能，因?yàn)樗鼈冎荒茚槍γ總€(gè)區(qū)塊解碼，不能對每個(gè)符號解碼。

結(jié)合上述通道接入機(jī)制的特性，ETSI ITS-G5技術(shù)還能夠在長距離的結(jié)合下處理高機(jī)動性。在OEM現(xiàn)場測試中也確認(rèn)了擴(kuò)展範(fàn)圍。例如，在Traffic Technology Today專訪中提到「在高速挑戰(zhàn)中，V2V-enabled奧迪車配備了NXP RoadLINK晶片組，以相對速度達(dá)到310 mph （500公里/小時(shí)），跨距離超過1.2英里（2km）。此類比範(fàn)圍性能如圖2（紅虛線）所示，是基於 NXP DSRC 晶片組的實(shí)際測量性能，並給出了500公尺（90% PRR）的最佳數(shù)據(jù)，同時(shí)LTE-V2X僅能達(dá)到240公尺。

圖2 : V2V-enabled奧迪車配備NXP RoadLINK晶片組效能進(jìn)行高速挑戰(zhàn)。

圖2比較「路徑到 5G」的模擬結(jié)果和我們自行模擬的結(jié)果，基於實(shí)際測量NXP DSRC晶片組的性能。先進(jìn)的ITS-G5性能比LTE-V2X好得多。場景為高速公路（6車道，其中3條車道每2公里計(jì)算，車到達(dá)道路底端後，往相反方向迴轉(zhuǎn)，模擬真實(shí)交通的機(jī)動性）以4個(gè)數(shù)據(jù)包的交通裝載與190個(gè)位元組，1 Mbps資料率。傳輸功率設(shè)置在20 dbm，3 dBi增益用於傳輸和接收，接收機(jī)靈敏度為-95 dbm。通道設(shè)置雙斜率路徑損耗，採用Nakagami 模型。

其他對於LTE-V2X的問題

缺少一個(gè)明確定義的LTE-V2X通訊設(shè)定檔（鑒於LTE的多種配置可能性），不切實(shí)際的定時(shí)要求，對於可支援的汽車數(shù)量的不確定性，以及延遲性的限制，都是額外是還沒有解決的其他懸而未決的問題。這些情況也反映出LTE-V2X與ETSI ITS-G5的不同成熟度水準(zhǔn)。

結(jié)論

如上文各節(jié)所述，可以得出結(jié)論，LTE-V2X目前反而使V2X通訊技術(shù)倒退。LTE-V2X（基於 Rel-14）還沒有準(zhǔn)備好，也沒有像LTE-V2X利益攸關(guān)方建議的那樣帶來巨大的收益和改進(jìn)。

上述的比較進(jìn)一步說明LTE-V2X的不成熟性、未經(jīng)測試的和未經(jīng)驗(yàn)證的技術(shù)狀態(tài)，以及在未來LTE-V2X版本中缺乏真正的向後相容性，特別是與安全關(guān)鍵用途有關(guān)。

ITS Directive 2010/40/EU的向後相容、互通性和成熟性定義為其規(guī)範(fàn)和部署的關(guān)鍵原則，以及發(fā)佈標(biāo)準(zhǔn)的授權(quán)。這顯然不是在LTE-V2X下發(fā)生，或在一般行動產(chǎn)業(yè)內(nèi)的準(zhǔn)則。我們認(rèn)為，減少道路死亡和增加道路安全的最佳途徑是一種混合通訊方法，讓兩種通訊技術(shù)共同合作:

? ETSI ITS-G5在分配給V2X應(yīng)用程式的5.9 GHz頻譜中提供安全資訊;

? LTE-V2X為更多與基礎(chǔ)設(shè)施相關(guān)的服務(wù)提供I2V資訊，如分配給行動產(chǎn)業(yè)的3.2-3.8 GHz 頻譜中的通訊管理資訊。

這一觀點(diǎn)得到了大多數(shù)汽車工業(yè)和道路基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)的認(rèn)同，例如在最近美國交通部的US-DOT & FCC公佈的「安全聯(lián)盟」公開信當(dāng)中即獲得認(rèn)可。

（作者Andrew Turley、Kees Moerman、Alessio Filippi、Vincent Martinez任職於恩智浦半導(dǎo)體公司）