基础设施过去、现在和未来案例集/5.9 GHz频谱

本案例集是关于 5.9 GHz 频谱的案例研究，由 James Robles、Tristin McCreight 和 Chelsey Stebbins 完成，作为乔治梅森大学 Schar 政策与政府学院和 Volgenau 工程学院以及 Sid 和 Reva Dewberry 土木、环境和基础设施工程系的“基础设施过去、现在和未来：GOVT 490-004（政策与政府合成研讨会）/ CEIE 499-003（土木工程专题）2023 年秋季”课程的一部分。在 Jonathan Gifford 教授的指导下完成。

摘要

5.9 GHz 频谱被视为交通行业创新的下一个重大步骤，特别是在 C-V2X 技术方面，它将允许自动驾驶。然而，该频谱对于互联网提供商来说也是可取的，因为它的延迟低且数据传输能力高。这两项竞争的基础设施计划正在争夺对该频谱的控制权，并且都认为他们的计划比另一方更重要。2020 年，联邦通信委员会（FCC）做出决定，将频谱的较低 45 兆赫部分（5.850-5.895 GHz）重新分配给非授权用户和 Wi-Fi 使用。做出这一分配决定的原因是汽车制造商无法有效地部署该频谱，以及授予更多访问权限的潜在经济效益。较高的 30 兆赫部分（5.895-5.925 GHz）保留用于 C-V2X 部署和提高车辆安全性。

FCC 在重新分配 5.9 GHz 频谱以优化和有效利用该频段的决定中发挥了重要作用。DOT 通过 C-V2X 支持车辆安全，电信公司支持 Wi-Fi 容量的进步，两者都认为他们有更好的理由获得对该频谱的完全访问权限。在 20 多年的时间里，5.9 GHz 频谱被分配给使用 C-V2X 的汽车安全行业，但现在这种突然的变化引发了关于汽车安全和扩展 Wi-Fi 容量的持续讨论。

技术术语

C-V2X 图

5.9 GHz 频谱

5.9 GHz 频谱是一个专用带宽，范围为 5.850 - 5.925 GHz。 该频谱在低延迟和高数据传输方面具有潜力。该频谱对智能交通中的 C-V2X 机会以及提高 Wi-Fi 速度和可靠性都有利。

DSRC

5.9 GHz 专用短程通信 (DSRC) 是一种主要用于短距离到中距离的通信服务。该技术具有低延迟、高可靠性和安全性。DSRC 主要用于道路上的公共安全，通过提醒驾驶员前方的情况或事件。

C-V2X

蜂窝车联网 (C-V2X) 是一种旨在用于智能交通系统的系统，它依赖于蜂窝连接与其周围环境进行通信。 C-V2X 使用该频谱是因为它的低延迟和高数据传输能力。该系统在 DSRC 系统的基础上构建，通过添加连接到蜂窝网络的能力来增加其传输范围。

V2X

车联网 (V2X) 是一种短距离直接通信系统，连接车辆与车辆、基础设施和行人基础设施。V2X 不使用蜂窝网络，这意味着它专注于使用传感器的直接区域。可以识别和与这些交通方面进行通信的车辆被认为具有 V2X 通信。

V2I

车路协同 (V2I) 是一种车辆连接到周围基础设施（如交通信号灯或道路标志）的通信系统。 V2I 是 DSRC 的最初组成部分 ，并且在此系统中得到了进一步扩展。该系统可以在 C-V2X 和 V2X 系统中使用，并且对于两者成功都起着重要作用。

V2V

车车通信 (V2V) 是一种专注于车辆之间实时通信和检测的通信系统。V2V 在具有盲点检测和变道辅助等功能的更现代车辆中占有更大的比例， 这些功能在很大程度上依赖于车辆之间的短距离通信。

V2P

车行人通信 (V2P) 类似于 V2V，因为它能够识别附近行人并实施安全措施以避免人员伤亡。这些措施对于人行横道和自行车道区域很重要。

V2N

车联网 (V2N) 是一种使车辆能够访问蜂窝网络的技术系统。 汽车 Wi-Fi 就是一个例子。它具有 Wi-Fi 功能，但不使用它与其他系统通信。V2N 是 C-V2X 的一个关键组成部分，因为它允许车辆拥有自己的 Wi-Fi。

参与者

FCC 标识

联邦通信委员会

FCC 是频率分配方式及其管理规则的监管机构。 FCC 考虑了如何最好地利用 5.9 GHz 频段，无论是用于交通还是电信。 FCC 的主要关注点是该频谱不会过载，同时仍然允许用户尽可能多地从其分配中获益。 FCC 被设计为该问题的公正方，但并非不受公司利益和公众舆论的影响。

美国交通部印章

美国交通部

美国交通部 (DOT) 负责规划、协调和监管全国范围内的交通项目。 他们的任务的一部分是通过防止事故和拥堵来使道路更加安全和更容易通行，因为这些事故和拥堵的成本很高。DOT 一直是为交通保留该频段的坚定倡导者，以期应对新兴技术，但当时缺乏在初始分配时充分利用该频段的能力和政治意愿。 联邦、州和地方各级的 DOT 继续对保留该频谱仅用于交通运输感兴趣，以便他们能够在全国范围内进一步实施智能交通系统。

电信公司

由于该频谱的性质，电信公司希望尽可能多地使用 FCC 允许的频谱用于 Wi-Fi。该频谱的质量无疑会提高他们的服务并总体上改善电信。较低频谱部分的开放预计将使 GDP 增长 230.42 亿美元，并促进经济增长。 电信行业已迅速利用频谱的较低部分。然而，6G 频段频率也正在电信领域发展，并且很可能超越 5.9 GHz 频段的效益。 这引发了一个问题，即除了 5.9 GHz 频段之外，可以为非授权用户开放哪些其他频率作为替代方案。

汽车公司

汽车公司长期以来一直希望实施新的 C-V2X 技术，但开发时间比预期要长。汽车品牌在其车辆中处于 V2X 技术的不同阶段。自动刹车和车道辅助等功能目前已上市。该群体担心，一旦公司开始实施 C-V2X，5.9 GHz 频谱的重新分配将使其变得拥挤。此外，汽车制造商与 FCC 意见不一致，因为制约 C-V2X 进一步实施的监管框架很差，因为当前的框架适用于 DSRC，而 DSRC 现在已经过时。 尽管这是一个持续的过程，但汽车公司继续对频谱的重新分配表示担忧。

设备制造商

Connex2x、高通和 P3 Mobility 等公司目前正在进行利用 C-V2X 的项目。^[11][12][13] 这些公司之所以重要，是因为它们致力于开发和实施可出售给汽车制造商或用于自身利益的新技术。这些公司是技术发展的关键，并受到利润激励。公司对重新分配的立场因行业而异。无论如何，设备制造商是智能交通系统的必要组成部分。

利益群体

各种利益群体也对这个问题有份。美国州际公路与运输官员协会、汽车创新联盟和 5G 汽车协会 (5GAA) 等组织倡导新交通系统的进步，其中许多需要 5.9GHz 频段。美国智能交通协会是一个倡导安全和可持续交通的利益群体，起诉了 FCC 对频谱的重新分配。^[14]  尽管该组织在地区法院败诉，但这表明了政府实体、私人利益和公众之间持久的斗争。

另一方面，像 Wi-Fi Forward 这样的利益群体也游说推广更多未经许可的 Wi-Fi 频段。他们认为，开放 5.9 频谱以及未来的频段，将带来经济增长，创造就业机会，并允许行业内进行更多创新。^[15] Wi-Fi Forward 拥有强大的政治力量和影响力，背后有跨国公司的支持。^[16]

时间线

• 1991 年 12 月 18 日 - 国会通过《跨模式地面交通效率法案》。
• 1998 年 6 月 9 日 - 国会通过《交通公平法案》。
• 1999 年 10 月 22 日 - FCC 为基于 DSRC 的交通预留了 5.9GHz 频谱。
• 2003 年 12 月 17 日 - FCC 创建了更新的监管框架。
• 2014 年 1 月 31 日 - 奥巴马发布命令，要求汽车制造商在其车辆中实施 C-V2X 技术。^[17]
• 2014 年 8 月 24 日 - 国家公路交通安全管理局 (NHTSA) 发布了一份报告，称需要 37 年才能在所有车辆中完全实施 DSRC。^[8]
• 2017 年 11 月 1 日 - 在汽车制造商游说后，特朗普放弃了要求汽车制造商在其车辆中实施 C-V2X 的命令。^[18]
• 2018 年 10 月 31 日 - 在与 FCC 和 DOT 的测试中发现，Wi-Fi 可以与 DSRC 共享 5.9 GHz 频谱。^[8]
• 2019 年 12 月 12 日 - FCC 通过了一项拟议规则制定公告 (NPRM)，以一致的方式平衡了公众对交通安全和 Wi-Fi 的兴趣，提议将 5.9 的底部 45 兆赫分配给 Wi-Fi，将顶部 30 兆赫分配给车辆安全。^[8]
• 2020 年 11 月 18 日 - FCC 将较低的 45 兆赫部分重新分配给非授权用户，包括 Wi-Fi。
• 2022 年 8 月 12 日 - 美国智能交通协会诉 FCC 一案判决支持 FCC。这重申了 FCC 将频谱重新分配给非授权用户的决定。
• 2023 年 8 月 16 日 - 汽车制造商、设备制造商和州交通部提交了联合豁免申请，以便在官方更新框架之前部署 C-V2X 技术。
• 2023 年 4 月 24 日 - FCC 批准了联合豁免申请。^[19]

案例叙述

连接车辆位置 - 使用 5.9 GHz 的规划和运营站点

随着我们的高速公路和道路基础设施的发展，我们意识到需要找到创新的解决方案来保护公共安全。5.9 GHz 频谱以其低延迟和高带宽，证明了其适合高速交通。然而，除了过时的 DSRC 技术之外，美国交通部在智能交通系统方面几乎没有取得任何进展。由于其他频率变得拥挤，非授权用户涌现，电信公司将该频谱视为 Wi-Fi 扩展的潜在空间。

在交通运输行业中限制 C-V2X 部署的障碍很多。其中一个主要问题是技术和政策发展速度不一致。虽然一些汽车制造商已准备好并渴望在其车辆中部署其进步，但 FCC 面临着行政障碍，限制了进一步的创新。另一个障碍是，对现有基础设施的任何升级都需要来自地方、州或联邦政府的某种程度的资金承诺。此外，如果没有私营部门的投资，包括设备制造商和汽车制造商，这项技术将无法发挥其全部潜力。有了这些障碍，那些寻求使用频谱的人在使用该频段方面遇到了更缓慢和更困难的时间。尽管 FCC 有最终决定权，但各个行动者仍然对目前的重新分配状况感到沮丧。尽管我们还没有看到很大的成功，但许多项目正在开发中，可能会改变频谱使用效力和现状。

资金和融资

智能交通系统的实施，特别是涉及 C-V2X 技术的系统，需要来自私人和公共资金的投资。交通部等政府实体从国会获得拨款，然后将其分配给不同的项目。^[20] 对于 2024 年预算，交通部要求为其高优先级活动计划 (HPAP) 提供 8650 万美元。^[21] 这笔资金用于协助州和地方政府开展 CMV 安全和智能交通系统。^[21] 这些资金可能有助于推进和升级 5.9 频谱中使用的现有技术。州交通部在获取资金的方式上有所不同，但通常依赖于燃油税和与交通相关的费用，如通行费。^[22] 这导致了稳定但又不一致的资金，这在 COVID-19 大流行期间尤其明显。来自联邦、州和地方政府的投资都帮助升级了现有的基础设施组件，如红绿灯。

私营公司的资金也为智能交通系统的发展和 5.9 GHz 频谱的利用做出了贡献。虽然这些融资中的大部分都是未公开的，但它们很可能有多种收入来源。例如，高通销售用于 RSU 和 OBU 的产品。^[13] 其他公司，如 P3 Mobility，仍处于增长阶段，很可能拥有贷款或投资流来维持运营。^[12] 汽车制造商的投资对于推动技术进步至关重要，但它们在 C-V2X 通信系统开发和实施方面的进展不同。

机构安排

目前，FCC 关于交通运输和 5.9GHz 频段的规则是基于 DSRC 的，但正在过渡到适用于 C-V2X。由于 DSRC 不能实现我们设想的自动驾驶汽车未来，因此这些监管框架必须具有可塑性，并尽快更新。在此期间，FCC 向州交通部、汽车制造商和设备制造商颁发了豁免，以便提前允许他们开始实施 C-V2X。^[19] 现在，任何申请使用 C-V2X 的实体都必须经过 FCC 豁免流程，直到 FCC 决定新的监管框架。

美国联邦通信委员会 (FCC) 在制定规则时遵循“通知和评论”规则制定程序。 这意味着，在决定某个问题时，FCC 会向公众发布通知，说明他们计划采用或修改哪些内容，并征求公众意见。在收到公众意见后，FCC 会审查这些意见，然后制定规则。该流程的步骤始于《行政程序法》(APA)，这是该流程的基本要求。接下来是拟议规则制定通知 (NPRM)，其中解释了为何需要更改规则。这也可能提出该机构在寻找解决方案时应考虑的事项。当 NPRM 发布时，FCC 会包含他们希望公众对哪些问题进行评论和提供数据的具体问题。NPRM 发布指将该文件发布到《联邦公报》中；这使公众可以通过在线和印刷媒体访问该文件。接下来是公众评论期，该评论期至少持续 30 天，事项越技术性，公众评论期越长。公众也可以提供明确的理由来要求延长评论时间。评论的数量因案例而异，有些案例收到数千条评论，而另一些案例则只收到几条。公众也可以回复彼此的评论。接下来是同行评审流程，因此如果主题包含科学或社会科学信息，则应由相关领域的合格专家进行同行评审。这是为了确保最终结果的质量。在同行评审之后，会进行逻辑增长测试，根据法院裁决，如果最终规则要进行任何更改，则必须是公众可以合理预期的内容。如果公众不能合理预期这些更改，FCC 则需要允许更多公众意见。最后是最终规则发布，该规则发布在《联邦公报》中。

政策问题

20 世纪 90 年代提出的 5.9 GHz 频段原本打算用于车对车 (V2V) 通信。该频段将用于 DSRC，这将有助于在紧急情况下实现“实时安全信号”。如今，20 多年过去了，DSRC 的需求已经过时且价格昂贵。

1991 年，国会通过了《跨模式地面运输效率法案》，这意味着美国交通部 (DOT) 必须研究和测试智能车辆-公路系统。这项研究导致了 DSRC 的开发，DSRC 将有助于实现 V2I 之间的通信。由于这项研究，DSRC 被视为可以避免美国道路上发生各种车辆事故的一种方式。1998 年，国会通过了《21 世纪运输公平法案》，这意味着 FCC 将 5.9 GHz 频段中 75 兆赫兹的频谱分配用于 DSRC；它将 5850 到 5925 兆赫兹分配为该频段的一部分。。如今，该频段与汽车安全几乎没有关系，美国交通部已搁置了要求汽车配备 DSRC“无线电系统”的提议。。汽车安全技术已经取得进步，但并不涉及 5.9 GHz 频段。如果今天实施 DSRC，将非常昂贵。根据美国国家公路交通安全管理局 (NHTSA) 的说法，仅强制要求所有车辆使用 DSRC 的成本每年将达 50 亿美元，到 2060 年，总计将达到约 1080 亿美元。。

美国使用和拟议的各种 Wi-Fi 频段。

在奥巴马政府时期，美国交通部希望强制要求所有新车配备 DSRC 无线电，因为如果并非所有汽车都配备 DSRC，该技术将无法使用，这意味着任何车辆都无法依靠它。最终，在特朗普政府的美国交通部时期，这一决定被逆转，因为其成本过高、存在延误且存在不确定性，但美国交通部尚未宣布关于 DSRC 不会继续实施的任何信息。根据美国国家公路交通安全管理局 (NHTSA) 于 2014 年发布的一份报告，如果要为所有汽车配备该技术，将需要“……37 年才能让该技术完全普及”。。

如今，20 多年过去了，这一宝贵的频段被认为对个人通信至关重要。5.9 GHz 是当前和未来高容量 Wi-Fi 之间的桥梁。2019 年，FCC 全体一致通过了关于 5.9 GHz 频谱分配的拟议规则制定通知 (NPRM)，其中将较低的 45 兆赫兹分配给 Wi-Fi 频谱，将较高的 30 兆赫兹分配给汽车安全。FCC 通过了该提议，因为在过去的 20 年里，DSRC 尚未真正实施，主席承认，“……[这]正在阻碍 [美国] 的无线未来”。。FCC 主席还承认汽车安全对 5.9 GHz 频谱的需求有多低。FCC 从 2013 年开始研究 5.9 GHz 频谱的使用，原因是 5 GHz 频谱的拥塞。2018 年，美国交通部和 FCC 在测试后发现，用于 DSRC 的 5.9 GHz 频谱可以与 Wi-Fi 共享。FCC 提议将 30 兆赫兹分配给汽车安全的原因是，这是全球其他地方（如欧盟）的标准。

如今，20 多年过去了，这一宝贵的频段被认为对个人通信至关重要。5.9 GHz 是当前和未来高容量 Wi-Fi 之间的桥梁。2019 年，FCC 全体一致通过了关于 5.9 GHz 频谱分配的拟议规则制定通知 (NPRM)，其中将较低的 45 兆赫兹分配给 Wi-Fi 频谱，将较高的 30 兆赫兹分配给汽车安全。FCC 通过了该提议，因为在过去的 20 年里，DSRC 尚未真正实施，主席承认，“……[这]正在阻碍 [美国] 的无线未来”。。FCC 主席还承认汽车安全对 5.9 GHz 频谱的需求有多低。FCC 从 2013 年开始研究 5.9 GHz 频谱的使用，原因是 5 GHz 频谱的拥塞。2018 年，美国交通部和 FCC 在测试后发现，用于 DSRC 的 5.9 GHz 频谱可以与 Wi-Fi 共享。FCC 提议将 30 兆赫兹分配给汽车安全，原因是这是全球其他地方（如欧盟）的标准。

经验教训

5.9 GHz 频谱问题直到最近才成为问题，因为 Wi-Fi 分配到了曾经只属于 C-V2X 的领域。FCC 将较低的 45 兆赫兹专门用于 Wi-Fi 的决定对更好服务的进步和发展非常有利，同时还保留了较高的 30 兆赫兹用于 C-V2X 的发展和改进。双方都认为，完全访问 5.9 GHz 频谱的全部范围对于最大限度地发挥潜力至关重要，同时也要保持频谱流量低且可控。这项决定的结果以及分配的有效性将在几年后显现。C-V2X 将继续开发和实施，但其原本拥有的空间减少了一半。另一方面，Wi-Fi 在 5.9 GHz 频谱中获得的新空间是一个急需的扩展，将成为下一代 Wi-Fi 的基石。

总的来说，持续了 20 多年的关于 5.9 GHz 频谱的争论和实施表明了围绕官僚机构繁文缛节的低效率。除此之外，官僚机构的缓慢速度影响了对该项目的问责制，这源于 FCC 在 2020 年关于该频谱用途的决定。就适应性而言，该频谱无法适应技术的改变，并抑制了私营公司的创新，阻碍了我们全面实施智能交通系统的努力。为了让智能交通系统真正有效，我们必须考虑如何克服行政障碍并支持该行业内的新的技术发展。

讨论问题

1. 5.9 GHz 频谱分配问题始于 1998 年对运输的初始分配，还是始于 2020 年 FCC 决定将该频谱重新分配用于 Wi-Fi 和运输？
2. 对于社会来说，Wi-Fi 分配还是 C-V2X 技术更好？
3. 考虑到政策问题，政府对智能交通系统的出现和频率分配的监管是否过于严格？
4. 是否存在让所有人满意的解决方案？如果没有，谁应该优先？
5. 是否应该强制实施 C-V2X，类似于奥巴马时代强制实施的规定？