基礎設施過去、現在和未來案例集/5.9 GHz頻譜

本案例集是關於 5.9 GHz 頻譜的案例研究，由 James Robles、Tristin McCreight 和 Chelsey Stebbins 完成，作為喬治梅森大學 Schar 政策與政府學院和 Volgenau 工程學院以及 Sid 和 Reva Dewberry 土木、環境和基礎設施工程系的“基礎設施過去、現在和未來：GOVT 490-004（政策與政府合成研討會）/ CEIE 499-003（土木工程專題）2023 年秋季”課程的一部分。在 Jonathan Gifford 教授的指導下完成。

摘要

5.9 GHz 頻譜被視為交通行業創新的下一個重大步驟，特別是在 C-V2X 技術方面，它將允許自動駕駛。然而，該頻譜對於網際網路提供商來說也是可取的，因為它的延遲低且資料傳輸能力高。這兩項競爭的基礎設施計劃正在爭奪對該頻譜的控制權，並且都認為他們的計劃比另一方更重要。2020 年，聯邦通訊委員會（FCC）做出決定，將頻譜的較低 45 兆赫部分（5.850-5.895 GHz）重新分配給非授權使用者和 Wi-Fi 使用。做出這一分配決定的原因是汽車製造商無法有效地部署該頻譜，以及授予更多訪問許可權的潛在經濟效益。較高的 30 兆赫部分（5.895-5.925 GHz）保留用於 C-V2X 部署和提高車輛安全性。

FCC 在重新分配 5.9 GHz 頻譜以最佳化和有效利用該頻段的決定中發揮了重要作用。DOT 透過 C-V2X 支援車輛安全，電信公司支援 Wi-Fi 容量的進步，兩者都認為他們有更好的理由獲得對該頻譜的完全訪問許可權。在 20 多年的時間裡，5.9 GHz 頻譜被分配給使用 C-V2X 的汽車安全行業，但現在這種突然的變化引發了關於汽車安全和擴充套件 Wi-Fi 容量的持續討論。

技術術語

C-V2X 圖

5.9 GHz 頻譜

5.9 GHz 頻譜是一個專用頻寬，範圍為 5.850 - 5.925 GHz。 該頻譜在低延遲和高資料傳輸方面具有潛力。該頻譜對智慧交通中的 C-V2X 機會以及提高 Wi-Fi 速度和可靠性都有利。

DSRC

5.9 GHz 專用短程通訊 (DSRC) 是一種主要用於短距離到中距離的通訊服務。該技術具有低延遲、高可靠性和安全性。DSRC 主要用於道路上的公共安全，透過提醒駕駛員前方的情況或事件。

C-V2X

蜂窩車聯網 (C-V2X) 是一種旨在用於智慧交通系統的系統，它依賴於蜂窩連線與其周圍環境進行通訊。 C-V2X 使用該頻譜是因為它的低延遲和高資料傳輸能力。該系統在 DSRC 系統的基礎上構建，透過新增連線到蜂窩網路的能力來增加其傳輸範圍。

V2X

車聯網 (V2X) 是一種短距離直接通訊系統，連線車輛與車輛、基礎設施和行人基礎設施。V2X 不使用蜂窩網路，這意味著它專注於使用感測器的直接區域。可以識別和與這些交通方面進行通訊的車輛被認為具有 V2X 通訊。

V2I

車路協同 (V2I) 是一種車輛連線到周圍基礎設施（如交通訊號燈或道路標誌）的通訊系統。 V2I 是 DSRC 的最初組成部分 ，並且在此係統中得到了進一步擴充套件。該系統可以在 C-V2X 和 V2X 系統中使用，並且對於兩者成功都起著重要作用。

V2V

車車通訊 (V2V) 是一種專注於車輛之間即時通訊和檢測的通訊系統。V2V 在具有盲點檢測和變道輔助等功能的更現代車輛中佔有更大的比例， 這些功能在很大程度上依賴於車輛之間的短距離通訊。

V2P

車行人通訊 (V2P) 類似於 V2V，因為它能夠識別附近行人並實施安全措施以避免人員傷亡。這些措施對於人行橫道和腳踏車道區域很重要。

V2N

車聯網 (V2N) 是一種使車輛能夠訪問蜂窩網路的技術系統。 汽車 Wi-Fi 就是一個例子。它具有 Wi-Fi 功能，但不使用它與其他系統通訊。V2N 是 C-V2X 的一個關鍵組成部分，因為它允許車輛擁有自己的 Wi-Fi。

參與者

FCC 標識

聯邦通訊委員會

FCC 是頻率分配方式及其管理規則的監管機構。 FCC 考慮瞭如何最好地利用 5.9 GHz 頻段，無論是用於交通還是電信。 FCC 的主要關注點是該頻譜不會過載，同時仍然允許使用者儘可能多地從其分配中獲益。 FCC 被設計為該問題的公正方，但並非不受公司利益和公眾輿論的影響。

美國交通部印章

美國交通部

美國交通部 (DOT) 負責規劃、協調和監管全國範圍內的交通專案。 他們的任務的一部分是透過防止事故和擁堵來使道路更加安全和更容易通行，因為這些事故和擁堵的成本很高。DOT 一直是為交通保留該頻段的堅定倡導者，以期應對新興技術，但當時缺乏在初始分配時充分利用該頻段的能力和政治意願。 聯邦、州和地方各級的 DOT 繼續對保留該頻譜僅用於交通運輸感興趣，以便他們能夠在全國範圍內進一步實施智慧交通系統。

電信公司

由於該頻譜的性質，電信公司希望儘可能多地使用 FCC 允許的頻譜用於 Wi-Fi。該頻譜的質量無疑會提高他們的服務並總體上改善電信。較低頻譜部分的開放預計將使 GDP 增長 230.42 億美元，並促進經濟增長。 電信行業已迅速利用頻譜的較低部分。然而，6G 頻段頻率也正在電信領域發展，並且很可能超越 5.9 GHz 頻段的效益。 這引發了一個問題，即除了 5.9 GHz 頻段之外，可以為非授權使用者開放哪些其他頻率作為替代方案。

汽車公司

汽車公司長期以來一直希望實施新的 C-V2X 技術，但開發時間比預期要長。汽車品牌在其車輛中處於 V2X 技術的不同階段。自動剎車和車道輔助等功能目前已上市。該群體擔心，一旦公司開始實施 C-V2X，5.9 GHz 頻譜的重新分配將使其變得擁擠。此外，汽車製造商與 FCC 意見不一致，因為制約 C-V2X 進一步實施的監管框架很差，因為當前的框架適用於 DSRC，而 DSRC 現在已經過時。 儘管這是一個持續的過程，但汽車公司繼續對頻譜的重新分配表示擔憂。

裝置製造商

Connex2x、高通和 P3 Mobility 等公司目前正在進行利用 C-V2X 的專案。^[11][12][13] 這些公司之所以重要，是因為它們致力於開發和實施可出售給汽車製造商或用於自身利益的新技術。這些公司是技術發展的關鍵，並受到利潤激勵。公司對重新分配的立場因行業而異。無論如何，裝置製造商是智慧交通系統的必要組成部分。

利益群體

各種利益群體也對這個問題有份。美國州際公路與運輸官員協會、汽車創新聯盟和 5G 汽車協會 (5GAA) 等組織倡導新交通系統的進步，其中許多需要 5.9GHz 頻段。美國智慧交通協會是一個倡導安全和可持續交通的利益群體，起訴了 FCC 對頻譜的重新分配。^[14]  儘管該組織在地區法院敗訴，但這表明了政府實體、私人利益和公眾之間持久的鬥爭。

另一方面，像 Wi-Fi Forward 這樣的利益群體也遊說推廣更多未經許可的 Wi-Fi 頻段。他們認為，開放 5.9 頻譜以及未來的頻段，將帶來經濟增長，創造就業機會，並允許行業內進行更多創新。^[15] Wi-Fi Forward 擁有強大的政治力量和影響力，背後有跨國公司的支援。^[16]

時間線

• 1991 年 12 月 18 日 - 國會透過《跨模式地面交通效率法案》。
• 1998 年 6 月 9 日 - 國會透過《交通公平法案》。
• 1999 年 10 月 22 日 - FCC 為基於 DSRC 的交通預留了 5.9GHz 頻譜。
• 2003 年 12 月 17 日 - FCC 建立了更新的監管框架。
• 2014 年 1 月 31 日 - 奧巴馬釋出命令，要求汽車製造商在其車輛中實施 C-V2X 技術。^[17]
• 2014 年 8 月 24 日 - 國家公路交通安全管理局 (NHTSA) 釋出了一份報告，稱需要 37 年才能在所有車輛中完全實施 DSRC。^[8]
• 2017 年 11 月 1 日 - 在汽車製造商遊說後，特朗普放棄了要求汽車製造商在其車輛中實施 C-V2X 的命令。^[18]
• 2018 年 10 月 31 日 - 在與 FCC 和 DOT 的測試中發現，Wi-Fi 可以與 DSRC 共享 5.9 GHz 頻譜。^[8]
• 2019 年 12 月 12 日 - FCC 通過了一項擬議規則制定公告 (NPRM)，以一致的方式平衡了公眾對交通安全和 Wi-Fi 的興趣，提議將 5.9 的底部 45 兆赫分配給 Wi-Fi，將頂部 30 兆赫分配給車輛安全。^[8]
• 2020 年 11 月 18 日 - FCC 將較低的 45 兆赫部分重新分配給非授權使用者，包括 Wi-Fi。
• 2022 年 8 月 12 日 - 美國智慧交通協會訴 FCC 一案判決支援 FCC。這重申了 FCC 將頻譜重新分配給非授權使用者的決定。
• 2023 年 8 月 16 日 - 汽車製造商、裝置製造商和州交通部提交了聯合豁免申請，以便在官方更新框架之前部署 C-V2X 技術。
• 2023 年 4 月 24 日 - FCC 批准了聯合豁免申請。^[19]

案例敘述

連線車輛位置 - 使用 5.9 GHz 的規劃和運營站點

隨著我們的高速公路和道路基礎設施的發展，我們意識到需要找到創新的解決方案來保護公共安全。5.9 GHz 頻譜以其低延遲和高頻寬，證明了其適合高速交通。然而，除了過時的 DSRC 技術之外，美國交通部在智慧交通系統方面幾乎沒有取得任何進展。由於其他頻率變得擁擠，非授權使用者湧現，電信公司將該頻譜視為 Wi-Fi 擴充套件的潛在空間。

在交通運輸行業中限制 C-V2X 部署的障礙很多。其中一個主要問題是技術和政策發展速度不一致。雖然一些汽車製造商已準備好並渴望在其車輛中部署其進步，但 FCC 面臨著行政障礙，限制了進一步的創新。另一個障礙是，對現有基礎設施的任何升級都需要來自地方、州或聯邦政府的某種程度的資金承諾。此外，如果沒有私營部門的投資，包括裝置製造商和汽車製造商，這項技術將無法發揮其全部潛力。有了這些障礙，那些尋求使用頻譜的人在使用該頻段方面遇到了更緩慢和更困難的時間。儘管 FCC 有最終決定權，但各個行動者仍然對目前的重新分配狀況感到沮喪。儘管我們還沒有看到很大的成功，但許多專案正在開發中，可能會改變頻譜使用效力和現狀。

資金和融資

智慧交通系統的實施，特別是涉及 C-V2X 技術的系統，需要來自私人和公共資金的投資。交通部等政府實體從國會獲得撥款，然後將其分配給不同的專案。^[20] 對於 2024 年預算，交通部要求為其高優先順序活動計劃 (HPAP) 提供 8650 萬美元。^[21] 這筆資金用於協助州和地方政府開展 CMV 安全和智慧交通系統。^[21] 這些資金可能有助於推進和升級 5.9 頻譜中使用的現有技術。州交通部在獲取資金的方式上有所不同，但通常依賴於燃油稅和與交通相關的費用，如通行費。^[22] 這導致了穩定但又不一致的資金，這在 COVID-19 大流行期間尤其明顯。來自聯邦、州和地方政府的投資都幫助升級了現有的基礎設施元件，如紅綠燈。

私營公司的資金也為智慧交通系統的發展和 5.9 GHz 頻譜的利用做出了貢獻。雖然這些融資中的大部分都是未公開的，但它們很可能有多種收入來源。例如，高通銷售用於 RSU 和 OBU 的產品。^[13] 其他公司，如 P3 Mobility，仍處於增長階段，很可能擁有貸款或投資流來維持運營。^[12] 汽車製造商的投資對於推動技術進步至關重要，但它們在 C-V2X 通訊系統開發和實施方面的進展不同。

機構安排

目前，FCC 關於交通運輸和 5.9GHz 頻段的規則是基於 DSRC 的，但正在過渡到適用於 C-V2X。由於 DSRC 不能實現我們設想的自動駕駛汽車未來，因此這些監管框架必須具有可塑性，並儘快更新。在此期間，FCC 向州交通部、汽車製造商和裝置製造商頒發了豁免，以便提前允許他們開始實施 C-V2X。^[19] 現在，任何申請使用 C-V2X 的實體都必須經過 FCC 豁免流程，直到 FCC 決定新的監管框架。

美國聯邦通訊委員會 (FCC) 在制定規則時遵循“通知和評論”規則制定程式。 這意味著，在決定某個問題時，FCC 會向公眾釋出通知，說明他們計劃採用或修改哪些內容，並徵求公眾意見。在收到公眾意見後，FCC 會審查這些意見，然後制定規則。該流程的步驟始於《行政程式法》(APA)，這是該流程的基本要求。接下來是擬議規則制定通知 (NPRM)，其中解釋了為何需要更改規則。這也可能提出該機構在尋找解決方案時應考慮的事項。當 NPRM 釋出時，FCC 會包含他們希望公眾對哪些問題進行評論和提供資料的具體問題。NPRM 釋出指將該檔案釋出到《聯邦公報》中；這使公眾可以透過線上和印刷媒體訪問該檔案。接下來是公眾評論期，該評論期至少持續 30 天，事項越技術性，公眾評論期越長。公眾也可以提供明確的理由來要求延長評論時間。評論的數量因案例而異，有些案例收到數千條評論，而另一些案例則只收到幾條。公眾也可以回覆彼此的評論。接下來是同行評審流程，因此如果主題包含科學或社會科學資訊，則應由相關領域的合格專家進行同行評審。這是為了確保最終結果的質量。在同行評審之後，會進行邏輯增長測試，根據法院裁決，如果最終規則要進行任何更改，則必須是公眾可以合理預期的內容。如果公眾不能合理預期這些更改，FCC 則需要允許更多公眾意見。最後是最終規則釋出，該規則釋出在《聯邦公報》中。

政策問題

20 世紀 90 年代提出的 5.9 GHz 頻段原本打算用於車對車 (V2V) 通訊。該頻段將用於 DSRC，這將有助於在緊急情況下實現“即時安全訊號”。如今，20 多年過去了，DSRC 的需求已經過時且價格昂貴。

1991 年，國會通過了《跨模式地面運輸效率法案》，這意味著美國交通部 (DOT) 必須研究和測試智慧車輛-公路系統。這項研究導致了 DSRC 的開發，DSRC 將有助於實現 V2I 之間的通訊。由於這項研究，DSRC 被視為可以避免美國道路上發生各種車輛事故的一種方式。1998 年，國會通過了《21 世紀運輸公平法案》，這意味著 FCC 將 5.9 GHz 頻段中 75 兆赫茲的頻譜分配用於 DSRC；它將 5850 到 5925 兆赫茲分配為該頻段的一部分。。如今，該頻段與汽車安全幾乎沒有關係，美國交通部已擱置了要求汽車配備 DSRC“無線電系統”的提議。。汽車安全技術已經取得進步，但並不涉及 5.9 GHz 頻段。如果今天實施 DSRC，將非常昂貴。根據美國國家公路交通安全管理局 (NHTSA) 的說法，僅強制要求所有車輛使用 DSRC 的成本每年將達 50 億美元，到 2060 年，總計將達到約 1080 億美元。。

美國使用和擬議的各種 Wi-Fi 頻段。

在奧巴馬政府時期，美國交通部希望強制要求所有新車配備 DSRC 無線電，因為如果並非所有汽車都配備 DSRC，該技術將無法使用，這意味著任何車輛都無法依靠它。最終，在特朗普政府的美國交通部時期，這一決定被逆轉，因為其成本過高、存在延誤且存在不確定性，但美國交通部尚未宣佈關於 DSRC 不會繼續實施的任何資訊。根據美國國家公路交通安全管理局 (NHTSA) 於 2014 年釋出的一份報告，如果要為所有汽車配備該技術，將需要“……37 年才能讓該技術完全普及”。。

如今，20 多年過去了，這一寶貴的頻段被認為對個人通訊至關重要。5.9 GHz 是當前和未來高容量 Wi-Fi 之間的橋樑。2019 年，FCC 全體一致通過了關於 5.9 GHz 頻譜分配的擬議規則制定通知 (NPRM)，其中將較低的 45 兆赫茲分配給 Wi-Fi 頻譜，將較高的 30 兆赫茲分配給汽車安全。FCC 通過了該提議，因為在過去的 20 年裡，DSRC 尚未真正實施，主席承認，“……[這]正在阻礙 [美國] 的無線未來”。。FCC 主席還承認汽車安全對 5.9 GHz 頻譜的需求有多低。FCC 從 2013 年開始研究 5.9 GHz 頻譜的使用，原因是 5 GHz 頻譜的擁塞。2018 年，美國交通部和 FCC 在測試後發現，用於 DSRC 的 5.9 GHz 頻譜可以與 Wi-Fi 共享。FCC 提議將 30 兆赫茲分配給汽車安全的原因是，這是全球其他地方（如歐盟）的標準。

如今，20 多年過去了，這一寶貴的頻段被認為對個人通訊至關重要。5.9 GHz 是當前和未來高容量 Wi-Fi 之間的橋樑。2019 年，FCC 全體一致通過了關於 5.9 GHz 頻譜分配的擬議規則制定通知 (NPRM)，其中將較低的 45 兆赫茲分配給 Wi-Fi 頻譜，將較高的 30 兆赫茲分配給汽車安全。FCC 通過了該提議，因為在過去的 20 年裡，DSRC 尚未真正實施，主席承認，“……[這]正在阻礙 [美國] 的無線未來”。。FCC 主席還承認汽車安全對 5.9 GHz 頻譜的需求有多低。FCC 從 2013 年開始研究 5.9 GHz 頻譜的使用，原因是 5 GHz 頻譜的擁塞。2018 年，美國交通部和 FCC 在測試後發現，用於 DSRC 的 5.9 GHz 頻譜可以與 Wi-Fi 共享。FCC 提議將 30 兆赫茲分配給汽車安全，原因是這是全球其他地方（如歐盟）的標準。

經驗教訓

5.9 GHz 頻譜問題直到最近才成為問題，因為 Wi-Fi 分配到了曾經只屬於 C-V2X 的領域。FCC 將較低的 45 兆赫茲專門用於 Wi-Fi 的決定對更好服務的進步和發展非常有利，同時還保留了較高的 30 兆赫茲用於 C-V2X 的發展和改進。雙方都認為，完全訪問 5.9 GHz 頻譜的全部範圍對於最大限度地發揮潛力至關重要，同時也要保持頻譜流量低且可控。這項決定的結果以及分配的有效性將在幾年後顯現。C-V2X 將繼續開發和實施，但其原本擁有的空間減少了一半。另一方面，Wi-Fi 在 5.9 GHz 頻譜中獲得的新空間是一個急需的擴充套件，將成為下一代 Wi-Fi 的基石。

總的來說，持續了 20 多年的關於 5.9 GHz 頻譜的爭論和實施表明了圍繞官僚機構繁文縟節的低效率。除此之外，官僚機構的緩慢速度影響了對該專案的問責制，這源於 FCC 在 2020 年關於該頻譜用途的決定。就適應性而言，該頻譜無法適應技術的改變，並抑制了私營公司的創新，阻礙了我們全面實施智慧交通系統的努力。為了讓智慧交通系統真正有效，我們必須考慮如何克服行政障礙並支援該行業內的新的技術發展。

討論問題

1. 5.9 GHz 頻譜分配問題始於 1998 年對運輸的初始分配，還是始於 2020 年 FCC 決定將該頻譜重新分配用於 Wi-Fi 和運輸？
2. 對於社會來說，Wi-Fi 分配還是 C-V2X 技術更好？
3. 考慮到政策問題，政府對智慧交通系統的出現和頻率分配的監管是否過於嚴格？
4. 是否存在讓所有人滿意的解決方案？如果沒有，誰應該優先？
5. 是否應該強制實施 C-V2X，類似於奧巴馬時代強制實施的規定？