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5G技术下的智能交通的梦想和现实 2018/10/25

物联网、无人驾驶、VR等新兴业务的出现,正在催生出强大的5G需求。为满足新型业务的需求,各国纷纷将5G提升到国家战略高度,加快5G研发和布局。例如,在我国,北京、上海、杭州等几十个城市已获准成为5G试点城市。

5G具有显著技术优势

5G是指符合IMT-2020要求和3GPP R15/R16标准的无线系统。5G的发展和推行是为了满足现在的“IoE”趋势。IoE全称为“Internet of Everything”,也就是万物互联。世界上各种设备通过高速网络互联以达成高效协同工作是IoE的理想状态。

作为第五代移动通信技术,5G具备超高速率、超低时延、超高密度三大性能,其应用场景包括人工智能、自动驾驶、交通控制等。从其超低时延性能来看,开车的时候,人从发现情况到脚踩刹车,反应时间一般是0.4秒,也就是400毫秒。而5G只要1毫秒就可以做出反应。

具体而言,5G技术具有以下特性。

第一,网速快、延迟低。相比于4G,5G的数据吞吐量更高,延迟更低,移动性更强。关于5G的理论速率,各家公司对外宣传的都不一样。有的说为1Gbit/s(125MB/s)的,有的称可达10Gbit/s(1250MB/s)的,还有的声称可达20Gbit/s(2500MB/s)。

根据OpenSignal 2018年2月发布的报告,现阶段全球4G网速平均值为16.9Mbit/s(2.11MB/s),4G网速最快的国家有着45Mbit/s(5.625MB/s)左右的平均速率。所以不管5G最终是1Gbit/s还是20Gbit/s,都要比现在的4G快得多。在延迟方面,5G的理论数值为1ms,几乎相当于没有。


第二,高连接密度下的稳定性。5G能够在城市中心、大型办公楼商业区、早晚高峰地铁和节日高峰旅游景点等联网设备数量多的区域保持稳定性。这样每台设备都能同时同地顺畅使用低延迟的高速网络。


第三,频段更高。为了达到如此高的速率,5G网络将使用频率更高的无线电频段。目前4G频段处在0.8GHz~3GHz,其中绝大多数都是2.5GHz以下。而5G将会使用更高的频段,2.5GHz~100GHz都是5G的潜在频段区间。


4G无法很好满足行业需求

由于上述技术特性,未来的移动网络将更加给力。移动端高清流媒体服务的兴起是消费者需要5G速率的主要原因。具有高分辨率(4K)或HDR的视频、具备AR(增强现实)和VR(虚拟现实)技术的视频和码率高的音乐都属于高清流媒体。其中超高清视频和AR/VR视频的数据吞吐量都高得惊人,5G让这种规格的视频直播成为了可能。

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5G的先进技术特性也将使得无人驾驶更为安全。目前的机器远没有人类聪明,不具备人类随机应变的能力,所以无人驾驶汽车需要额外的通信辅助才能安全地在道路上行驶。在理想状况下,路上所有车辆、路标、信号灯和行人之间都会有流畅、不停歇的通信交流。这样所有交通参与者就能最大程度地了解实时路况,弥补无人驾驶汽车随机应变能力差的缺陷。

由于车辆行驶速度快,路况瞬息万变,交通参与者之间的交流必须有超低延迟和超快反应速度,这时5G网络就派上了用场。

用5G联网以后,自动驾驶的车辆可以交叉通过十字路口。因为车与车之间是联网的,5G的超高速率、超低时延、超高密度可以使自动驾驶得到更好体验。如果上述设想成为现实,那么道路利用率会大大提高,有可能交通规则也要重写了。

无论是看视频、移动支付,还是其他各种应用,4G网络都已经能够很好地支撑了,为什么还需要5G呢?我认为这里至少有三个理由。

第一,大数据发展的需要。从3G以后,手机流量就一直爆炸性地增长。统计显示,2G时候,平均每人每月的流量大概是30MB;到了3G,每人每月的平均流量变成了300MB,增加了10倍;到了4G以后,平均每人每月的流量是3GB左右,又大约增加了10倍。据专家统计,如果放开使用,目前每人每月至少需要20GB的流量,现在的4G网络显然无法承受,速度会变得很慢,所以从大数据的角度来讲,我们需要5G。


第二,物联网迫切需要5G。如果每人一部手机,全球70多亿手机已经饱和了,但是如果连接到物的话,就不一样了,可能每人10个、100个,甚至1000个连接,现有的网络是无法承受的。


第三,人工智能需要5G。人工智能是用科学技术来模仿、延伸、扩大人的智能,如果把计算机当作大脑,移动通信系统就是一个神经系统,而人工智能对神经系统提出了非常高的要求。以自动翻译为例,现在出国不会说英文也没问题,可以下载一个翻译软件,说一句中文软件就会自动翻译成英文,在翻译上把这种方式叫做交传,就是一句中文一句英文,交替地来翻译。但是我们有时候在谈判、开会的时候,需要的是同传,也就是讲话的所有内容马上就可以连贯地翻译出来,现在4G的速率、时延很难做到,但5G足够支持实现自动翻译的同传系统。

5G的标准化已经进入到了最后阶段,工业和信息化部组织的5G技术试验,也进入到了第三阶段,并且已经进入尾声,预计到2020年5G就会投入商业运营。现在,我们需要的是尽快地让5G变为现实,在更大程度上提升网络能力,有利地促进数字经济的发展。

5G技术下的智能交通

对于智能交通、智慧城市来说,5G技术的发展意义重大。在智能交通建设领域,5G技术的主要功能是解决交通拥堵问题,为出行者提供全面、优质的信息服务。在5G技术发展的过程中,网络维度与宽度不断扩展,容纳的信息越来越多。在此形势下,智能驾驶对网络的容量、可靠性、时延均提出了更高的要求。

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随着5G网络与人工智能逐渐融入智能交通系统,交通系统的安全性、可靠性、效率不断增强。借助新一代通信网络与数据处理能力,整个智能交通系统的运行效率不断提升,能量损耗持续下降,整个运输过程变得更安全、更便捷。

车联网的构建、无人安全驾驶的实现离不开5G技术。无人驾驶汽车与车联网的通信需要以互联网为媒介,需要互联网将汽车导航信息、位置信息、各传感器数据上传到云端或者车辆终端,仅凭LTE-V2X和DSRC等通信技术,这一过程无法实现,需要5G技术不断拓展网络宽度,降低网络延时。

与当前的车联网通信技术相比较,5G系统的关键能力指标有了大幅提升,比如5G网络传输时延可达毫秒级,为行车安全提供了强有力的保障;5G网络峰值速率可达10~20Gbit/s,可满足车联网环境下人与交通基础设施之间的实时通信需求。

2017年9月,为推动车联网实现创新发展,增进部门协同,实现“制造强国”建设目标,国家制造强国建设领导小组车联网产业发展专项委员会第一次会议在北京正式召开,会议提出在新一代信息技术与传统产业融合的背景下,我国要紧抓机遇,推动车联网、汽车产业实现创新发展,推动自动驾驶技术实现创新应用,提高交通运行效率,节省各类资源,实现节能减排,减少环境污染,减少交通事故的发生,促使生产力得以进一步解放。这些措施不仅有利于制造强国战略的推进落实,还有利于推进供给侧结构性改革、实现制造强国或网络强国建设目标、培育新的经济增长点。

车联网的发展不仅需要汽车、信息通信等行业实现创新发展,还需要交通运输、车辆管理等领域实现数字化改革,各行业、各领域进行充分协作。现如今,通过各方努力,在车联网关键技术方面,我国已取得了重大突破,已基本建成测试示范区和融合创新生态体系。

根据工信部的规划,到2020年,我国将正式开始5G商用网络的部署。5G商用网络与4G、3G不同,它用一种新技术对不同的频谱、频道、服务做了融合。能实现车辆高效率调度、信息共享的智能交通系统的运行需要建立网络连接,而当前的网络系统无法满足大数据的实时传输需求,5G网络商用,也是智能交通和车联网发展的诉求所在。


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