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5G技術下的智能交通的夢想和現實

時間:2020-06-20 16:12:51 來源:

物聯網、無人駕駛、VR等新興業務的出現,正在催生出強大的5G需求。為滿足新型業務的需求,各國紛紛將5G提升到國家戰略高度,加快5G研發和布局。例如,在我國,北京、上海、杭州等幾十個城市已獲準成為5G試點城市。

 

5G具有顯著技術優勢

 

5G是指符合IMT-2020要求和3GPP R15/R16標準的無線系統。5G的發展和推行是為了滿足現在的“IoE”趨勢。IoE全稱為“Internet of Everything”,也就是萬物互聯。世界上各種設備通過高速網絡互聯以達成高效協同工作是IoE的理想狀態。

作為第五代移動通信技術,5G具備超高速率、超低時延、超高密度三大性能,其應用場景包括人工智能、自動駕駛、交通控制等。從其超低時延性能來看,開車的時候,人從發現情況到腳踩剎車,反應時間一般是0.4秒,也就是400毫秒。而5G只要1毫秒就可以做出反應。

具體而言,5G技術具有以下特性。

第一,網速快、延遲低。相比于4G,5G的數據吞吐量更高,延遲更低,移動性更強。關于5G的理論速率,各家公司對外宣傳的都不一樣。有的說為1Gbit/s(125MB/s)的,有的稱可達10Gbit/s(1250MB/s)的,還有的聲稱可達20Gbit/s(2500MB/s)。

根據OpenSignal 2018年2月發布的報告,現階段全球4G網速平均值為16.9Mbit/s(2.11MB/s),4G網速最快的國家有著45Mbit/s(5.625MB/s)左右的平均速率。所以不管5G最終是1Gbit/s還是20Gbit/s,都要比現在的4G快得多。在延遲方面,5G的理論數值為1ms,幾乎相當于沒有。

 

第二,高連接密度下的穩定性。5G能夠在城市中心、大型辦公樓商業區、早晚高峰地鐵和節日高峰旅游景點等聯網設備數量多的區域保持穩定性。這樣每臺設備都能同時同地順暢使用低延遲的高速網絡。

第三,頻段更高。為了達到如此高的速率,5G網絡將使用頻率更高的無線電頻段。目前4G頻段處在0.8GHz~3GHz,其中絕大多數都是2.5GHz以下。而5G將會使用更高的頻段,2.5GHz~100GHz都是5G的潛在頻段區間。

4G無法很好滿足行業需求

 

由于上述技術特性,未來的移動網絡將更加給力。移動端高清流媒體服務的興起是消費者需要5G速率的主要原因。具有高分辨率(4K)或HDR的視頻、具備AR(增強現實)和VR(虛擬現實)技術的視頻和碼率高的音樂都屬于高清流媒體。其中超高清視頻和AR/VR視頻的數據吞吐量都高得驚人,5G讓這種規格的視頻直播成為了可能。

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5G的先進技術特性也將使得無人駕駛更為安全。目前的機器遠沒有人類聰明,不具備人類隨機應變的能力,所以無人駕駛汽車需要額外的通信輔助才能安全地在道路上行駛。在理想狀況下,路上所有車輛、路標、信號燈和行人之間都會有流暢、不停歇的通信交流。這樣所有交通參與者就能最大程度地了解實時路況,彌補無人駕駛汽車隨機應變能力差的缺陷。

由于車輛行駛速度快,路況瞬息萬變,交通參與者之間的交流必須有超低延遲和超快反應速度,這時5G網絡就派上了用場。

用5G聯網以后,自動駕駛的車輛可以交叉通過十字路口。因為車與車之間是聯網的,5G的超高速率、超低時延、超高密度可以使自動駕駛得到更好體驗。如果上述設想成為現實,那么道路利用率會大大提高,有可能交通規則也要重寫了。

無論是看視頻、移動支付,還是其他各種應用,4G網絡都已經能夠很好地支撐了,為什么還需要5G呢?我認為這里至少有三個理由。

 

第一,大數據發展的需要。從3G以后,手機流量就一直爆炸性地增長。統計顯示,2G時候,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變成了300MB,增加了10倍;到了4G以后,平均每人每月的流量是3GB左右,又大約增加了10倍。據專家統計,如果放開使用,目前每人每月至少需要20GB的流量,現在的4G網絡顯然無法承受,速度會變得很慢,所以從大數據的角度來講,我們需要5G。

 

第二,物聯網迫切需要5G。如果每人一部手機,全球70多億手機已經飽和了,但是如果連接到物的話,就不一樣了,可能每人10個、100個,甚至1000個連接,現有的網絡是無法承受的。

 

第三,人工智能需要5G。人工智能是用科學技術來模仿、延伸、擴大人的智能,如果把計算機當作大腦,移動通信系統就是一個神經系統,而人工智能對神經系統提出了非常高的要求。以自動翻譯為例,現在出國不會說英文也沒問題,可以下載一個翻譯軟件,說一句中文軟件就會自動翻譯成英文,在翻譯上把這種方式叫做交傳,就是一句中文一句英文,交替地來翻譯。但是我們有時候在談判、開會的時候,需要的是同傳,也就是講話的所有內容馬上就可以連貫地翻譯出來,現在4G的速率、時延很難做到,但5G足夠支持實現自動翻譯的同傳系統。

 

5G的標準化已經進入到了最后階段,工業和信息化部組織的5G技術試驗,也進入到了第三階段,并且已經進入尾聲,預計到2020年5G就會投入商業運營。現在,我們需要的是盡快地讓5G變為現實,在更大程度上提升網絡能力,有利地促進數字經濟的發展。

 

5G技術下的智能交通

 

對于智能交通、智慧城市來說,5G技術的發展意義重大。在智能交通建設領域,5G技術的主要功能是解決交通擁堵問題,為出行者提供全面、優質的信息服務。在5G技術發展的過程中,網絡維度與寬度不斷擴展,容納的信息越來越多。在此形勢下,智能駕駛對網絡的容量、可靠性、時延均提出了更高的要求。

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隨著5G網絡與人工智能逐漸融入智能交通系統,交通系統的安全性、可靠性、效率不斷增強。借助新一代通信網絡與數據處理能力,整個智能交通系統的運行效率不斷提升,能量損耗持續下降,整個運輸過程變得更安全、更便捷。

車聯網的構建、無人安全駕駛的實現離不開5G技術。無人駕駛汽車與車聯網的通信需要以互聯網為媒介,需要互聯網將汽車導航信息、位置信息、各傳感器數據上傳到云端或者車輛終端,僅憑LTE-V2X和DSRC等通信技術,這一過程無法實現,需要5G技術不斷拓展網絡寬度,降低網絡延時。

與當前的車聯網通信技術相比較,5G系統的關鍵能力指標有了大幅提升,比如5G網絡傳輸時延可達毫秒級,為行車安全提供了強有力的保障;5G網絡峰值速率可達10~20Gbit/s,可滿足車聯網環境下人與交通基礎設施之間的實時通信需求。

2017年9月,為推動車聯網實現創新發展,增進部門協同,實現“制造強國”建設目標,國家制造強國建設領導小組車聯網產業發展專項委員會第一次會議在北京正式召開,會議提出在新一代信息技術與傳統產業融合的背景下,我國要緊抓機遇,推動車聯網、汽車產業實現創新發展,推動自動駕駛技術實現創新應用,提高交通運行效率,節省各類資源,實現節能減排,減少環境污染,減少交通事故的發生,促使生產力得以進一步解放。這些措施不僅有利于制造強國戰略的推進落實,還有利于推進供給側結構性改革、實現制造強國或網絡強國建設目標、培育新的經濟增長點。

車聯網的發展不僅需要汽車、信息通信等行業實現創新發展,還需要交通運輸、車輛管理等領域實現數字化改革,各行業、各領域進行充分協作。現如今,通過各方努力,在車聯網關鍵技術方面,我國已取得了重大突破,已基本建成測試示范區和融合創新生態體系。

根據工信部的規劃,到2020年,我國將正式開始5G商用網絡的部署。5G商用網絡與4G、3G不同,它用一種新技術對不同的頻譜、頻道、服務做了融合。能實現車輛高效率調度、信息共享的智能交通系統的運行需要建立網絡連接,而當前的網絡系統無法滿足大數據的實時傳輸需求,5G網絡商用,也是智能交通和車聯網發展的訴求所在。