智慧交通的未來：基于5G技術(shù)的車聯(lián)網(wǎng)

周麗芬

摘 要：進入新世紀，我國的汽車工業(yè)也取得了長足發(fā)展，小轎車已經(jīng)走進了千家萬戶。但這也給每個城市的交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)帶來了不小的壓力。交通擁堵是困擾著當下每個城市的城市頑疾?，F(xiàn)代科技高速發(fā)展，日新月異，大數(shù)據(jù)、人工智能、5G都為解決這一城市頑疾提供了技術(shù)可能。根據(jù)工信部給出的時間表，2019年將進入5G預商用階段，2020年將正式商用。通過移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的緊密結(jié)合，未來城市的智慧交通體系將成為現(xiàn)實。

關(guān)鍵詞：5G;智能交通;車聯(lián)網(wǎng)

在現(xiàn)代社會，一個城市的幸福指數(shù)，不在于GDP有多高，而在于人們感知幸福的能力有多強，城市交通是否便捷安全已經(jīng)成為人們在一個城市居住工作是否幸福的一項重要指標。

百年前，人們通過發(fā)明交通信號燈來對地面交通進行控制，有效緩解了交通擁擠的想象。這一控制方法在日益增長的交通出行壓力面前，日漸老態(tài)，已經(jīng)無法解決當下突出的新型交通出行矛盾。現(xiàn)代科技高速發(fā)展，日新月異，大數(shù)據(jù)、人工智能、5G技術(shù)層出不窮，未來的城市交通將以實現(xiàn)人、車、路全面聯(lián)網(wǎng)與智能管理為目標，使得城市交通從“管理誘導”到“自主誘導”的歷史性轉(zhuǎn)變成為可能。智慧交通的時代已經(jīng)向我們走來。

1 智慧交通系統(tǒng)概念的發(fā)展

智慧交通概念在智慧城市的基礎(chǔ)上提出的新概念。智慧交通系統(tǒng)（Intelligent Transportation System，簡稱ITS），是建立在移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)基礎(chǔ)之上，綜合運用AI、系統(tǒng)方法、交通科學等理論與工具，使得車、路、人三者相互協(xié)同，從而建立起來的具有全面感知、主動服務(wù)等特性的實時動態(tài)交通運輸信息服務(wù)體系。對于當下各大城市擁堵的情況，智慧交通將有助于改變?nèi)藗兊某鲂蟹绞剑嵘煌ㄐ腋Ｖ笖?shù)，為打造一個低碳社會提供現(xiàn)實可能。鐵路、公路、民航、水運都可以組建成為一個智慧交通網(wǎng)絡(luò)。在這個智慧交通網(wǎng)絡(luò)中，由每個人的手機APP、車輛上的 GPS 及路口交通監(jiān)控攝像頭通過無線射頻識別， 5G 通信技術(shù)按一定文本協(xié)議快速地進行數(shù)據(jù)傳輸、信息交換，通過大數(shù)據(jù)技術(shù)挖掘分析出對交通改善有幫助的數(shù)據(jù)，解決一些原先交通控制時代受制于技術(shù)無法解決的問題，為廣大出行者提供更加優(yōu)質(zhì)的出行服務(wù)。

2 5G關(guān)鍵技術(shù)介紹

2.1 5G通信技術(shù)及發(fā)展情況

從20世紀80年代以來，全球無線通信以每10年一個周期的進度經(jīng)歷了從1G-4G的變遷。 1984年，基于模擬蜂窩技術(shù)的1G無線通信出現(xiàn)。1990年開始，2G主流技術(shù)標準 GSM 和CDMA One相繼發(fā)布，全球進入數(shù)字通信時代;2000年，國際電信聯(lián)盟（ITU）將WCDMA、 CDMA2000、TD-SCDMA以及Wi-MAX確定為3G的四大主流無線接口標準;2010 年，TDD-LTE和FDD-LTE兩種制式下的4G技術(shù)開始成熟并商用。

5G，即“第五代移動通信技術(shù)標準”。由“第三代合作伙伴計劃組織”（3rd Generation Partnership Project，簡稱為3GPP）負責制定的。3GPP是一個標準化機構(gòu)。目前其成員包括中國、歐洲、日本、韓國和北美的相關(guān)行業(yè)機構(gòu)。與4G相比，5G網(wǎng)速能達到每秒15Gb。這意味著，可以秒下高清電影，在線游戲、實時高清視頻和遠程交互等都不是夢。同時，5G網(wǎng)絡(luò)具有速率極高（eMBB）、容量極大（mMTC）和時延極低（URLLC）三個特征。比如10Gbps的峰值數(shù)據(jù)速率、1ms空口傳輸時延、比4G提高3-5倍的頻譜效率和每平方公里千兆的連接密度以及100倍的功效提升等。許多之前想做而因為條件限制無法達成的科技得到廣泛的應(yīng)用，如：智慧城市、增強現(xiàn)實、虛擬現(xiàn)實、物聯(lián)網(wǎng)、智能家居、無人機等。5G將給人們的生活帶來更多的便利和樂趣。

2.2 5G關(guān)鍵技術(shù)

5G的好處體現(xiàn)在它有三大應(yīng)用場景：增強型移動寬帶、超可靠低時延和海量機器類通信。也就是說5G可以給用戶帶來更高的帶寬速率、更低更可靠的時延和更大容量的網(wǎng)絡(luò)連接?？梢韵胂?，到2020年，5G將為用戶提供光纖般的接入速率，“零”時延使用體驗，千億設(shè)備的連接能力、超高流量密度、超高連接數(shù)密度和超高移動性等多場景的一致服務(wù)，實現(xiàn)“信息隨心至 萬物觸手及”的愿景。

“Gbps用戶體驗速率”的標志性能力屬于目標，而關(guān)鍵技術(shù)就是用來達成目標的手段。大規(guī)模天線陣列是提升系統(tǒng)頻譜效率的最重要技術(shù)手段之一，對滿足5G系統(tǒng)容量和速率需求將起到重要的支撐作用;超密集組網(wǎng)通過增加基站部署密度，可實現(xiàn)百倍量級的容量提升，是滿足5G千倍容量增長需求的最主要手段之一;新波形和多址技術(shù)通過發(fā)送特定信號的疊加傳輸來提升系統(tǒng)的接入能力，可有效支撐5G網(wǎng)絡(luò)千億設(shè)備連接需求;全頻譜接入技術(shù)通過有效利用各類頻譜資源，可有效緩解5G網(wǎng)絡(luò)對頻譜資源的巨大需求;新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基于SDN、NFV和云計算等先進技術(shù)可實現(xiàn)以用戶為中心的更靈活、智能、高效和開放的5G新型網(wǎng)絡(luò)。[1]

增加帶寬是關(guān)鍵，由此而產(chǎn)生的毫米波、微基站、大規(guī)模MIMO、波束賦型等都是順理成章的技術(shù)趨勢。只要把基站做得足夠小，其服務(wù)范圍變窄了，單個用戶獲得的資源就能足夠大，速度就可以提高到足夠快。所以說，5G的任何一項關(guān)鍵技術(shù)都不會有革命性的突破，其上千倍綜合能力的提升，更多地是來自移動網(wǎng)絡(luò)的重新布局。[2]

3 5G改造智慧交通

其實早在3G/4G普及的過程中，就有人嘗試將移動通信技術(shù)與出行服務(wù)結(jié)合起來，探索智能交通系統(tǒng)的可能性，但3G/4G數(shù)據(jù)傳輸速率的上限和時延的存在卻限制了智能交通的進一步發(fā)展。近日消息報道稱中國首個5G智慧高速公路項目落地湖北，目前正在規(guī)劃選擇湖北省境內(nèi)高速路段進行前期的5G基站選址建設(shè)，同步進行智能收費測試。同時，5G智慧高速無人駕駛也進入了申請測試階段。這些都為接下來的智慧交通提供無限的想象空間。

3.1 從汽車本體操作來看

首先，從汽車本體來看，以自動緊急剎車功能為例，在成熟的4G環(huán)境中，數(shù)據(jù)傳送的時延已經(jīng)可以小于20ms，但是當車速達到120km/h的時候，前后車動作只有15ms的時差，在需要響應(yīng)的時候，車輛經(jīng)過環(huán)境監(jiān)測、傳輸數(shù)據(jù)、計算數(shù)據(jù)等環(huán)節(jié)后，時延已經(jīng)遠遠超過15ms，這顯然是不夠安全的。而5G通訊有大于10Gbps的數(shù)據(jù)傳輸速率和小于1ms的時延，伴隨著5G技術(shù)的推廣開來，3G/4G時代遇到的難題將迎刃而解。

3.2 從道路路況運營管理來看

其次，在道路路況運營管理過程中，智慧交通一方面通過道路沿線的傳感器、攝像頭等設(shè)備記錄整條道路沿線的交通信息，并將其傳回監(jiān)控運營中心進行分析調(diào)控。另一方面又通過調(diào)整紅綠燈等指示信息實現(xiàn)對行車速度的的管控，并且通過引導用戶調(diào)整合適的行車路線而避開堵車點，有效疏解交通擁堵問題。這一過程中數(shù)據(jù)上傳下傳都少不了通訊技術(shù)的配合，而5G技術(shù)的推廣將為監(jiān)控視頻以及信息的傳輸再度提升效率，有效的管理道路干線運營。

通過攝像頭和傳感器的協(xié)助，智慧交通將實現(xiàn)了將人工操作下無法被感知到的車輛信息、實時路況、以及安全隱患等信息都能夠被監(jiān)測到。而且基于5G高速率、低延時等特性，當行車系統(tǒng)在車輛以及路況環(huán)境發(fā)生變化時，在數(shù)據(jù)傳輸和分析、指令下發(fā)、啟動執(zhí)行等一系列操作過程中也能做出迅速響應(yīng)，進而避免發(fā)生嚴重的擁堵、事故等問題，而且也充分提升了人們的出行體驗。

4 智慧交通的車聯(lián)網(wǎng)

智慧交通的本質(zhì)是通過將實時道路、車輛本體以及車輛周邊環(huán)境等信息通過移動通訊的技術(shù)實時回傳至控制決策中心，迅速的做出決策并反饋之后做出結(jié)果調(diào)整。在這一過程中，接入汽車以及相關(guān)路況監(jiān)控設(shè)備就共同組成了物理硬件層面的車聯(lián)網(wǎng)概念。

理論上，不聯(lián)網(wǎng)的單輛汽車也可以通過傳感器、攝像頭以及信息決策系統(tǒng)實現(xiàn)自動化運行，達到狹義的智能出行目的。但是單輛車本身也有很大的局限性，在晚上、雨雪天等惡劣天氣下，在交叉路口、拐彎處等場景，雷達、攝像頭看不見、看不清、看不準。而多車連接組成的車聯(lián)網(wǎng)卻因為擁有多車信息共享的能力而拓寬了信息獲取的能力，在這一基礎(chǔ)之上，自動駕駛等需要更多更廣信息決策的領(lǐng)域便首先具備了實現(xiàn)的可能性。

根據(jù)中國汽車工程學會的預計， 2020年、2025年、2030年我國銷售新車聯(lián)網(wǎng)比率將分別達到50%、80%、100%（2016年僅30%左右），據(jù)此預計聯(lián)網(wǎng)汽車銷售規(guī)模將分別達到1500萬輛、2800萬輛、3800萬輛，總市場規(guī)模將超萬億，從車聯(lián)網(wǎng)進化到自動駕駛領(lǐng)域市場空間巨大。

在從單輛車過度到車聯(lián)網(wǎng)再到自動駕駛的過程中，實現(xiàn)車聯(lián)信息互傳并且共享的通訊技術(shù)是其中最為重要的基礎(chǔ)性支撐。在5G時代，5G技術(shù)內(nèi)部針對車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)而研制的C-V2X、5G-V2X技術(shù)的發(fā)展在推動現(xiàn)有車聯(lián)網(wǎng)的廣度以及寬度上都打下了堅實的基礎(chǔ)。

C-V2X指從LTE-V2X到5G-V2X的平滑演進。在性能上，C-V2X基于強大的3GPP生態(tài)系統(tǒng)和連續(xù)完善的蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋，可大幅降低未來自動駕駛和車聯(lián)網(wǎng)部署成本，被認為是自動駕駛的關(guān)鍵推動因素之一。

同時，作為唯一一個遵循全球3GPP標準且獲得廣泛的全球汽車生態(tài)系統(tǒng)支持的V2X技術(shù)，必將伴隨著2020年5G商用步伐的推展開來。C-V2X以及5G-V2X技術(shù)的發(fā)展將向前向后為汽車聯(lián)網(wǎng)以及交通出行全面邁入5G時代奠定基礎(chǔ)。

5 結(jié)語

目前，全球能夠涉足5G產(chǎn)業(yè)爭奪的企業(yè)也就以中國華為、中興以及美國高通、愛立信、諾基亞等為代表的少數(shù)幾家機構(gòu)為主。此前，俄羅斯軍事專家伊里亞·普列漢諾夫曾表態(tài)愛立信以及諾基亞兩家機構(gòu)在設(shè)備質(zhì)量方面不能與華為競爭，有可能落后一年半的時間。而從更早之前傳出的美國第一大電信運營商AT&T假5G風聞情況來看，美國5G技術(shù)未必有那么突出的事實仿佛也不無道理。

從推動經(jīng)濟發(fā)展的角度來看，5G或?qū)⒛軌虺蔀楦淖兪澜缃?jīng)濟格局的重要變量，打破中美之間的實力平衡，如果那一天真的到來，中國智慧交通產(chǎn)業(yè)的發(fā)展經(jīng)驗將贏得走向全球市場的空前機遇。5G之下，從車聯(lián)網(wǎng)到自動駕駛，這一即將迎來變化的萬億級市場未來可期。

參考文獻：

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