關(guān)于5G移動(dòng)通信技術(shù)在智慧交通中的應(yīng)用研究

摘要：隨著通信技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)階段，對(duì)5G移動(dòng)通信技術(shù)的研究、開發(fā)和建設(shè)已逐漸增強(qiáng)，5G移動(dòng)通信技術(shù)已開始在各個(gè)領(lǐng)域中進(jìn)行廣泛應(yīng)用，并取得了比較顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。本文介紹了5G移動(dòng)通信技術(shù)的概念和三大類應(yīng)用場(chǎng)景，并重點(diǎn)介紹了5G移動(dòng)通信技術(shù)在智慧交通中的應(yīng)用和對(duì)在應(yīng)用過程中遇到的通用性問題的解決辦法及在智慧交通車路協(xié)調(diào)系統(tǒng)中使用到的關(guān)鍵設(shè)施設(shè)備，希望為其他研究人員在進(jìn)行5G移動(dòng)通信技術(shù)應(yīng)用研究時(shí)提供指導(dǎo)和參考。

關(guān)鍵字：5G移動(dòng)通信技術(shù)；物聯(lián)網(wǎng)卡；智慧交通

一、引言

近年來，隨著我國(guó)的移動(dòng)通信技術(shù)高速發(fā)展，用戶對(duì)移動(dòng)通信的要求越來越高，信息傳遞的速度隨著技術(shù)的不斷發(fā)展也越來越快。目前的4G移動(dòng)通信技術(shù)已無法滿足更高速率和更低時(shí)延的需求，5G移動(dòng)通信技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，為解決智慧交通領(lǐng)域中面臨的諸多問題提供了良好的網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)。目前，我國(guó)非常重視5G建設(shè)，因5G建設(shè)是實(shí)現(xiàn)建設(shè)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)的基礎(chǔ)設(shè)施，故早在2018年，國(guó)家就將5G建設(shè)納入新基建的范圍。在此背景下，5G移動(dòng)通信技術(shù)與智慧交通中的車路協(xié)同系統(tǒng)緊密地融合在一起，可為出行者及時(shí)提供交通狀態(tài)，合理地選擇行車路線，從而有效預(yù)防和緩解交通擁堵、實(shí)現(xiàn)交通流的均衡分配，提高通行效率。

二、5G移動(dòng)通信技術(shù)的概念

5G是第五代移動(dòng)通信技術(shù)的簡(jiǎn)稱，具有高速率、低時(shí)延和廣連接的特點(diǎn)，5G通信設(shè)施是實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、物互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。

三、5G移動(dòng)通信技術(shù)的三大類應(yīng)用場(chǎng)景

隨著移動(dòng)通信技術(shù)的不斷發(fā)展，2015年國(guó)際電信聯(lián)盟定義了5G移動(dòng)通信技術(shù)的eMBB、uRLLC、mMTC三大類應(yīng)用場(chǎng)景，具體如下：

eMBB：即增強(qiáng)移動(dòng)寬帶，是利用5G更好的網(wǎng)絡(luò)覆蓋及更高的傳輸速率來為用戶提供更好的上網(wǎng)接入服務(wù)，使得無線上網(wǎng)具有更高的上網(wǎng)速率和更穩(wěn)定的傳輸，大幅提升網(wǎng)速，5G網(wǎng)絡(luò)下行速率可達(dá)20Gbit/s，上行速率可達(dá)10Gbit/s。 可廣泛應(yīng)用于如AR/VR、超高清視頻、云工作、云娛樂等場(chǎng)景。

uRLLC：即低時(shí)延高可靠，5G網(wǎng)絡(luò)連接時(shí)延可達(dá)到1ms，可支持高速移動(dòng)（500km/h）情況下的可靠性（99.999%）連接?？蓮V泛應(yīng)用于如工業(yè)控制系統(tǒng)、交通和運(yùn)輸（如無人駕駛）、智能電網(wǎng)和智能家居的管理、交互式的遠(yuǎn)程醫(yī)療診斷等場(chǎng)景。

mMTC：即海量物聯(lián)網(wǎng)通信，5G網(wǎng)絡(luò)低功耗、大連接和低時(shí)延高可靠的特性很好地適應(yīng)了面向物聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)，5G網(wǎng)絡(luò)滿足100萬/km2連接數(shù)密度指標(biāo)要求?？蓮V泛應(yīng)用于如智慧城市、環(huán)境監(jiān)測(cè)、智慧農(nóng)業(yè)等數(shù)據(jù)采集的場(chǎng)景。

四、5G移動(dòng)通信技術(shù)在智慧交通中的應(yīng)用

智慧交通是對(duì)交通管理、運(yùn)輸、公眾出行等交通領(lǐng)域全方面全過程進(jìn)行管控支撐，使交通系統(tǒng)在區(qū)域時(shí)空范圍內(nèi)具備感知、互聯(lián)、分析、預(yù)測(cè)、控制等能力，以充分保障交通安全、發(fā)揮交通基礎(chǔ)設(shè)施效能、提升交通系統(tǒng)運(yùn)行效率和管理水平，提供通暢的公眾出行和可持續(xù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展服務(wù)的綜合智慧交通運(yùn)輸管理系統(tǒng)。

智慧交通的發(fā)展正由信號(hào)燈控制、電子警察等傳統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容，發(fā)展至基于交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)之上的采集、感知、傳輸、歸集、分析、控管、預(yù)警、評(píng)估、運(yùn)維、管理等更為豐富的車路協(xié)同管理系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用。在該過程中負(fù)責(zé)將路側(cè)和車側(cè)的各種感知和采集設(shè)備的信息快速傳輸至客戶數(shù)據(jù)中心機(jī)房的V2X應(yīng)用平臺(tái)，進(jìn)行歸集、分析、預(yù)警、評(píng)估，并迅速下發(fā)消息和指令給路側(cè)和車側(cè)設(shè)備進(jìn)行相關(guān)處理、控管的通信網(wǎng)絡(luò)變得至關(guān)重要，特別是在智慧交通的車路協(xié)同系統(tǒng)無人駕駛方面，各種信息的安全、大量、迅速、及時(shí)傳輸交互極其重要。目前，車路協(xié)同無人駕駛要求的時(shí)延在10毫秒以內(nèi)，例如我們以100km/h的時(shí)速在路上行駛時(shí)，在發(fā)現(xiàn)前方有障礙物的緊急情況下，需緊急剎車，普通人的反應(yīng)速度是0.4秒，反應(yīng)距離約為11.11米，而在5G網(wǎng)絡(luò)情況下的無人駕駛反應(yīng)速度在10毫秒以內(nèi)，反應(yīng)距離在28厘米以內(nèi)，可見在5G網(wǎng)絡(luò)加持下的車路協(xié)同無人駕駛反應(yīng)更快、更安全。5G移動(dòng)通信技術(shù)的高速率、低時(shí)延和廣連接的特點(diǎn)，不僅可滿足上述信息傳輸交互的要求，而且還可在路側(cè)便捷部署各種前端感知采集和傳輸設(shè)備，可節(jié)省大量的光纖鋪設(shè)和通信管道建設(shè)工作，有效節(jié)省建設(shè)成本和縮短項(xiàng)目工期，并有效降低后期管理運(yùn)維難度。

智慧交通車路協(xié)同系統(tǒng)中路側(cè)和車側(cè)使用到的關(guān)鍵設(shè)施設(shè)備如下：

5G專網(wǎng)，是充分發(fā)揮5G移動(dòng)通信技術(shù)高速率、低時(shí)延和廣連接的特點(diǎn)，建立覆蓋智慧交通車路協(xié)同區(qū)域的5G獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)，可采用“宏站+微站”相結(jié)合建設(shè)方式，根據(jù)覆蓋范圍及信號(hào)強(qiáng)度針對(duì)性布設(shè)微站，對(duì)整個(gè)區(qū)域進(jìn)行無縫覆蓋。在智慧交通車路協(xié)同系統(tǒng)中將部署在路側(cè)桿件上的槍球一體機(jī)、激光雷達(dá)、路面狀況傳感器、氣象監(jiān)測(cè)傳感器及環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器等感知設(shè)備信息，通過在桿件上部署的接入交換機(jī)進(jìn)行匯聚，并接入5G RSU設(shè)備，5G RSU設(shè)備和車側(cè)的5G OBU設(shè)備均通過5G物聯(lián)網(wǎng)卡經(jīng)由Uu口接入就近的5G基站網(wǎng)絡(luò)，在客戶端數(shù)據(jù)中心機(jī)房?jī)?nèi)下沉部署專用的UPF設(shè)備，通過CRAN架構(gòu)下的SPN傳輸設(shè)備與該UPF設(shè)備連通，形成數(shù)據(jù)閉環(huán)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，數(shù)據(jù)信息經(jīng)由專用DNN進(jìn)行業(yè)務(wù)隔離，確保數(shù)據(jù)信息安全，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)不出場(chǎng)的目的。在5G基站選址過程中需注意以下幾點(diǎn)：需充分考慮到智慧交通車路協(xié)同區(qū)域內(nèi)路側(cè)和車側(cè)的感知設(shè)備類型、數(shù)量和帶寬要求，結(jié)合基站信號(hào)的有效覆蓋范圍，在合理的站間距區(qū)間內(nèi)設(shè)站，避免出現(xiàn)超近站和超遠(yuǎn)站的情況；合理設(shè)置基站的發(fā)射功率值、天線覆蓋方向、同一基站不同扇區(qū)之間保持合理的夾角來實(shí)現(xiàn)覆蓋區(qū)域的完美鑲嵌，減少重疊，消除黑洞；將站址建設(shè)在有穩(wěn)定供電、交通便捷的地方，不能建在大功率無線電發(fā)射臺(tái)、雷達(dá)站或其他干擾源附近，盡量遠(yuǎn)離樹林處，避免信號(hào)的快速衰減。

RSU（Road Side Unit）設(shè)備，是部署在路側(cè)的通信網(wǎng)關(guān)，其可通過5G無線通信的方式接收交通信號(hào)機(jī)/應(yīng)用服務(wù)器下發(fā)的路況信息等實(shí)時(shí)交通信息，并動(dòng)態(tài)播報(bào)給相關(guān)裝有OBU設(shè)備的車輛，避免或減少交通事故，提升交通通行效率。

OBU（On Board Unit）設(shè)備，是安裝在車輛上的集V2X、高精度定位、5G移動(dòng)通信等多功能的5G智能車載終端，可實(shí)現(xiàn)BSM消息的上報(bào)、V2X消息的接收與解析、CAN數(shù)據(jù)的讀取與解析、消息的展示與提醒，是車載終端的核心單元。

槍球一體機(jī)可實(shí)現(xiàn)違章取證抓拍、交通事件檢測(cè)、交通數(shù)據(jù)采集、支持過車抓拍，進(jìn)行車牌識(shí)別，并對(duì)車輛進(jìn)行全結(jié)構(gòu)化分析。兩個(gè)槍機(jī)攝像頭可獨(dú)立自由調(diào)整角度，分別覆蓋來去兩個(gè)車道方向，球機(jī)攝像頭可根據(jù)需要設(shè)置動(dòng)態(tài)覆蓋桿件下面的盲區(qū)。

激光雷達(dá)作為路側(cè)重要的感知設(shè)備，其與槍球一體機(jī)進(jìn)行互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)全天候交通檢測(cè)，其具有極高的距離分辨率、角分辨率和速度分辨率，能完整、準(zhǔn)確感知交通環(huán)境中的各種車輛、人員、基礎(chǔ)設(shè)施的狀態(tài)，能生成點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行3D建模，用于實(shí)時(shí)采集獲取路面周圍環(huán)境信息，實(shí)時(shí)分析路面機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車、行人等的相對(duì)位置關(guān)系，判斷障礙物的危險(xiǎn)指數(shù)，有效的提前預(yù)警。

遙感式路面狀況傳感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過非接觸式遙感檢測(cè)，能夠采集路面實(shí)時(shí)溫度、濕度、結(jié)冰狀態(tài)、水膜厚度、路面介電特征參數(shù)等，基于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)路面積水和結(jié)冰的預(yù)測(cè)和預(yù)警功能。

微氣象環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感系統(tǒng)由氣象傳感器、氣象數(shù)據(jù)采集儀、5G通信系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、整體支架、計(jì)算機(jī)氣象軟件六部分組成。是集氣象數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、傳輸和管理于一體的無人值守的氣象采集系統(tǒng)，采集的氣象數(shù)據(jù)包括：溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓、降雨量、降雪量、能見度等。微型氣象站將采集到的氣象數(shù)據(jù)通過5G無線通信的方式傳輸至數(shù)據(jù)中心進(jìn)行分析、評(píng)估和預(yù)警，并通過5G無線通信的方式迅速下發(fā)消息和指令給路側(cè)和車側(cè)設(shè)備進(jìn)行相關(guān)處理，輔助決策和預(yù)警，為車路協(xié)同提供氣象數(shù)據(jù)支撐。

MEC移動(dòng)邊緣計(jì)算平臺(tái)是指通過在路側(cè)采集和感知設(shè)備的近端部署專用邊緣計(jì)算服務(wù)器，作為移動(dòng)核心網(wǎng)下沉的用戶面網(wǎng)元，在路側(cè)近端提供云計(jì)算能力。

隨著智能交通車路協(xié)同系統(tǒng)的示范區(qū)范圍不斷擴(kuò)大，在路側(cè)需不斷部署大量的高清槍球機(jī)、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)及各種傳感設(shè)備，導(dǎo)致路側(cè)需要傳輸和交互的數(shù)據(jù)信息量猛增，如將上述所有數(shù)據(jù)信息全部通過5G網(wǎng)絡(luò)上傳到客戶數(shù)據(jù)中心進(jìn)行存儲(chǔ)和分析處理，將導(dǎo)致成本和時(shí)延較高，為降低網(wǎng)絡(luò)傳輸負(fù)擔(dān)和減少時(shí)延，在路側(cè)近端通過5G網(wǎng)絡(luò)和MEC移動(dòng)邊緣計(jì)算平臺(tái)相結(jié)合的部署方式，可以滿足10 ms級(jí)的實(shí)時(shí)感知分析處理反饋要求，起到提升網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)效率、提高業(yè)務(wù)分發(fā)、傳送能力，改善用戶體驗(yàn)的良好效果。

在智慧交通的車路協(xié)同示范區(qū)域內(nèi)，進(jìn)行完整的5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋，通過在車側(cè)安裝5G OBU設(shè)備，在路側(cè)桿件端安裝5G RSU設(shè)備，安裝的RSU和OBU均具備LTE-V2X PC5 和5G Uu 雙模通信能力，RSU和OBU之間通過PC5空口實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步，實(shí)現(xiàn) OBU與OBU及OBU與RSU 之間的直接通信，RSU和OBU通過設(shè)備上的5G物理網(wǎng)卡經(jīng)由Uu口接入就近的5G基站網(wǎng)絡(luò)，在客戶端數(shù)據(jù)中心機(jī)房?jī)?nèi)下沉部署專用的UPF設(shè)備，通過CRAN架構(gòu)下的SPN傳輸設(shè)備與該UPF設(shè)備連通，形成數(shù)據(jù)閉環(huán)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，數(shù)據(jù)信息經(jīng)由專用DNN進(jìn)行業(yè)務(wù)隔離，確保數(shù)據(jù)信息安全。將各種前端數(shù)據(jù)快速安全地傳輸至客戶數(shù)據(jù)中心機(jī)房的V2X應(yīng)用平臺(tái)，結(jié)合北斗高精度定位網(wǎng)、高精度地圖、三維城市建模等應(yīng)用服務(wù)，對(duì)各種車側(cè)和路側(cè)感知數(shù)據(jù)進(jìn)行歸集、分析、評(píng)估和預(yù)警，并迅速下發(fā)消息和指令給路側(cè)的5G RSU設(shè)備和車側(cè)的5G OBU設(shè)備，方便駕駛員及時(shí)獲知路上的交通狀態(tài)，進(jìn)行行車路線的選擇，達(dá)到高效預(yù)防和緩解交通擁堵、提高通行效率。

在智慧交通車路協(xié)同系統(tǒng)中大量投入使用的無人駕駛公交車、無人駕駛出租車、無人駕駛物流車、無人駕駛環(huán)衛(wèi)車、無人駕駛售貨車等各種自動(dòng)駕駛車輛，均需依托覆蓋完善的5G網(wǎng)絡(luò)和車路協(xié)同系統(tǒng)管理平臺(tái)，讓城市管理者實(shí)時(shí)掌控上述各種車輛的運(yùn)行狀況，通過智能調(diào)度算法，自動(dòng)下發(fā)車輛運(yùn)行路線，方便城市管理者在車路協(xié)同系統(tǒng)管理平臺(tái)上顯示和追蹤車輛歷史軌跡，對(duì)上述車輛進(jìn)行及時(shí)管控，可達(dá)到節(jié)能減排，保護(hù)環(huán)境，提高交通運(yùn)行效率目的，也可為汽車生產(chǎn)廠家和自動(dòng)駕駛企業(yè)研發(fā)自動(dòng)駕駛技術(shù)提供有力的支撐環(huán)境，推動(dòng)單車智能向車路協(xié)同式智能駕駛的發(fā)展，構(gòu)建完善的人、車、路、網(wǎng)、云一體化系統(tǒng)平臺(tái)的建設(shè)。在進(jìn)行智慧交通車路協(xié)同系統(tǒng)的5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和應(yīng)用時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到一些操作層面的問題，通過大量的項(xiàng)目實(shí)踐和研究分析后，現(xiàn)將可能會(huì)遇到的一些通用性的問題和產(chǎn)生原因及解決辦法總結(jié)如下，以供其他研究人員參考。

五、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，5G移動(dòng)通信技術(shù)在我國(guó)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起到的作用越發(fā)明顯。5G移動(dòng)通信技術(shù)已為我國(guó)智慧交通系統(tǒng)的應(yīng)用和建設(shè)發(fā)揮了重要的作用，為實(shí)現(xiàn)信息的高效交互和共享奠定了良好的基礎(chǔ)，使車輛可實(shí)時(shí)對(duì)外廣播自身定位、運(yùn)行狀態(tài)等基本安全消息，交通燈或電子標(biāo)志標(biāo)識(shí)等可廣播交通管理與指示信息，可實(shí)現(xiàn)路口碰撞預(yù)警、紅綠燈誘導(dǎo)通行等應(yīng)用，有效規(guī)避交通擁堵，達(dá)到省時(shí)、環(huán)保、節(jié)能、提升通行交通安全和交通效率的作用。

作者單位：楊濤 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)湖北有限公司武漢分公司

參" 考" 文" 獻(xiàn)

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楊濤（1983.02.28-），男，漢族，陜西，碩士研究生，中級(jí)通信工程師，研究方向：政企行業(yè)的各類通信專網(wǎng)建設(shè)、大型數(shù)據(jù)中心建設(shè)、5G通信技術(shù)的行業(yè)應(yīng)用、各類ICT系統(tǒng)集成項(xiàng)目建設(shè)及智慧城市等信息化項(xiàng)目的建設(shè)工作。