智慧交通的未來：基于5G技術的車聯網

周麗芬

摘 要：進入新世紀，我國的汽車工業也取得了長足發展，小轎車已經走進了千家萬戶。但這也給每個城市的交通基礎設施建設帶來了不小的壓力。交通擁堵是困擾著當下每個城市的城市頑疾。現代科技高速發展，日新月異，大數據、人工智能、5G都為解決這一城市頑疾提供了技術可能。根據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。通過移動互聯網和物聯網的緊密結合，未來城市的智慧交通體系將成為現實。

關鍵詞：5G;智能交通;車聯網

在現代社會，一個城市的幸福指數，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，已經無法解決當下突出的新型交通出行矛盾。現代科技高速發展，日新月異，大數據、人工智能、5G技術層出不窮，未來的城市交通將以實現人、車、路全面聯網與智能管理為目標，使得城市交通從“管理誘導”到“自主誘導”的歷史性轉變成為可能。智慧交通的時代已經向我們走來。

1 智慧交通系統概念的發展

智慧交通概念在智慧城市的基礎上提出的新概念。智慧交通系統（Intelligent Transportation System，簡稱ITS），是建立在移動互聯網、云計算、大數據、物聯網等新一代信息技術基礎之上，綜合運用AI、系統方法、交通科學等理論與工具，使得車、路、人三者相互協同，從而建立起來的具有全面感知、主動服務等特性的實時動態交通運輸信息服務體系。對于當下各大城市擁堵的情況，智慧交通將有助于改變人們的出行方式，提升交通幸福指數，為打造一個低碳社會提供現實可能。鐵路、公路、民航、水運都可以組建成為一個智慧交通網絡。在這個智慧交通網絡中，由每個人的手機APP、車輛上的 GPS 及路口交通監控攝像頭通過無線射頻識別， 5G 通信技術按一定文本協議快速地進行數據傳輸、信息交換，通過大數據技術挖掘分析出對交通改善有幫助的數據，解決一些原先交通控制時代受制于技術無法解決的問題，為廣大出行者提供更加優質的出行服務。

2 5G關鍵技術介紹

2.1 5G通信技術及發展情況

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歷了從1G-4G的變遷。 1984年，基于模擬蜂窩技術的1G無線通信出現。1990年開始，2G主流技術標準 GSM 和CDMA One相繼發布，全球進入數字通信時代;2000年，國際電信聯盟（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技術開始成熟并商用。

5G，即“第五代移動通信技術標準”。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。目前其成員包括中國、歐洲、日本、韓國和北美的相關行業機構。與4G相比，5G網速能達到每秒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網絡具有速率極高（eMBB）、容量極大（mMTC）和時延極低（URLLC）三個特征。比如10Gbps的峰值數據速率、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用，如：智慧城市、增強現實、虛擬現實、物聯網、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關鍵技術

5G的好處體現在它有三大應用場景：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絡連接。可以想象，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，千億設備的連接能力、超高流量密度、超高連接數密度和超高移動性等多場景的一致服務，實現“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，而關鍵技術就是用來達成目標的手段。大規模天線陣列是提升系統頻譜效率的最重要技術手段之一，對滿足5G系統容量和速率需求將起到重要的支撐作用;超密集組網通過增加基站部署密度，可實現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;新波形和多址技術通過發送特定信號的疊加傳輸來提升系統的接入能力，可有效支撐5G網絡千億設備連接需求;全頻譜接入技術通過有效利用各類頻譜資源，可有效緩解5G網絡對頻譜資源的巨大需求;新型網絡架構基于SDN、NFV和云計算等先進技術可實現以用戶為中心的更靈活、智能、高效和開放的5G新型網絡。[1]

增加帶寬是關鍵，由此而產生的毫米波、微基站、大規模MIMO、波束賦型等都是順理成章的技術趨勢。只要把基站做得足夠小，其服務范圍變窄了，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的任何一項關鍵技術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絡的重新布局。[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與出行服務結合起來，探索智能交通系統的可能性，但3G/4G數據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，目前正在規劃選擇湖北省境內高速路段進行前期的5G基站選址建設，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環境中，數據傳送的時延已經可以小于20ms，但是當車速達到120km/h的時候，前后車動作只有15ms的時差，在需要響應的時候，車輛經過環境監測、傳輸數據、計算數據等環節后，時延已經遠遠超過15ms，這顯然是不夠安全的。而5G通訊有大于10Gbps的數據傳輸速率和小于1ms的時延，伴隨著5G技術的推廣開來，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、攝像頭等設備記錄整條道路沿線的交通信息，并將其傳回監控運營中心進行分析調控。另一方面又通過調整紅綠燈等指示信息實現對行車速度的的管控，并且通過引導用戶調整合適的行車路線而避開堵車點，有效疏解交通擁堵問題。這一過程中數據上傳下傳都少不了通訊技術的配合，而5G技術的推廣將為監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助，智慧交通將實現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測到。而且基于5G高速率、低延時等特性，當行車系統在車輛以及路況環境發生變化時，在數據傳輸和分析、指令下發、啟動執行等一系列操作過程中也能做出迅速響應，進而避免發生嚴重的擁堵、事故等問題，而且也充分提升了人們的出行體驗。

4 智慧交通的車聯網

智慧交通的本質是通過將實時道路、車輛本體以及車輛周邊環境等信息通過移動通訊的技術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果調整。在這一過程中，接入汽車以及相關路況監控設備就共同組成了物理硬件層面的車聯網概念。

理論上，不聯網的單輛汽車也可以通過傳感器、攝像頭以及信息決策系統實現自動化運行，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網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，在這一基礎之上，自動駕駛等需要更多更廣信息決策的領域便首先具備了實現的可能性。

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

在從單輛車過度到車聯網再到自動駕駛的過程中，實現車聯信息互傳并且共享的通訊技術是其中最為重要的基礎性支撐。在5G時代，5G技術內部針對車聯網技術而研制的C-V2X、5G-V2X技術的發展在推動現有車聯網的廣度以及寬度上都打下了堅實的基礎。

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生態系統和連續完善的蜂窩網絡覆蓋，可大幅降低未來自動駕駛和車聯網部署成本，被認為是自動駕駛的關鍵推動因素之一。

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系統支持的V2X技術，必將伴隨著2020年5G商用步伐的推展開來。C-V2X以及5G-V2X技術的發展將向前向后為汽車聯網以及交通出行全面邁入5G時代奠定基礎。

5 結語

目前，全球能夠涉足5G產業爭奪的企業也就以中國華為、中興以及美國高通、愛立信、諾基亞等為代表的少數幾家機構為主。此前，俄羅斯軍事專家伊里亞·普列漢諾夫曾表態愛立信以及諾基亞兩家機構在設備質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技術未必有那么突出的事實仿佛也不無道理。

從推動經濟發展的角度來看，5G或將能夠成為改變世界經濟格局的重要變量，打破中美之間的實力平衡，如果那一天真的到來，中國智慧交通產業的發展經驗將贏得走向全球市場的空前機遇。5G之下，從車聯網到自動駕駛，這一即將迎來變化的萬億級市場未來可期。

參考文獻：

[1]姚傳富.更快更猛5G聲勢浩大[J].中國無線電，2015（5）.

[2]曹勇.5G是什么 看我秒懂[J].計算機與網絡，2015（4）.

[3]苑宇坤 張宇 魏坦勇.智慧交通關鍵技術及應用綜述[J].電子技術應用，2015（8）：9-12.

[4]張溪.大數據下智能交通系統的發展綜述[J].信息與電腦（理論版），2019（01）：17-19.

[5]王殿海 李志剛 曾文.智能城市前瞻：基于5G技術的智能交通初探[J].福建電腦，2019（01）.

[6]埃哲森（中國）.5G在智慧城市中的效益與挑戰[J].中國公共安全，2019（Z1）.

[7]魏一駿 吳帥帥[J].智慧交通的未來：每輛車都能與路“對話”[J].安全與健康，2018（12）.

[8]徐魁.國內城市智慧交通發展探討[J].西部交通科技，2017（1）：71-73.

[9]張輪，楊文臣，張孟.智能交通與智慧城市[J].科學，2014（01）：33-36.