3G帶領我們進入了互聯(lián)網(wǎng)時代。5G 現(xiàn)在代表著更具革命性的轉型和對未來的飛躍。5G 正在開啟萬物互聯(lián) (IoE) 時代，釋放人工智能 (AI) 的力量，利用不同設備產(chǎn)生的海量云數(shù)據(jù)實現(xiàn)相互順暢通信。AI 應用程序的力量將始終取決于其網(wǎng)絡的強度。如此一來，5G的高帶寬、低時延、增強的信號強度，無疑將以更大的力量助力人工智能。5G 將在推動物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 的不斷發(fā)展方面發(fā)揮巨大作用。我們可以期待甚至已經(jīng)開始體驗5G將在城市生活、醫(yī)療保健和農(nóng)業(yè)等領域帶來的一些變化。通過5G與AI的結合，自動駕駛汽車和無人機的應用將發(fā)生革命性的創(chuàng)新。本文描繪了龐大而復雜的5G網(wǎng)絡系統(tǒng)圖景，讓讀者更清楚地了解5G對未來的真正意義。

什么是 5G？

5G指的是第五代移動網(wǎng)絡。新的全球無線標準遵循 1G、2G、3G 和 4G 網(wǎng)絡的改進。它使用全新的無線基礎設施提供比 4G 快 20 倍的峰值下載速度。它還有望消除幾乎所有的滯后時間。5G技術將正式開啟物聯(lián)網(wǎng)時代，數(shù)十億機器、設備和傳感器將以低成本互聯(lián)。

5G具有三大組網(wǎng)能力：增強型移動寬帶（高帶寬）、群機通信（海量連接）、高可靠通信（低時延）。

高帶寬：峰值下載速度達到20Gbps，而4G僅提供1Gbps。滿足了用戶在安防監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測、產(chǎn)品檢測等領域對高數(shù)據(jù)速率的需求。

海量連接：5G三大特性驅動物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務發(fā)展，創(chuàng)造了網(wǎng)絡實時感知能力要求較低、終端密度要求較高的局面。這將廣泛應用于公用事業(yè)、制造、農(nóng)業(yè)、交通、發(fā)電和配電等領域。

低延遲：5G將基站和終端之間的延遲時間縮短到只有0.5毫秒。這種能力真正將 5G 與其他網(wǎng)絡標準區(qū)分開來，使其具有多功能性，適用于對可靠性要求更高的領域，例如醫(yī)療和交通。例如遠程設備控制（遠程手術）和安全監(jiān)控（城市公共安全監(jiān)控）。

5G和4G的區(qū)別

4G的峰值帶寬速度為1Gbps，可以滿足高清圖片、視頻等常見的使用需求。4G延遲性能遠不如5G，這也解釋了為什么需要5G通信網(wǎng)絡來解決4G無法支持無縫實時游戲的問題。

4G使用無線電波（頻段為1880MHz～1900MHz、2320MHz～2370MHz、2575MHz～2635MHz），而5G使用毫米波（3300MHz～3400MHz——基本上只供室內(nèi)使用——3400MHz～ 3,600MHz 和 4,800MHz 至 5,000MHz）。這表明 5G 和 4G 使用的頻段不同。雖然 4G 網(wǎng)絡的頻段在 1.8GHz 至 2.6GHz 范圍內(nèi)，但 5G 使用的頻段更高，其范圍的下限在 3GHz 以上。這就要求所有將使用 5G 的設備都必須重新配置。

5G與人工智能的連接與交互

5G與AI的互聯(lián)互通體現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、邊緣計算、網(wǎng)絡切片五個領域。

物聯(lián)網(wǎng)：這是一種由各種類型的信息傳感設備互連而成的網(wǎng)絡，其中傳感器捕獲信息，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡傳輸信息，物聯(lián)網(wǎng)平臺處理信息并使用人工智能技術管理與傳感器和終端的連接，以顯示信息并運行應用程序.

云計算：提供海量數(shù)據(jù)的存儲和計算，以及多用戶數(shù)據(jù)聚合和共享的能力。云計算為物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)提供基礎存儲和計算能力，為人工智能算法提供強大的計算能力。

大數(shù)據(jù)：這是通過專用云服務器處理大量數(shù)據(jù)以優(yōu)化工作流程。大數(shù)據(jù)的真正意義不在于其海量的信息，而在于對所有這些有意義的數(shù)據(jù)進行專業(yè)化處理。5G 最大的潛在好處在于新數(shù)據(jù)的生成，各種設備都連接到相關網(wǎng)絡。大數(shù)據(jù)堪稱人工智能的核心組成部分，正在推動人工智能新時代的發(fā)展。5G 將提供人工智能成功所需的基礎設施和海量數(shù)據(jù)。

邊緣計算：5G將基站和終端之間的時延縮短到只有0.5毫秒。這創(chuàng)建了低延遲的特性。一方面，5G結合移動邊緣計算可以有效降低數(shù)據(jù)吞吐量，只傳輸經(jīng)過網(wǎng)絡充分處理的數(shù)據(jù)和信息。這為人工智能應用用戶提供了本地化的快速處理和分析，可以匹配用戶需求并減少訪問延遲。另一方面，5G的優(yōu)勢可以讓智能終端數(shù)據(jù)的采集更加廣泛，可以在終端和邊緣利用AI技術進行信息分析和處理。數(shù)據(jù)匯總到相應的數(shù)據(jù)平臺上，經(jīng)過計算和處理后可以快速反饋。全面的，邊緣計算會將云存儲和云計算能力向邊緣移動，更接近用戶，使邊緣計算和云計算可以攜手并進。邊緣存儲和處理實時數(shù)據(jù)，云端存儲和處理共享的批量數(shù)據(jù)，從而避免將大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶诵木W(wǎng)處理而造成的帶寬浪費和延遲。

網(wǎng)絡切片：網(wǎng)絡切片是指將共享的物理網(wǎng)絡切分成多個虛擬的端到端網(wǎng)絡，每個切片能夠擁有其獨立的網(wǎng)絡資源，同時在不同切片之間建立完全隔離。因此，如果單個切片發(fā)生故障，不會影響其他切片。在5G應用場景中，運營商可以根據(jù)不同的業(yè)務類型定義不同的切片，以滿足用戶在時延、吞吐量、容量等方面的不同需求。5G網(wǎng)絡切片技術是全虛擬云架構，無需為每臺服務器單獨搭建網(wǎng)絡，將大大節(jié)省成本。

5G會給AI帶來哪些變化？

本節(jié)討論的示例說明了由于 5G 的三大網(wǎng)絡優(yōu)勢，AI 領域有望發(fā)生什么樣的變化。5G將提升AI對語言和上下文的理解能力：5G的高速數(shù)據(jù)傳輸和多設備數(shù)據(jù)互聯(lián)將使AI模型保持持續(xù)學習和動態(tài)模式。舉個例子，下面的具體場景：

某創(chuàng)新公司正在開發(fā)的智能語音通話軟件，可以在通話過程中將通話記錄實時顯示在客戶的屏幕上。然后人工智能可以進行情緒分析并回答客戶的問題。它的很多功能目前只能在臺式機上使用。一旦 5G 的引入使所有用戶都可以使用 5G 級連接，該公司將開始在移動設備上提供這些功能。借助5G技術，移動終端將瞬間具備電腦連接超高速網(wǎng)絡的所有功能。

在5G和智能家居方面，家中將放置不同類型的基于AI的語音控制設備。其中包括內(nèi)置智能開關、智能語音控制恒溫器和濕度監(jiān)控器、智能揚聲器、智能鬧鐘和智能電視。越來越多的家庭終端設備將配備遠程AI語音控制和家庭聯(lián)網(wǎng)功能。5G智能家居將通過覆蓋全場景的語音控制功能和覆蓋全屋的協(xié)同語音控制功能，適應不同的生活場景，滿足未來不斷增長的智能生活需求。

5G對數(shù)字城市的影響

5G時代的到來，將使智慧城市中所有智能設備同時入網(wǎng)，海量數(shù)據(jù)成為可能（圖1）。它將支持設備的虛實交互和毫秒級快速響應的可能性。這將推動多場景人工智能服務的牢固建立。

圖 1：5G 允許智慧城市中所有智能設備及其數(shù)據(jù)的同時網(wǎng)絡訪問。（來源：美國國家儀器公司）

以下是智慧城市的一些應用場景示例：

智能用水：通過在濾水器上安裝連接 5G 的傳感器，制造商可以監(jiān)控哪些濾水器已過期，或者房主可以查看哪些管道漏水。

智能安防：這有助于警方監(jiān)控城市的公共安全。當高清攝像頭捕捉到可疑人員的圖像時，攝像頭會將信息發(fā)送到城市的智能計算機，向附近的無人機發(fā)出跟蹤可疑人員的請求。

實時響應自動駕駛汽車：通過5G網(wǎng)絡，將自動駕駛汽車收集的車輛位置、周邊環(huán)境、運行狀態(tài)等數(shù)據(jù)返回到邊緣計算和云計算平臺。通過5G V2X通信系統(tǒng)和遠程智能調(diào)度監(jiān)控平臺，可發(fā)揮車路一體化定位、精準泊車、自主避障等功能。

5G V2X 的含義及其工作原理
5G V2X是指連接車與萬物——車與網(wǎng)，包括車對車（V2V）、車對基礎設施（V2I）、車對網(wǎng)絡（V2N）和車對車。 -行人（V2P）。4G時代還沒有建立互聯(lián)互通來實現(xiàn)不同車輛之間的通信，因此無法真正實現(xiàn)全場景自動駕駛。例如，特斯拉Autopilot系統(tǒng)可以在一定程度上實現(xiàn)自動駕駛，因為它是基于人工智能的決策，利用傳感器、雷達和攝像頭輸入的各種信息進行決策。然而，它仍然有一些主要的局限性。這包括 AI 模型無法在夜間、雨、雪、霧等惡劣天氣條件下以及道路交叉口和彎道等情況下做出 100% 準確的預測。

V2X可以看作是一個大的共享傳感器，通過與周圍車輛、道路和基礎設施的通信，可以捕獲比單個車輛更多的信息，從而大大增強對周圍環(huán)境的感知。5G網(wǎng)絡的超高帶寬和超低時延，能夠實時采集和傳輸更精準的環(huán)境信息。例如，路邊紅綠燈信息、行人信息、周邊車輛信息等，都可以實時發(fā)送給車輛，為車輛的自動駕駛能力提供更好的支持。

V2X 需要傳輸和共享的不是最終的決策或命令，而是周圍車輛和環(huán)境的狀態(tài)信息。車輛本身的自動駕駛系統(tǒng)可以通過使用云計算和人工智能算法生成的模型做出自己的駕駛決策。

注意，V2X需要傳輸?shù)男畔▊鞲衅鲾?shù)據(jù)和周圍車輛的行駛狀態(tài)。

遠程醫(yī)療的發(fā)展

同樣受益于 5G 的低延遲和高帶寬，實驗性 5G 遠程手術——對仔豬進行肝葉切除——取得了成功。該手術由華為、福建聯(lián)通和北京301醫(yī)院聯(lián)合承辦。這次手術中的病人和醫(yī)生相距 50 公里，并使用了基于 5G 的遠程控制機器人。協(xié)同操作的各個環(huán)節(jié)無縫銜接，延遲僅為0.1秒左右。

下圖說明了5G在遠程手術中的應用過程（圖2）。醫(yī)生需要在手術過程中對數(shù)據(jù)進行分析得出結果，云資源中存儲了大量數(shù)據(jù)供醫(yī)生參考。正在進行的手術中新生成的數(shù)據(jù)可以發(fā)送到云資源。使用 5G 核心網(wǎng)絡和網(wǎng)絡切片技術將其發(fā)送到邊緣位置進行分析。在邊緣計算中心分析數(shù)據(jù)并使用人工智能和機器學習技術做出預測后，結果將返回給醫(yī)生。

圖 2：該圖說明了 AI 和 5G 技術如何在遠程手術中相互作用。（來源：作者）

智能農(nóng)業(yè)應用

簡單來說，5G在農(nóng)業(yè)中的作用就是提供大量的農(nóng)業(yè)科學數(shù)據(jù)，并與現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)場景相結合。然后，這將提供分析和預測，并通過計算機平臺實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)監(jiān)測。

由于5G的高速率和低時延，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者可以構建完整的監(jiān)控系統(tǒng)，從而對農(nóng)作物的健康和生長進行精確、科學、高效的管理。這是通過提供實時數(shù)據(jù)收集的物聯(lián)網(wǎng)設備和提供快速決策的人工智能模型的互連來實現(xiàn)的。例如，物聯(lián)網(wǎng)設備可用于采集大氣、土壤、農(nóng)作物、病蟲害等領域的數(shù)據(jù)，隨時隨地指導農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。智慧農(nóng)業(yè)將利用物聯(lián)網(wǎng)技術，使所有使用的農(nóng)業(yè)設備之間實現(xiàn)互聯(lián)互通。

結論

5G技術將推動人工智能的快速發(fā)展，從而為萬物互聯(lián)和前所未有的數(shù)據(jù)共享時代奠定基礎。當機器可以在沒有人為控制的情況下順利地相互通信時，真正的數(shù)據(jù)共享、實時數(shù)據(jù)分析/預測和解決方案分析就會發(fā)生。例如，自動駕駛汽車將根據(jù)安裝的實時捕捉路況的攝像頭提供的即時預測做出改變路線的決定。5G的應用前景是無限的，必將滲透到每個行業(yè)，甚至是我們?nèi)粘Ｉ畹拿總€角落。它將為未來各領域互聯(lián)互通、優(yōu)勢互補、構建智能社會貢獻力量。

王靜，機器學習算法工程師，目前從事汽車檢測領域。她熱衷于撰寫技術文章，希望自己的文章能引起讀者對人工智能的興趣，并激發(fā)更多專業(yè)人士將人工智能與云技術和大數(shù)據(jù)相結合，讓生活更安全、更便捷。

審核編輯黃宇