5G使能人工智能释放巨大潜能

3G带领我们进入了互联网时代。5G 现在代表着更具革命性的转型和对未来的飞跃。5G 正在开启万物互联 (IoE) 时代，释放人工智能 (AI) 的力量，利用不同设备产生的海量云数据实现相互顺畅通信。AI 应用程序的力量将始终取决于其网络的强度。如此一来，5G的高带宽、低时延、增强的信号强度，无疑将以更大的力量助力人工智能。5G 将在推动物联网 (IoT) 的不断发展方面发挥巨大作用。我们可以期待甚至已经开始体验5G将在城市生活、医疗保健和农业等领域带来的一些变化。通过5G与AI的结合，自动驾驶汽车和无人机的应用将发生革命性的创新。本文描绘了庞大而复杂的5G网络系统图景，让读者更清楚地了解5G对未来的真正意义。

什么是 5G？

5G指的是第五代移动网络。新的全球无线标准遵循 1G、2G、3G 和 4G 网络的改进。它使用全新的无线基础设施提供比 4G 快 20 倍的峰值下载速度。它还有望消除几乎所有的滞后时间。5G技术将正式开启物联网时代，数十亿机器、设备和传感器将以低成本互联。

5G具有三大组网能力：增强型移动宽带（高带宽）、群机通信（海量连接）、高可靠通信（低时延）。

高带宽：峰值下载速度达到20Gbps，而4G仅提供1Gbps。满足了用户在安防监控、环境监测、产品检测等领域对高数据速率的需求。

海量连接：5G三大特性驱动物联网业务发展，创造了网络实时感知能力要求较低、终端密度要求较高的局面。这将广泛应用于公用事业、制造、农业、交通、发电和配电等领域。

低延迟：5G将基站和终端之间的延迟时间缩短到只有0.5毫秒。这种能力真正将 5G 与其他网络标准区分开来，使其具有多功能性，适用于对可靠性要求更高的领域，例如医疗和交通。例如远程设备控制（远程手术）和安全监控（城市公共安全监控）。

5G和4G的区别

4G的峰值带宽速度为1Gbps，可以满足高清图片、视频等常见的使用需求。4G延迟性能远不如5G，这也解释了为什么需要5G通信网络来解决4G无法支持无缝实时游戏的问题。

4G使用无线电波（频段为1880MHz～1900MHz、2320MHz～2370MHz、2575MHz～2635MHz），而5G使用毫米波（3300MHz～3400MHz——基本上只供室内使用——3400MHz～ 3,600MHz 和 4,800MHz 至 5,000MHz）。这表明 5G 和 4G 使用的频段不同。虽然 4G 网络的频段在 1.8GHz 至 2.6GHz 范围内，但 5G 使用的频段更高，其范围的下限在 3GHz 以上。这就要求所有将使用 5G 的设备都必须重新配置。

5G与人工智能的连接与交互

5G与AI的互联互通体现在物联网、云计算、大数据、边缘计算、网络切片五个领域。

物联网：这是一种由各种类型的信息传感设备互连而成的网络，其中传感器捕获信息，物联网网络传输信息，物联网平台处理信息并使用人工智能技术管理与传感器和终端的连接，以显示信息并运行应用程序.

云计算：提供海量数据的存储和计算，以及多用户数据聚合和共享的能力。云计算为物联网和大数据提供基础存储和计算能力，为人工智能算法提供强大的计算能力。

大数据：这是通过专用云服务器处理大量数据以优化工作流程。大数据的真正意义不在于其海量的信息，而在于对所有这些有意义的数据进行专业化处理。5G 最大的潜在好处在于新数据的生成，各种设备都连接到相关网络。大数据堪称人工智能的核心组成部分，正在推动人工智能新时代的发展。5G 将提供人工智能成功所需的基础设施和海量数据。

边缘计算：5G将基站和终端之间的时延缩短到只有0.5毫秒。这创建了低延迟的特性。一方面，5G结合移动边缘计算可以有效降低数据吞吐量，只传输经过网络充分处理的数据和信息。这为人工智能应用用户提供了本地化的快速处理和分析，可以匹配用户需求并减少访问延迟。另一方面，5G的优势可以让智能终端数据的采集更加广泛，可以在终端和边缘利用AI技术进行信息分析和处理。数据汇总到相应的数据平台上，经过计算和处理后可以快速反馈。全面的，边缘计算会将云存储和云计算能力向边缘移动，更接近用户，使边缘计算和云计算可以携手并进。边缘存储和处理实时数据，云端存储和处理共享的批量数据，从而避免将大量数据传输到核心网处理而造成的带宽浪费和延迟。

网络切片：网络切片是指将共享的物理网络切分成多个虚拟的端到端网络，每个切片能够拥有其独立的网络资源，同时在不同切片之间建立完全隔离。因此，如果单个切片发生故障，不会影响其他切片。在5G应用场景中，运营商可以根据不同的业务类型定义不同的切片，以满足用户在时延、吞吐量、容量等方面的不同需求。5G网络切片技术是全虚拟云架构，无需为每台服务器单独搭建网络，将大大节省成本。

5G会给AI带来哪些变化？

本节讨论的示例说明了由于 5G 的三大网络优势，AI 领域有望发生什么样的变化。5G将提升AI对语言和上下文的理解能力：5G的高速数据传输和多设备数据互联将使AI模型保持持续学习和动态模式。举个例子，下面的具体场景：

某创新公司正在开发的智能语音通话软件，可以在通话过程中将通话记录实时显示在客户的屏幕上。然后人工智能可以进行情绪分析并回答客户的问题。它的很多功能目前只能在台式机上使用。一旦 5G 的引入使所有用户都可以使用 5G 级连接，该公司将开始在移动设备上提供这些功能。借助5G技术，移动终端将瞬间具备电脑连接超高速网络的所有功能。

在5G和智能家居方面，家中将放置不同类型的基于AI的语音控制设备。其中包括内置智能开关、智能语音控制恒温器和湿度监控器、智能扬声器、智能闹钟和智能电视。越来越多的家庭终端设备将配备远程AI语音控制和家庭联网功能。5G智能家居将通过覆盖全场景的语音控制功能和覆盖全屋的协同语音控制功能，适应不同的生活场景，满足未来不断增长的智能生活需求。

5G对数字城市的影响

5G时代的到来，将使智慧城市中所有智能设备同时入网，海量数据成为可能（图1）。它将支持设备的虚实交互和毫秒级快速响应的可能性。这将推动多场景人工智能服务的牢固建立。

图 1：5G 允许智慧城市中所有智能设备及其数据的同时网络访问。（来源：美国国家仪器公司）

以下是智慧城市的一些应用场景示例：

智能用水：通过在滤水器上安装连接 5G 的传感器，制造商可以监控哪些滤水器已过期，或者房主可以查看哪些管道漏水。

智能安防：这有助于警方监控城市的公共安全。当高清摄像头捕捉到可疑人员的图像时，摄像头会将信息发送到城市的智能计算机，向附近的无人机发出跟踪可疑人员的请求。

实时响应自动驾驶汽车：通过5G网络，将自动驾驶汽车收集的车辆位置、周边环境、运行状态等数据返回到边缘计算和云计算平台。通过5G V2X通信系统和远程智能调度监控平台，可发挥车路一体化定位、精准泊车、自主避障等功能。

5G V2X 的含义及其工作原理
5G V2X是指连接车与万物——车与网，包括车对车（V2V）、车对基础设施（V2I）、车对网络（V2N）和车对车。 -行人（V2P）。4G时代还没有建立互联互通来实现不同车辆之间的通信，因此无法真正实现全场景自动驾驶。例如，特斯拉Autopilot系统可以在一定程度上实现自动驾驶，因为它是基于人工智能的决策，利用传感器、雷达和摄像头输入的各种信息进行决策。然而，它仍然有一些主要的局限性。这包括 AI 模型无法在夜间、雨、雪、雾等恶劣天气条件下以及道路交叉口和弯道等情况下做出 100% 准确的预测。

V2X可以看作是一个大的共享传感器，通过与周围车辆、道路和基础设施的通信，可以捕获比单个车辆更多的信息，从而大大增强对周围环境的感知。5G网络的超高带宽和超低时延，能够实时采集和传输更精准的环境信息。例如，路边红绿灯信息、行人信息、周边车辆信息等，都可以实时发送给车辆，为车辆的自动驾驶能力提供更好的支持。

V2X 需要传输和共享的不是最终的决策或命令，而是周围车辆和环境的状态信息。车辆本身的自动驾驶系统可以通过使用云计算和人工智能算法生成的模型做出自己的驾驶决策。

注意，V2X需要传输的信息包括传感器数据和周围车辆的行驶状态。

远程医疗的发展

同样受益于 5G 的低延迟和高带宽，实验性 5G 远程手术——对仔猪进行肝叶切除——取得了成功。该手术由华为、福建联通和北京301医院联合承办。这次手术中的病人和医生相距 50 公里，并使用了基于 5G 的远程控制机器人。协同操作的各个环节无缝衔接，延迟仅为0.1秒左右。

下图说明了5G在远程手术中的应用过程（图2）。医生需要在手术过程中对数据进行分析得出结果，云资源中存储了大量数据供医生参考。正在进行的手术中新生成的数据可以发送到云资源。使用 5G 核心网络和网络切片技术将其发送到边缘位置进行分析。在边缘计算中心分析数据并使用人工智能和机器学习技术做出预测后，结果将返回给医生。

图 2：该图说明了 AI 和 5G 技术如何在远程手术中相互作用。（来源：作者）

智能农业应用

简单来说，5G在农业中的作用就是提供大量的农业科学数据，并与现有的农业场景相结合。然后，这将提供分析和预测，并通过计算机平台实现农业生产监测。

由于5G的高速率和低时延，农业生产者可以构建完整的监控系统，从而对农作物的健康和生长进行精确、科学、高效的管理。这是通过提供实时数据收集的物联网设备和提供快速决策的人工智能模型的互连来实现的。例如，物联网设备可用于采集大气、土壤、农作物、病虫害等领域的数据，随时随地指导农业生产。智慧农业将利用物联网技术，使所有使用的农业设备之间实现互联互通。

结论

5G技术将推动人工智能的快速发展，从而为万物互联和前所未有的数据共享时代奠定基础。当机器可以在没有人为控制的情况下顺利地相互通信时，真正的数据共享、实时数据分析/预测和解决方案分析就会发生。例如，自动驾驶汽车将根据安装的实时捕捉路况的摄像头提供的即时预测做出改变路线的决定。5G的应用前景是无限的，必将渗透到每个行业，甚至是我们日常生活的每个角落。它将为未来各领域互联互通、优势互补、构建智能社会贡献力量。

王静，机器学习算法工程师，目前从事汽车检测领域。她热衷于撰写技术文章，希望自己的文章能引起读者对人工智能的兴趣，并激发更多专业人士将人工智能与云技术和大数据相结合，让生活更安全、更便捷。

审核编辑黄宇