探析5G技术和车联网的结合发展的应用以及可行性

随着互联网和一些可移动网络设备的不断发展，基于智能交通的车联网技术还没有一个成熟的体系，主要原因是作为支持车联网最重要的一环的网络支持方面还不够完善。4G虽然有着几倍于3G的速度和低延迟，但是还没有达到车联网的要求，而正在研发并成为各大公司和国家重视的5G网络将克服4G网络的缺点。本文重点介绍5G技术和车联网的结合发展在未来智能交通领域的应用以及可行性探究。

1 5G

1.1 5G概述

5G（fifth-generation）即第五代移动电话行动标准，也可以成为第五代移动通讯技术。当前阶段没有统一规定的规格，各国和各公司都处于研发阶段。预计2020年将投入商用，5G有比4G更高的速度和更低的延迟。随着人们以及互联网对通讯技术的不断提高，我们将看到一系列新的移动设备，例如更成熟的可穿戴计算设备和基于智能交通的车联网设备。

1.2 5G的优势

1.2.1 传输速度

据三星和诺基亚的测试，5G的传输速度最快可以达到每秒7.5Gb和10Gb。在去年二月，英国的萨里大学的测试中，5G的速度最快达到了1Tb每秒，那就意味着下载一部超清的视频只要4秒钟。如果说4G是通讯娱乐的时代，那么5G就是互联网+物联网的时代。在全世界各地的国家以及公司的科学家不断的突破移动设备连接的限制。在未来，5G接入的速度将会和光纤一样。届时，凭借5G对物联网的强大支撑能力，让万物互联可以实现，不仅实现物与物联网，也将形成人与人、人与物联网，将使交通和车辆拥堵的问题得以更好地解决。

1.2.2 带宽容量

对我们熟悉的4G来说，它最快能以100Mbps来进行下载。通过这样的速度，移动设备可以更快捷的接收数据和处理工作。而研发5G的各个国家和机构则称，5G的带宽容量将是4G的100倍到1000倍之间。在移动设备和物联网设备接入时，不需要等待时间，在任何时候都能快速的连接。这种机制将会非常有利于物联网设备的运行，特别是在智能交通方面，无人驾驶、车辆检测、交通路况等都会满足人们生活的要求，并减少事故发生。无人交通工具才会真正的用于我们的生活中。

1.2.3 网络延迟

在5G时代，网络将会更加稳定，并且不会断开。据爱立信公司在2014年的一项报告中称：4G网络的接入延迟大约是50毫秒，也就是千分之一秒。而5G的预估状态是1毫秒，这份报告说明了5G网络的信号比较好，并且不会像一样存在偶尔延迟以及受限的状况。这对移动设备的应用起了很大的辅助作用。

1.3 各个国家5G研究和计划

现阶段，由于商用和民用对网络要求越来越高，世界各国和各大公司都在寻求网络变革，并制订了5G的发展和研究计划以应对未来发展趋势。近几年来各个机构对5G关键技术、应用需求和候选频段进行了研究而且获得了一些成果。

1.3.1 美国

美国是部署LTE网络的国家之一，美国网络技术一直处于世界领先行列。在2012年7月，纽约理工大学成立了联盟，为了向5G网络发展。美国国家科学基金会NSF赠予了这个联盟80万美金的激励创新研究资助金，还为一些企业合作者提供了120万美金的投入。

还有宽带无线接入技术与应用中心BWAC也在进行5G的技术研发，并且收到NSF 160万美金和其他投资400万美金，为它的研究提供了有力的资源支撑。

1.3.2 欧洲

由于欧洲的移动网络技术相对落后，所以在5G通讯领域中，欧盟希望能发展技术并且能获得5G技术的核心地位。

欧盟为了研发5G技术已经投资了大量的欧元。在2014年1月开始了“5G PPP”（5G Public - Private Partnership）计划，总投入预计一亿欧元。计划在2020年进行大面积商用。从2013年算起，欧盟已经为5G研发投资总计7亿欧元。

1）英国

英国在2012年10月已经开始了5G技术的研究，而且建立了一个关于5G的研究中心。在2013年的11月5G创新中心成立。在5年内，该中心获得了发起人员的3000万英镑的支持和还有英国研究伙伴基金1160万英镑的投资。并且在2014年3月，英国官方承诺投资4500万英镑用以支持5G技术的研究。

2）德国

为了加强对5G技术的研发，德累斯顿工业大学20余位教授成立了5G实验室。并且在5G实验室中，20多位教授和500多位科学家成立了一个团队，专门对5G的关键技术进行研究。

在去年6月，某个企业旗下机构成为5G实验室的合作伙伴，共同进行5G技术的研究。该公司与5G实验室主要的研究主要包括：

（1）关于提业务的可靠性用多个设备射频

这方面研究主要是研究类似智能手机的接入射频特性，用一台设备来提高网络稳定性。研究主要目的是要建立多个5G射频连接，为了减少网络终端的可能性。

（2）关于5G空中接口

目前各大机构正在分心5G空中接口的概念，并且在5G标准化中要进行提案。该研究机构主要是研究正交频分复用波形，并有希望加入5G标准化。该项研究能大幅提升5G性能，并且能提高5G设备接入量并且会简化5G网络。

1.3.3 日本

日本无线工业及商贸联合会早在2013年就成立了5G研究组，这个研究组主要是对5G技术的构成以及5G能提供的服务和无线接入等进行研究。该组织在2015年公布了5G白皮书，主要是对5G技术的应对措施。NTT DoCoMo企业对于5G技术的积极研究，并希望在近几年内就能对5G技术进行商用。

日本对于5G研究的投入，主要希望通过振兴网络技术的完备性，提高日本在国际上的网络地位。日本曾表示到2020年要获得1500Mhz的频宽，这个计划也受到各个机构的关注。

1.3.4 韩国

韩国一直是网络大国，网速领先世界。韩国政府预计在2018年小面积使用5G技术，而在2020年大面积推广5G并领先于世界。

韩国研究机构已经对5G各类服务进行了定义，例如类型的多样化，数据量的大幅度增长以及终端的接入。对于这些研究还结合了当下的云计算和大数据，主要目的是使技术更加智能化、简单化和公共化。韩国5G论坛执行委员会主席Youngnam Han还表示在将举行冬奥会的平昌6GHz已基本确定，在冬奥会期间将会有一些5G业务试用。

1.3.5中国

我国为了紧跟国际步伐，研究5G技术。在2013年2月由工信部、发改委和科技部联合成立推进组，现在已有56家单位，是推动5G技术研究的主要平台。

在2015年2月11日，推进组发表了白皮书。白皮书中标志性的指标是关于Gbps速率，还有超密集组网、大规模天线阵列、新型网络架构和全频谱接入。超密集组网可以实现容量大幅提升，满足5G对容量需求。大规模天线阵列对5G的速率还有容量提供了支撑。新兴网络架构主要是基于SDN和云计算等技术的先进的5G网络。全频谱接入可以大幅减少5G网络对频谱资源的需求。

除此之外，华为、中兴等企业也进行了5G的研究。华为的主要目标技术是超宽带、传输延迟和海量设备。2016年6月华为宣布5G测试速度已经达到70Gbps。

2 车联网

车联网是移动互联网的一个领域，而移动互联网是互联网的一个领域。所以车联网也属于互联网，车联网和其他互联网方式不同，它的交互节点是车载电脑，车载系统通过无线网络进行连接，处理数据。

2.1 结构组成

车联网是智能交通领域最重要的组成部分。车联网属于物联网领域，有着物联网类似的属性。其结构组成和物联网没有太大的差别，和物联网一样，拥有感知层、网络层和应用层三个层次。

2.1.1 感知层

主要是对交通信息和机动车本身信息的感知和获取，通过无线网络，RFID，GPS来获取车辆、交通和道路状况、实时位置信息等，实现车与车、车与人和道路的互联，为系统提供可靠的、全面的信息采集功能，所以感知层可以称为车联网的神经末梢。

2.1.2 网络层

网络层的责任是处理感知层收集的数据，然后把信息传送到应用层，实现三个层次的数据互通的功能。网络层包含两部分，他们是接入网络和承载网络。接入网络一般指无线通讯网络，4G还有正在研发的5G，还包括WLAN和RFID等网络。承载网络包括运营商的电信网，还有广播网和交通信息网等。

2.1.3 应用层

应用层是三个层次中的最上层，这个层次和用户比较接近。应用层的主要作用是实现人与机器交互的任务，它会通过车辆承载的系统来获取交通、道路和位置等信息，实现车辆管理，道路状况分析和交通信息获取等功能，为智能交通的实现起着关键的节点作用。

2.2 发展阶段

2.2.1 导航阶段

这个阶段就是当下处于的阶段，汽车利用GPS等导航系统进行定位。由于比较孤立的使用定位系统，还有无线网络速度以及稳定性不能达到要求，所以该阶段局限性很大，总会出现定位问题，严重影响用户体验。这是车联网的初级阶段。

2.2.2 无线通讯和GPS的结合

这是车联网现阶段主要努力的方向。虽然现在的4G网络不能满足车联网对移动网络的要求，但是各个国家和机构都在研究的5G可以作为车联网的网络基础。利用机动车和5G的连接，可以实现自动驾驶、导航、救援和路况分析等服务。

2.2.3 车、人、网全面互动

这是一个未来的发展方向，利用大数据、云计算和人工智能等技术，智能化车辆系统。这个阶段车将变得非常智能化，很多问题可以智能解决，这也是人类发展的一个目标阶段。

2.3 技术要求

2.3.1 射频识别技术

车联网不同于普通物联网，它主要结合了RFID技术、数据库技术和中间件技术等。缔造了一个由RFID大量联网组成的庞大联网系统，比物联网更为复杂。而这些技术的基础和核心就是RFID射频识别技术，超高频RFID更是车联网方面急需掌握的重要技术。

2.3.2 传感技术

传感技术作为信息技术的三大支柱之一，在车联网中也起着重要的作用。传感技术的主要是对道路和交通、车辆的参数进行获取。传感技术也是信息获取的重要技术，车与网络交互的信息主要是由传感技术实现的。

2.3.3 移动网络技术

移动网络通讯技术是实现车联网重要的网络支撑。对于现在各个机构正在研发的5G技术，它的传输速度和低延迟都满足车联网的发展。无线技术是信息的传输中介，它会把传感器收集的信息传到服务器或者其他终端，实现信息和需求的交互。只要依靠合适的无线网络技术，车联网才能充分地实现交互。

2.3.4 GPS技术

定位技术现在有GPS还有我国的北斗系统，现在定位系统已经运用到我们的生活中了。车辆位置定位，对于扩展服务有着重要的作用，例如车辆行驶路线、交通路况的通知和附近车辆的行驶状况。实现更精准的车辆定位系统能减少交通事故的发生，方便车辆行驶，也是实现车辆精准服务重要的一环。

2.3.5 人工智能技术

人工智能是互联网的发展方向，也是车联网未来的主要技术之一。人工智能击败围棋高手已经证明了人工智能的前景远大，而车联网如果没有人工智能进行判定将会对信息处理不准确，降低效率。车联网中最主要的无人驾驶技术就需要人工智能的支撑，它会根据我们的需求还有信息判定最合适和安全的路线。道路上的智能摄像头，收费站等都会用到人工智能技术，这将使车联网节省很多时间，也会对违法行为进行很好的监视。

3 基于5G技术车联网的应用

随着交通对网络的要求越来越高，5G以灵活的网络架构可以满足各种各样的需求。5G有高速度、低延迟等优点，5G为基础的车联网将是未来的发展方向。下面是以5G技术车联网的应用发展。

3.1 无人驾驶

无人驾驶汽车已经有很多公司在研发，比如美国的谷歌公司和我国的百度公司。但是，无人驾驶现在是处于一种实验阶段，不能进行商用，一方面是因为没有成熟的网络技术进行支撑。5G的到来可以给无人驾驶技术提供可靠的支持，无人驾驶可以大幅度减少交通事故的产生，驾驶员不用过高的集中在驾驶上。在交通路况方面，车辆可以通过网络进行了解，选择最可靠的路段进行行驶，很大程度优化了交通路况，促使车辆及时做出合理、迅速的行为。

3.2 救援系统

车辆上装有操作系统和定位系统，如果发生了紧急的事故可以通过车载系统进行传递消息。消息通过云终端发送到救援中心，救援中心可以快速定位以及对周围路况进行分析。然后通知附近的车辆，防止其他车辆进入事故区。使救援人员更精准、更快速的进行救援，降低事故造成的损失。

3.3 交通管理

通过收集车辆、路况和天气等信息，对车辆进行传递。可以使车辆能了解这段时间的路况以及各个路段的状况。通过5G网络快速的传输速度，可以实时报告路况，各个道路上的收费站、监控等系统可以智能运行，有效地加快行驶效率并对犯罪追踪和预防暴力有很好的预防作用。

3.4 车载系统

车载系统是车联网方向重要的终端，它能对用户能起到更直接快捷的获取信息以及进行交互。在车载系统上可以安装实用的移动应用，这样可以更快捷的处理问题。移动应用不仅能快速的收集信息还能把当前的状态通过网络进行传递。在5G网络的支持下，车辆可以通过移动应用进行更快捷的操作，用户能在车上享受各种的应用，使旅途不那么枯燥。开发商可以根据用户需求开发更多的应用，丰富车上生活。在安全方面，更有针对性的应用可以更有效地控制车辆，使车辆更安全和稳定的行驶，保证车辆和交通的安全性。

4 结语

在这个被称为世界第三次工业革命的时代，物联网和移动互联网发展迅速。交通和车辆对网络要求越来越高，车联网的发展也越来越快。车辆网的未来发展前景巨大，很多的机构也正在研究车联网相关的硬件以及软件应用。像谷歌的无人汽车就是车辆网的一大突破。虽然，车联网有着各种各样的便利，但是受限于现阶段的网络技术限制不能很好地解决问题，比如交通信息交互，环境问题等。为了解决这个问题，正在研发并已经有进展的5G网络比较适合作为车联网的基础网络。5G有着高速度，低延迟，高稳定性的优点，作为车联网的支撑网络，车联网就会朝向更方便、更快捷和更安全的方向发展，最终融入我们的生活并成为我们生活中的重要一部分。