物聯(lián)網(wǎng)形勢(shì)下的5G通信技術(shù)應(yīng)用

林章源

（廣東省電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司福州分公司，福建 福州 350001）

0 引 言

目前，5G通信技術(shù)仍在不斷發(fā)展。隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的不斷普及，4G通信已經(jīng)在各個(gè)行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用和認(rèn)可。5G通信技術(shù)的發(fā)展則拓寬了物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用范圍，并且充分發(fā)揮了信息技術(shù)自身的優(yōu)勢(shì)，為人們提供了更多的便利。

1 5G通信技術(shù)的概述

1.1 概念和特征

1.1.1 概 念

目前，5G通信技術(shù)受到了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注，其中蜂窩移動(dòng)技術(shù)的最新技術(shù)就是5G通信技術(shù)。5G通信技術(shù)有著更高的應(yīng)用價(jià)值和更少的空間限制，有效提高了數(shù)據(jù)傳輸效率。如圖1所示，5G通信技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸速度能夠達(dá)到1 Gb/s以上。5G通信技術(shù)的實(shí)際研究目的是提高數(shù)據(jù)傳輸效率的同時(shí)更好地節(jié)省用戶資源，進(jìn)一步降低通信技術(shù)的成本。5G通信技術(shù)在提高系統(tǒng)容量的同時(shí)，能夠更好地與許多大型設(shè)備實(shí)現(xiàn)有效連接[1]。

圖1 歷代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)

1.1.2 特 征

聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)傳輸速度決定了互聯(lián)網(wǎng)中信息傳送的速度和信息傳輸質(zhì)量。聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)量越多，網(wǎng)絡(luò)需要覆蓋的面積就越大，同時(shí)需要穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。由于目前聯(lián)網(wǎng)設(shè)備成本較高且數(shù)量并不多，會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁堵現(xiàn)象。未來會(huì)增加聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)量，同時(shí)增加5G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面積，進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。此外，5G通信技術(shù)能夠容納多樣化的信息系統(tǒng)，如應(yīng)急信息系統(tǒng)，使得5G通信技術(shù)需要承擔(dān)更多的社會(huì)責(zé)任。5G通信技術(shù)無論是在網(wǎng)絡(luò)延遲方面還是網(wǎng)絡(luò)可靠性方面，都比4G通信技術(shù)具有更優(yōu)的性能，因此可以將5G通信技術(shù)應(yīng)用在一些金融行業(yè)，提高金融交易的安全性和信息數(shù)據(jù)的可靠性。如圖2所示，5G通信技術(shù)還有許多特征指標(biāo)能夠更好地為用戶提供網(wǎng)絡(luò)支持。

圖2 5G通信技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)

1.2 優(yōu) 勢(shì)

隨著便攜式設(shè)備的不斷普及，人們對(duì)移動(dòng)數(shù)據(jù)的需求也在不斷提高，也給數(shù)據(jù)傳輸速率和帶寬容量帶來了巨大挑戰(zhàn)。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)在未來不僅需要給人們提供數(shù)據(jù)信息服務(wù)，還需要滿足人們隨時(shí)隨地使用高速網(wǎng)絡(luò)的需求。此外，目前使用的4G通信技術(shù)的頻譜有限，而5G通信技術(shù)能提高頻譜利用率，能夠滿足個(gè)人消費(fèi)者和相關(guān)行業(yè)對(duì)高帶寬的需求。5G通信技術(shù)支持海量機(jī)器連接，可以很好地支持物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用，并且具備高可靠性和超低時(shí)延的優(yōu)勢(shì)，可以將網(wǎng)絡(luò)延遲降到毫秒級(jí)。這些優(yōu)勢(shì)為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支持。

1.3 5G通信技術(shù)發(fā)展的價(jià)值

1.3.1 5G通信技術(shù)的發(fā)展價(jià)值體現(xiàn)在云信息方面

在大數(shù)據(jù)時(shí)代，人們被海量的信息數(shù)據(jù)所包圍。如何在龐大的數(shù)據(jù)庫(kù)中找到人們需要的信息，如何將復(fù)雜的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行科學(xué)管理，已經(jīng)成為如今的技術(shù)需要首先解決的難題。相關(guān)企業(yè)必須在5G通信技術(shù)云信息的基礎(chǔ)上建造相對(duì)應(yīng)的物聯(lián)網(wǎng)工程，如百度旗下的百度云盤，提供給每個(gè)用戶一定的存儲(chǔ)空間。這就是所謂的網(wǎng)上硬盤，用戶將私人文件和重要文件存儲(chǔ)在百度云盤，其他用戶不僅可以通過關(guān)鍵詞搜索到該用戶的云盤數(shù)據(jù)，還能夠在用戶允許的情況下實(shí)現(xiàn)信息共享。目前，市場(chǎng)中主流的共享經(jīng)濟(jì)模式，是借助5G通信技術(shù)下的云信息實(shí)現(xiàn)的。

1.3.2 5G通信技術(shù)能夠很好地幫助工業(yè)和農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)發(fā)展

工業(yè)方面以采礦行業(yè)為例。4G通信技術(shù)在該領(lǐng)域的使用主要表現(xiàn)在能夠很好地利用電子技術(shù)，使得管理人員處理采礦相關(guān)事務(wù)的過程更簡(jiǎn)便快捷。而5G通信技術(shù)則能夠進(jìn)一步提高采礦工作的安全性，能夠?qū)崿F(xiàn)礦洞和地面的信息互聯(lián)，可以通過電子設(shè)備檢測(cè)具體的工程進(jìn)度、礦產(chǎn)在地下分布的范圍以及人們的具體活動(dòng)情況。這種信息監(jiān)測(cè)工作不僅能夠預(yù)先了解采礦工作范圍內(nèi)的地層運(yùn)動(dòng)，還能有效避免采礦工人盲目開采而造成的一系列安全事故，同時(shí)能夠在信息互聯(lián)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)采礦指導(dǎo)工作，從而提高采礦速度，縮短工程進(jìn)度。

農(nóng)業(yè)方面，一些發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)利用移動(dòng)通信技術(shù)來檢測(cè)農(nóng)業(yè)發(fā)展的計(jì)劃。在未來農(nóng)業(yè)技術(shù)大力發(fā)展的背景下，利用5G通信技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)作物與電子設(shè)備之間的信息互聯(lián)，將農(nóng)作物本身的生長(zhǎng)狀態(tài)轉(zhuǎn)化為電子數(shù)據(jù)，配合大棚種植技術(shù)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物的智慧生長(zhǎng)。

2 5G通信技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合應(yīng)用

互聯(lián)網(wǎng)作為物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)，連接著各種信息化終端設(shè)備。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不僅能夠連接信息，還能夠連接人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)方面。與物聯(lián)網(wǎng)連接的各方面數(shù)據(jù)，如圖3所示。物聯(lián)網(wǎng)主要使用局域網(wǎng)接入網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)傳輸速度會(huì)受到設(shè)備數(shù)量的影響，時(shí)常出現(xiàn)速度緩慢和網(wǎng)絡(luò)延遲高等現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致管理員無法及時(shí)獲取數(shù)據(jù)信息，甚至出現(xiàn)安全問題。而通過5G通信技術(shù)使終端感知并獲取信息，不僅能夠簡(jiǎn)化管理員操作，還能通過計(jì)算機(jī)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)提高系統(tǒng)獲取信息的及時(shí)性和可靠性。物聯(lián)網(wǎng)與5G通信技術(shù)結(jié)合應(yīng)用，只需要適當(dāng)更新現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)就能夠?qū)崿F(xiàn)較高的管理水平。特別是物聯(lián)網(wǎng)接入5G通信技術(shù)設(shè)備后，可以在原有的設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)布局的基礎(chǔ)上工作，極大地節(jié)省了時(shí)間和空間資源，具有很高的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，在提高數(shù)據(jù)傳輸速度和信息準(zhǔn)確性的同時(shí)，能夠節(jié)省整體的運(yùn)行成本[2]。

圖3 數(shù)據(jù)傳輸

3 物聯(lián)網(wǎng)形勢(shì)下的5G通信技術(shù)

3.1 高頻段通信技術(shù)

隨著物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展，它已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域獲得應(yīng)用，提高了物聯(lián)網(wǎng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)容量和傳輸速度的要求。傳統(tǒng)的通信技術(shù)的工作頻段多保持在3 GHz以內(nèi)，以滿足各種簡(jiǎn)單的需求。如果出現(xiàn)較大范圍的線上活動(dòng)，很容易在數(shù)據(jù)傳輸過程中出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁堵和妨礙用戶操作的情況，同時(shí)會(huì)造成傳輸中斷和失真等現(xiàn)象。這些問題極大降低了用戶的物聯(lián)網(wǎng)使用體驗(yàn)，也增加了其工作復(fù)雜度。5G通信技術(shù)的高頻段傳輸技術(shù)工作頻段可高達(dá)幾十吉赫茲，帶寬最高可達(dá)400 MHz，可極大提高傳輸速率。同時(shí)，5G通信技術(shù)能夠縮小物聯(lián)網(wǎng)的體型，其設(shè)備也向著體積小和消耗資源少的方向發(fā)展，以提高資源的重復(fù)利用率。

3.2 直接通信技術(shù)

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)逐漸向著多元化服務(wù)方向發(fā)展，移動(dòng)通信系統(tǒng)構(gòu)建通信網(wǎng)時(shí)，主要利用固定站點(diǎn)的分布來實(shí)現(xiàn)構(gòu)建目標(biāo)。若想在數(shù)據(jù)傳輸量較大的情況下有效提高數(shù)據(jù)傳輸速率，需要設(shè)置一定數(shù)量的基站。例如，需擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋面，需要基站覆蓋面積較大、數(shù)量較多，并且還能保持自身的穩(wěn)定性，這對(duì)建設(shè)基站的相關(guān)材料設(shè)備提出了高要求。若要進(jìn)一步擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面，需要在技術(shù)實(shí)際運(yùn)用過程中解決傳統(tǒng)基站的一些限制性問題，同時(shí)要考慮到用戶對(duì)通信技術(shù)的實(shí)際需求。直接通信技術(shù)可借助基站來完成，也可在無蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋下進(jìn)行，從而形成一個(gè)覆蓋面積較廣的網(wǎng)絡(luò)社區(qū)。借助直接通信技術(shù)能夠提高物聯(lián)網(wǎng)的信息傳輸速率和質(zhì)量，并且使得通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不再受到空間的限制，進(jìn)一步提高了網(wǎng)絡(luò)連接的靈活性和穩(wěn)定性[3]。

3.3 超密集組網(wǎng)通信技術(shù)

5G通信技術(shù)不同于4G通信技術(shù)，通信產(chǎn)生的流量更高。想要充分利用5G通信技術(shù)的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，需要了解并掌握5G通信技術(shù)的技術(shù)原理。5G通信技術(shù)本質(zhì)上是多種無線接入技術(shù)的有機(jī)融合，包含了這些技術(shù)的各種內(nèi)容，所以信息傳輸速率和儲(chǔ)存容量得到了大幅度提升。通過密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)拓展5G通信技術(shù)的應(yīng)用范圍和系統(tǒng)容量空間，可使其具有容量大、速度快的特點(diǎn)，提高了信息系統(tǒng)的靈活性，從而更好地滿足其使用需求。通過密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以充分利用一些意想不到的空間區(qū)域，從而促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的互相融合，全面提高節(jié)點(diǎn)信息傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，進(jìn)一步擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)空間和覆蓋面積。

3.4 智能化網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)形勢(shì)下的5G通信技術(shù)的應(yīng)用主要借助于物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，而物聯(lián)網(wǎng)的核心是互聯(lián)網(wǎng)。5G通信技術(shù)的核心是互聯(lián)網(wǎng)中的一種云計(jì)算平臺(tái)，其中大型服務(wù)器為主要構(gòu)成部分。大量的信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行南到y(tǒng)后被集中處理。云計(jì)算平臺(tái)由多個(gè)服務(wù)器構(gòu)成，具有十分強(qiáng)大的計(jì)算能力。平臺(tái)與終端和基站之間通過交換機(jī)連接，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和信息傳輸?；疽簿哂写罅康拇鎯?chǔ)容量和計(jì)算能力，能夠處理大量的數(shù)據(jù)，可以通過選擇不同的頻段給用戶提供相關(guān)的數(shù)據(jù)信息服務(wù)[4]。

4 結(jié) 論

在物聯(lián)網(wǎng)形勢(shì)下，5G通信技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用面臨著新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。5G通信技術(shù)應(yīng)用范圍廣泛，具有連接容量大、傳輸速率快以及可靠性高時(shí)延低的特點(diǎn)，同時(shí)具有強(qiáng)大的連接功能和數(shù)據(jù)信息處理功能，有利于促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)的自動(dòng)化和智能化發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)與5G通信技術(shù)的結(jié)合開辟了物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的新道路，因此具有十分廣闊的發(fā)展空間。