5G無線技術在工業(yè)設備中的應用研究

徐千淞，顏暉，田詩韻，蒲艷蘭

（1.重慶信息通信研究院，重慶 401336；2.重慶中科云從科技有限公司，重慶 401336）

0 引言

隨著我國科技的不斷發(fā)展，科學產品在我們的生活與工業(yè)中有著其一席之地。5G無線通信技術在4G無線通信的基礎上，對其進行了更高的技術改進與完善，從而達到網絡速度更快、帶寬更大等目的。除此之外，WiFi作為當今社會最常用的無線網絡傳輸技術，其經過了長時間的更新?lián)Q代，現(xiàn)如今5G無線WiFi有著有效避免網絡信號堵塞并將數(shù)據(jù)快速的傳送、實現(xiàn)網絡供電節(jié)省獨立電源和有著良好的信號抗干擾能力強等優(yōu)勢。

1 5G無線通信技術

1.1 定義

5G通信技術指的是在世界范圍中，無線通信技術發(fā)展到了第五帶階段。5G無線通信技術通過一次次的升級與改造，使得各項藝術技能得到重大的優(yōu)化。其在4G原有處置上朝著網絡多元化、寬帶化、智能化等發(fā)現(xiàn)發(fā)展，并且其最主要運用的通訊技術為無線納米技術、隱私性和保密通信技術等?，F(xiàn)如今，大家對于個人隱私的重視度非常的高，而5G技術無線通信保密技術對于隱私性和網絡安全性有著高度的重視。5G通信技術除了能夠實現(xiàn)大幅提升通信速度和降低大量網絡資源的消耗，而且還能夠有效解決用戶在傳輸信息中對于個人隱私的保護問題[1]。

1.2 5G無線通信技術的特點

（1）傳輸速率快。5G通信技術作為目前較為先進的移動通信電子技術，其在出口傳輸方面較其他通信電子技術有著更快的速度，能夠實現(xiàn)秒傳125MB。根據(jù)相關研究，5G通信技術基本實現(xiàn)了將移動通信電子技術產品的出口和傳輸速度幅度同步提升。

（2）兼容性好。5G無線技術與之前的玩過通信無線技術相比而言，5G無線技術具有更好的兼容性。5G網絡通信無線技術應用平臺除了支持將多種新型網絡無線通信應用技術融合并使用，而且害能夠使得此類應用無障礙的實現(xiàn)無線接入網、WiFi等無線通信技術，極大地拓展了無線服務網絡，并且提升其網絡兼容性。此外，現(xiàn)如今移動支付在我們的生活之中隨處可見，5G幣技術能夠極大的提高網絡支付的安全，實現(xiàn)網絡支付更加安全。

（3）系統(tǒng)性得到提升。移動無線通信的系統(tǒng)性能一直以來都受到大眾的大度重視。隨著社會與科技的不斷發(fā)展，人們對于無線通信技術的要求也在不斷地提高，在社會不斷地發(fā)展的過程中，5G無線通信技術的相關人員也在跟著社會發(fā)展的腳步，不斷地對5G通信網絡技術進行完善，從而更好地滿足社會對其的需求。5G無線通信技術有著非常多的先進技術作為支撐，而信息傳輸性能和穩(wěn)定性能也是其技術支撐之一，甚至也是其核心技術，是5G無線通信技術能夠得到更好發(fā)展的關鍵，但與此同時，信息傳輸性能與穩(wěn)定性也是5G無線通信技術難以攻克的難題之一。為了滿足消費者的生活與工作需求，相關工作人員對其一直進行優(yōu)化與改性，使得5G無線通信技術功能能夠多元化，使得其整體都能夠得到提高，更好地滿足生活與生產的需求[2]。

（4）信息利用率高。目前為止，雖然4G無線通信技術發(fā)展幾近成熟，但5G無線通信技術的發(fā)展是基于4G無線通信，因此，4G無線通信技術與5G無線通信技術在一些功能運用方面會有相似，但是5G無線通信有著4G通信而不具有的特殊功能，仍然會有較大差距并且5G無線通信技術有著更大的優(yōu)勢。研究表明，4G無線通信技術其相關信息使用率并不高，非常多的資源被閑置而浪費。但是5G無線通信技術其信息使用率相較于4G無線通信技術而言，有著非常大的進步，其能夠將閑置的信息資源充分的利用。除此之外，5G無線通信技術能夠將出現(xiàn)高頻率的無線電波的穿透能力提高，從而大大增加無線通信技術的信息傳輸速度，使得無線信號傳輸質量與速度得到了一定的保證。此外，5G無線通信技術其成本相較于其他無線通信技術更低。移動無線通信技術其從一開始到現(xiàn)如今，不斷的更新?lián)Q代，并且每一代都能夠比上一代更加健全與完整。但是對于4G無線通信技術而言，其技術相較于上一代更加的完善，但其成本卻相較于前幾代的移動無線通信技術并沒有特別大的差別。然而，5G無線通信技術其不僅是在技術方面更健全和完善，而且在運營成本方面，也比前幾代更低[3]。

（5）拓展聯(lián)網設施。移動通信技術是否能夠同時的接入設備與移動通信技術是否能夠得到快速且高質量的發(fā)展有著非常大的聯(lián)系。目前為止4G無線通信技術在同一時間能夠接入的設備數(shù)量最高為500，與此同時，隨著我國社會的不斷發(fā)展，人口的不斷增多與人們的消費需求不斷地提高，傳輸過程中需要的能量要求也在不斷地增加，而4G無線通信技術在同時間接入500設備并不能夠滿足現(xiàn)如今的需求。而5G無線通信技術相較于4G無線通信技術能夠同一時間接入更多的設備數(shù)量，拓展更多的聯(lián)網設備，更好地滿足人們的需求。

2 5G無線通信技術的關鍵技術

2.1 多輸入多輸出（MIMO）技術

多輸入多輸出技術主要是為系統(tǒng)提供空間復用增益和空間分集增益。頻譜利用率越高，無線信道的性能便越能夠得到提升，從而提高無線系統(tǒng)的容量和可覆蓋的范圍。由于多輸出多輸入技術的信道容量能夠隨時隨地手法天線數(shù)中的最小值，因此多輸出多輸入技術還被稱為多天線技術。多輸入多輸出技術在5G無線通信技術中增加更多的天線數(shù)，從而使得通信能夠更加的自由化以及能夠接收到更多形式的信息。

2.2 D2D通信技術

傳統(tǒng)無線通信技術通常是將基站為網絡中心，并圍繞著基站對網絡系統(tǒng)進行組織，最終在某一個范圍內處于網絡的輻射范圍之中，但是圍繞著基站進行組織，其靈活性在一定程度上受到了限制。而5G無線通信技術將D2D作為蜂窩系統(tǒng)的近距離數(shù)據(jù)直接傳輸技術，順利解決了傳統(tǒng)的無線通信技術缺乏靈活性這一局限性。5G無線通信技術中的D2D能夠使得通信數(shù)據(jù)不需要通過一個信號站對數(shù)據(jù)進行二次轉發(fā)，而是在終端設備中直接進行傳輸，能夠減輕基站運載負擔并且能夠降低數(shù)據(jù)傳輸延時，其可覆蓋面積范圍也能夠得到擴大[4]。

2.3 綠色通信技術

綠色通信技術在信息能夠在信息傳遞的過程中降低所消耗的能源并且其效率也能夠得到提高。到目前為止，4G無線通信技術其在信息傳輸?shù)倪^程中其能耗仍然是較大的，占中國總產業(yè)能源消耗的3%，而要實現(xiàn)綠色通信技術對于4G無線通信技術而言將會是一個大的挑戰(zhàn)。隨著我國的不斷發(fā)展，人口不斷增多，對于能源的消耗也將會增減增加，降低能源的消耗有其必要性。5G無線通信技術中的綠色通信技術不僅僅能夠使得數(shù)據(jù)的傳輸速度得到提高，還能夠降低在傳輸過程中所需要使用的能源，使得5G無線通信技術能夠可持續(xù)健康發(fā)展。

3 5G無線通信技術在物聯(lián)網工業(yè)中的應用

3.1 實時監(jiān)測與控制

實時監(jiān)測與監(jiān)控對于工業(yè)的發(fā)展有著非常的影響，而5G無線通信技術實現(xiàn)的實時監(jiān)測與監(jiān)控對工業(yè)的發(fā)展有著巨大的貢獻，實時監(jiān)測與控制其不僅能夠使得相關1管理者能夠實時了解工業(yè)的內部狀況并且能夠在出現(xiàn)問題時及時發(fā)現(xiàn)并將其解決，而且還能夠為工廠節(jié)省大量的人力物力，提高工作人員的工作效率。

3.2 實現(xiàn)全面互聯(lián)、互通平臺

5G無線通信技術不僅能夠提高信息傳輸?shù)乃俣榷疫€能夠降低在傳輸過程中對于所需能源的需求，5G無線通信技術能夠為工業(yè)的生產提供更高質量的網絡通信保障。傳統(tǒng)無線通信技術在工業(yè)生產運用中，其常常會出現(xiàn)網絡故障、網絡慢、信號遭受到干擾等現(xiàn)象，在一定程度上對工廠的生產效率造成阻礙。5G無線通信技術的使用能夠使得企業(yè)擁有一個平臺，其平臺能夠讓企業(yè)對設計與生產等進行優(yōu)化，使得企業(yè)在對技術創(chuàng)新方面沒有對通信方面的憂慮。

3.3 保證工業(yè)系統(tǒng)穩(wěn)定性

工業(yè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性受到無線通信技術網絡的影響，傳統(tǒng)通信網絡在信息傳輸?shù)倪^程中，常常會因為其網絡狀態(tài)差而導致工業(yè)系統(tǒng)癱瘓等現(xiàn)象，當工業(yè)系統(tǒng)出現(xiàn)癱瘓并且沒有對其進行預防措施時，則會導致數(shù)據(jù)丟失，從而生產的流程也會導致中斷等，最終對該工廠造成經濟損失。5G無線通信網其能夠讓傳輸速度更加快速，網絡狀態(tài)較傳統(tǒng)無線通信網更好，能夠最大程度的滿足工廠對于通信網絡的需求，除此之外，5G無線網絡還能夠降低受到通信穩(wěn)定性以及網絡延時因素的影響。

3.4 遠程操控精準度

遠程操控技術在自動化控制行業(yè)的發(fā)揮著重大的作用，在一定程度上能夠降低時間與空間對其的影響，節(jié)省人力物力。在工廠中，為了使得機床設備在傳輸數(shù)據(jù)的過程中能夠有一個穩(wěn)定的狀態(tài)，通常情況下會將機床與終端連接，從而達到一個穩(wěn)定。由于工廠中機床數(shù)量較多，如果使用傳統(tǒng)的通信光纜將機床設備與終端連接，則可能會導致工程內部的結構復雜并且占用大量工廠用地。除此之外，傳統(tǒng)通信光纜有延時性，降低工業(yè)生產的精準度。而5G無線通信網絡能夠確保工廠對于生產的實時監(jiān)控，保證了工業(yè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，除此之外，5G無線通信技術還能夠對高清的3D視頻進行傳輸，大大提高了遠程操控的操作精度[5]。

4 結語

綜上所述，隨著我國科技的不斷發(fā)展，5G無線通信技術也將越來越成熟。5G無線通信技術作為一個高速度、低延時、低耗能的技術，在我國工業(yè)運用的過程中，增加對于5G無線通信技術相關技術與應用，對我國工業(yè)發(fā)展起著極大的促進作用。