5G通信技術(shù)背景下物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用發(fā)展

包力泰

（內(nèi)蒙古廣播電視臺，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010）

導(dǎo)語

科技的進步，逐漸推進了中國互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展步伐，加快了通訊領(lǐng)域中的網(wǎng)絡(luò)運行速度。技術(shù)的持續(xù)更新改變了人們的生活方式，現(xiàn)階段，4G通信技術(shù)已滿足不了人們的日常生活要求，隨著5G通信技術(shù)誕生并進入迅速發(fā)展時期，5G成為當前通信領(lǐng)域發(fā)展的主流。

1.第五代移動通信技術(shù)

1.1 概念

第五代移動通信技術(shù)（5thGenerationMobileCommunic ationTechnology簡稱5G），優(yōu)勢有高速率、低時延和大連接，是實現(xiàn)人機IoT的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，是新一代寬帶移動通信技術(shù)。其傳輸數(shù)據(jù)的基站是新的IP地址，傳輸匯總信息給移動設(shè)備以確保數(shù)據(jù)安全。

1.2 特征

①傳輸速率高。5G通信技術(shù)的應(yīng)用之下，信息傳輸速率可到達10Gbps，是4G（100Mbps）的百倍，除此之外，5G網(wǎng)絡(luò)100MHz以上的寬帶，為信息傳輸速率的提高打下堅實的基礎(chǔ)。②信息容量大。5G網(wǎng)絡(luò)每平方千米可連接的設(shè)備數(shù)量超出4G的10倍[1]，并且具有較好的通信質(zhì)量，較強的通信可靠性，可充分滿足人口密集城市軌道交通的通信需要。③資源利用率高。5G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化，例如：端對端通信（D2D）的設(shè)計、自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的運用等，不但提高了信息的傳輸速率，而且有效提高了資源利用率，有助于構(gòu)建綠色化移動通信網(wǎng)絡(luò)體系。

2.物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)作為一種新興信息產(chǎn)業(yè)，也被稱為傳感器網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)用廣泛，在智能交通、工業(yè)生產(chǎn)、城市安全等方面有著獨特的優(yōu)勢。物聯(lián)網(wǎng)是一種將互聯(lián)網(wǎng)與物結(jié)合，交換信息，實現(xiàn)智能定位和監(jiān)督管理的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心不僅是“物聯(lián)網(wǎng)+”，而且是基于智能實現(xiàn)萬物互連的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用主要由三個結(jié)構(gòu)層實現(xiàn)：應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、感知層。[2]應(yīng)用層可以根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的需要來裁剪，許多功能可以通過基于平臺和服務(wù)的信息處理來實現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)層是信息傳輸?shù)闹匾诺溃挥芯W(wǎng)絡(luò)層的結(jié)構(gòu)能夠進行數(shù)據(jù)傳輸，所以網(wǎng)絡(luò)層是保障物聯(lián)網(wǎng)穩(wěn)定應(yīng)用的重要技術(shù)。感知層是物體網(wǎng)絡(luò)化的基礎(chǔ)，連接設(shè)備和對象，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的收集。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)廣泛應(yīng)用于人們的生產(chǎn)生活，為各行各業(yè)的人提供服務(wù)。之前由于4G通信技術(shù)的延遲、容量和速度的不足，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展受到了一定的限制。5G通信技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合，可以將物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展推向新的階段。

3. 5G背景下IoT的實際應(yīng)用

就目前而言，5G通信技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)得到了有效的結(jié)合，其技術(shù)的結(jié)合廣泛應(yīng)用于智能制造、無線醫(yī)療、智慧物流等多個方面，物聯(lián)網(wǎng)在與5G通信技術(shù)結(jié)合應(yīng)用的過程中充分利用了其低延遲的優(yōu)勢，高效可靠，促進了實際應(yīng)用的發(fā)展。以下是5G通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的一些較為普遍的應(yīng)用。

3.1 共享單車

在5G時代共享單車得到了更加有效的發(fā)展，其低延遲、高效的特點使得共享單車的使用更加便捷。

3.2 智慧物流

網(wǎng)購的發(fā)展使得對物流的要求增加，在4G時代我國的物流得到了一定的發(fā)展，但是在5G時代智能物流更加高效智能化，其低成本、大規(guī)模、深覆蓋等優(yōu)勢使物流的發(fā)展得到較為可觀的進步，在5G時代可以以低成本的形式完成商品的物流動態(tài)跟蹤以及實現(xiàn)對產(chǎn)品全部生命周期的管理。[3]為人們網(wǎng)上購物提供便捷也直接促進了我國網(wǎng)購行業(yè)的發(fā)展，有利于促進我國經(jīng)濟的發(fā)展。

3.3 智慧家居

在以往的IoT技術(shù)條件下，智慧家居設(shè)施離不開Wi-Fi的支持，而Wi-Fi的穩(wěn)定性較差，容易受外界干擾，使得IoT技術(shù)的智慧化發(fā)展受到制約。而5G技術(shù)的應(yīng)用，使得家居智能設(shè)備可以突破Wi-Fi的制約，也無需安裝配套的網(wǎng)關(guān)、路由器等設(shè)施，促進了智慧家居的輕量化，增強了智慧家居用戶體驗，有助于IoT的商業(yè)化。[4]5G通信技術(shù)所帶來的商業(yè)化優(yōu)勢，IoT智慧技術(shù)將得到更加全面的應(yīng)用普及，推動IoT時代的發(fā)展。

3.4 無線醫(yī)療—具備力反饋的遠程診斷

近年來，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用較為廣泛，其在醫(yī)療行業(yè)的應(yīng)用也較為常見，作為5G通信技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，無線醫(yī)療的應(yīng)用為人們帶來很大的便利。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在醫(yī)療設(shè)備中的使用不斷增加，但是對遠程控制時通信質(zhì)量的要求也更加的嚴格，在4G通信時代，其信號質(zhì)量問題會影響整個診療過程的延續(xù)性以及安全性，而在5G網(wǎng)絡(luò)下的信號質(zhì)量得到了很大程度的提高，其網(wǎng)速快、低延遲、可靠，以及診斷過程中看到的圖片及視頻有著高分辨率，能夠使得醫(yī)生在進行遠程診斷時及時準確地判斷患者的病情，并且利用無線醫(yī)療中高精度的反饋，使用遠程醫(yī)療器械進行科學(xué)的手術(shù)操作，為患者提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)體驗。[5]

3.5 車聯(lián)網(wǎng)—遠程駕駛

近年來，遠程駕駛的構(gòu)想多樣，隨著5G通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的高效應(yīng)用，遠程駕駛與人們?nèi)粘Ｉ畹穆?lián)系也日益緊密。遠程駕駛主要能夠方便人們的出行，在其駕駛過程中可以提供智能服務(wù)，譬如針對駕駛?cè)艘蚍N種原因而不方便駕駛的情況，遠程駕駛可以提供出租車服務(wù)，作為車聯(lián)網(wǎng)的重要應(yīng)用場景之一的遠程駕駛場景與5G通信技術(shù)相結(jié)合，利用5G通信技術(shù)自身的低延遲、高效、可靠等優(yōu)勢有效解決駕駛過程中車輛遇到復(fù)雜事件時的控制問題，保證駕駛的安全性。在5G通信技術(shù)支持下，自動駕駛方案也能夠得以實現(xiàn)，可以利用5G技術(shù)優(yōu)勢將自動駕駛車輛的感知、決策、控制功能模塊都上升到邊緣云上，依托邊緣云的計算能力進行處理并下發(fā)，減少駕駛對車載傳感器的依賴?？梢栽诤笈_生產(chǎn)調(diào)度中心實現(xiàn)對車輛的控制，監(jiān)控工作，車聯(lián)網(wǎng)遠程駕駛的應(yīng)用，不僅有利于提高駕駛安全性，保障人們的生命安全而且很大程度上促進了汽車行業(yè)的發(fā)展，方便人們出行的同時為汽車行業(yè)帶來更多的經(jīng)濟利益。[6]

3.6 MIMO技術(shù)應(yīng)用，優(yōu)化各行業(yè)交通管理效率

大規(guī)模MIMO技術(shù)是5G無線通信的主要實現(xiàn)技術(shù)之一。基站上的許多天線單元提供額外的自由度以提高吞吐量，并提供足夠的波束形成增益以提高覆蓋范圍。在實際應(yīng)用中，許多天線元件可以裝配在多個天線板上以降低成本和節(jié)省電源。多面板MIMO將是毫米波的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的發(fā)展方向，并且通過引入新的參考信號、測量和報告程序，NR可以實現(xiàn)多面板天線陣列的操作。[7]兩個獨特的NRMIMO特性，即模塊化和高分辨率信道狀態(tài)信息收集和波束管理區(qū)分NR和LTE。模塊的框架由資源設(shè)置、CSI報告設(shè)置和量度設(shè)置三個組件構(gòu)成，其將資源的設(shè)置與報表的設(shè)置相關(guān)聯(lián)。這些設(shè)置用作允許網(wǎng)絡(luò)定制UE的CSI測量和報告的構(gòu)建塊。為了建立和維持數(shù)據(jù)傳輸和接收的鏈路，波束管理使得網(wǎng)絡(luò)能夠使用物理層測量鏈路質(zhì)量報告來執(zhí)行波束交換。波束管理尤其適用于超過6GHz的頻率規(guī)劃，并且GNB和UE使用窄波束進行數(shù)據(jù)傳輸和接收。這種波束管理還可以應(yīng)用于6GHz以下的多縱波、多回波狀況，并且結(jié)合CSI收集使用，波束管理可以建立網(wǎng)絡(luò)和UE之間的無縫和低延遲鏈路來進行數(shù)據(jù)傳輸。需要注意的是，超過6GHz的多縱波、多回波， 許多窄帶模擬波束被用于數(shù)據(jù)傳輸，并且在某些情況下需要頻繁的波束轉(zhuǎn)換。[8]當通過波束管理建立鏈路時，CSI捕獲可以幫助網(wǎng)絡(luò)的鏈路自適應(yīng)。在航空、工業(yè)4.0等方面，可以應(yīng)用MIMO技術(shù)建立確保無中斷通信的多條物理鏈路，或者可以為巨量的機器提供高效了解方案。

3.7 NR射頻收發(fā)器，優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)感知速率

NR射頻收發(fā)器特性與擴展5G系統(tǒng)的頻帶相關(guān)聯(lián)。由于目標頻帶的范圍很廣，因此新的無線需要靈活的頻譜在不同的頻譜分配中操作。光譜靈活性應(yīng)用于前一代無線接入技術(shù)，但在NR的開發(fā)和部署中變得更重要。這種光譜的靈活性表明在非常寬的連續(xù)光譜或非連續(xù)光譜中，可以擴展不同大小的頻率塊和資源分配，并且該頻率塊的形式包括非配對頻帶和不同頻帶內(nèi)與不同頻帶之間不同光譜塊的集合。[9]降低功耗是網(wǎng)絡(luò)實體和設(shè)備設(shè)計的重要目標，但是由于設(shè)備的供電能力有限，因此降低功耗對設(shè)備來說尤其重要。新的NR特性影響UE的主要硬件組件的功率消耗，例如天線調(diào)諧單元、射頻前端、RFIC、基帶調(diào)制解調(diào)器和應(yīng)用程序處理器。射頻前端設(shè)備的集成可以顯著降低模擬和混合信號處理的“插入”損耗，并提高功率效率。與LTE相比，NRUE調(diào)制解調(diào)器中的基帶處理必須處理反映在以最高數(shù)據(jù)速率增加的功率消耗中顯著增加的數(shù)據(jù)量。而NR射頻收發(fā)器的發(fā)展和應(yīng)用，便可以優(yōu)化遠程自動抄表、汽車傳感器監(jiān)視、工業(yè)自動化、遙測系統(tǒng)等物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。[10-12]以遙測的應(yīng)用為例，它可以增強無人機器、遠程設(shè)備的響應(yīng)速率，使得相關(guān)工作更有效地開展。

4.物聯(lián)網(wǎng)在5G通信技術(shù)背景下的發(fā)展前景

4.1 加快IoT商業(yè)化進程

在IoT產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展過程中，加強5G通信技術(shù)的使用，充分借助5G通信技術(shù)的優(yōu)勢和相關(guān)的技術(shù)模型，將各類通信手段和通信措施進行有效轉(zhuǎn)化，從而保障產(chǎn)業(yè)鏈轉(zhuǎn)型目標能夠高效穩(wěn)定實施。在IoT產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中，要加快商業(yè)化發(fā)展進程，通過將IoT產(chǎn)業(yè)鏈與商業(yè)化進程進行有效融合，確定基本的發(fā)展思路，可實現(xiàn)對原有通信技術(shù)手段的全面改造。在5G通信技術(shù)的實際應(yīng)用中加強IoT的改造，使得原有用戶能夠產(chǎn)生更新更強的通信感受，不斷豐富其通信體驗，獲得人們的支持和幫助。[13]進一步融合5G通信技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈，將5G通信技術(shù)的優(yōu)勢全面發(fā)揮出來，改變?nèi)藗兊纳罘绞健?G技術(shù)相較于以往的通信技術(shù)，其發(fā)展能夠構(gòu)建一個新的交互方式，能提升使用者的通信體驗。在5G通信技術(shù)未來發(fā)展過程中，將會實現(xiàn)多元化的連接和發(fā)展狀態(tài)，這對IoT產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展會帶來一定的推動作用和積極影響。因而在IoT產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展過程中，要加快商業(yè)化發(fā)展進程，以綜合通信技術(shù)發(fā)展不斷調(diào)整其發(fā)展模式和發(fā)展戰(zhàn)略，加強改革與創(chuàng)新。

4.2 有效擴大IoT規(guī)模

在5G通信技術(shù)的應(yīng)用過程中，IoT通信的范圍逐漸拓寬，受眾群體的數(shù)量在急劇增加，并最終實現(xiàn)全球覆蓋。通過加強5G通信技術(shù)的使用，有效擴大IoT市場化規(guī)模，不斷增加受眾群體，提高IoT市場的總額。為了保障IoT規(guī)模能夠迅速擴大，在實際的發(fā)展過程中要實現(xiàn)全方位、多層次的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和網(wǎng)絡(luò)通信。通過加強網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)與網(wǎng)絡(luò)通信有效加強人們之間的溝通和交流，采用相應(yīng)的技術(shù)支持，不斷擴大IoT的規(guī)模。所以在IoT產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展中，需將5G通信技術(shù)的優(yōu)勢全面發(fā)揮出來，全面且科學(xué)的應(yīng)用5G通信技術(shù)的優(yōu)勢，提升全方位的網(wǎng)絡(luò)升級效果，實現(xiàn)通信多元化。

4.3 加快IoT產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度

IoT產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進入了一個較快的發(fā)展階段，其中離不開通信技術(shù)的推動作用。IoT行業(yè)在過去五年已經(jīng)超出了29%的CAGR占比，整體的市場規(guī)模還在不斷擴大。[14]在IoT產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展過程中，許多專用設(shè)備還在不斷優(yōu)化與改進，為人們提供了一個良好的體驗，通過加強5G通信技術(shù)的使用，不斷增強通信技術(shù)的及時性、精確性和準確性，有效提升互聯(lián)網(wǎng)信息傳輸?shù)臅r效性。在IoT產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展過程中，加強5G通信技術(shù)的使用，有效提高信息傳輸?shù)乃俾剩涌霫oT產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展速度，利用5G通信技術(shù)為IoT產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展提供相應(yīng)的技術(shù)動力和支持。在IoT產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展過程中，則需要相關(guān)的技術(shù)人員和通信技術(shù)企業(yè)能夠加強對5G通信技術(shù)應(yīng)用效果的探究，綜合目前發(fā)展狀況以及5G通信技術(shù)實際應(yīng)用狀況，加強5G通信技術(shù)的實踐應(yīng)用，有效加快IoT產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。

結(jié)語

在新的時代背景下，我國的5G通信技術(shù)初步取得了發(fā)展，并且已經(jīng)投入商用，然而距離普及還有很長的一段路要走。5G通信技術(shù)的應(yīng)用，有效地解決了過去物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展存在的問題，使物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展邁進了新階段，從根本上改變了物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展模式，使之朝著更加高效更加穩(wěn)定的方向發(fā)展。在今后的工作中，有關(guān)人員應(yīng)結(jié)合工作經(jīng)驗及物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展需求，對物聯(lián)網(wǎng)形勢下的5G通信技術(shù)應(yīng)用進行進一步探究。