探討物聯(lián)網(wǎng)形勢(shì)下的5G通信技術(shù)

肖 雨，柏青青，陳 鑫

（中國(guó)信息通信研究院西部分院重慶信息通信研究院，重慶 401336）

0 引 言

隨著互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來，4G通信技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，逐漸發(fā)展成為人們生產(chǎn)生活和社會(huì)發(fā)展的重要組成部分[1]。同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也得到了廣泛應(yīng)用和普及，對(duì)各行業(yè)以及人們的生活帶來了深遠(yuǎn)影響。新時(shí)代背景下，物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的依賴程度日漸顯著。通信技術(shù)只有實(shí)現(xiàn)多個(gè)方面的升級(jí)和優(yōu)化，才能實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。5G技術(shù)的誕生及有效應(yīng)用，為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的提升提供了強(qiáng)有力的保障。物聯(lián)網(wǎng)形勢(shì)下，5G通信技術(shù)的普及成為行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)[2]。為此，加強(qiáng)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)和5G通信技術(shù)的研究具有重要意義。

1 物聯(lián)網(wǎng)的作用

信息技術(shù)不斷發(fā)展與進(jìn)步的過程中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。不僅能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)體信息的采集和監(jiān)控，還能借助各項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)，對(duì)各個(gè)行業(yè)的發(fā)展具有重要作用。具體而言，物聯(lián)網(wǎng)具備的優(yōu)勢(shì)和作用主要包括以下幾個(gè)方面。第一，通過采用先進(jìn)的傳感技術(shù)或感知設(shè)備，較為全面地感知有關(guān)物體的虛擬性。第二，以互聯(lián)網(wǎng)或無線網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，對(duì)物品信息進(jìn)行有效傳輸，傳輸過程中需依托通信技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。第三，通過科學(xué)合理地處理物品信息實(shí)現(xiàn)智能化控制，適當(dāng)調(diào)整其自身的狀況，以便能夠在更好的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)運(yùn)行[3]。如今的物聯(lián)網(wǎng)憑借自身的諸多優(yōu)勢(shì)得到了廣泛應(yīng)用，并推動(dòng)各行業(yè)向著智能化方向發(fā)展。以交通行業(yè)為例，通過有效地運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，駕駛者既能夠?qū)崟r(shí)掌握道路運(yùn)行的具體狀況，又能夠根據(jù)交通的實(shí)際路況及時(shí)調(diào)整出行方案，在減少時(shí)間消耗的同時(shí)，保持出行暢通。

2 5G通信技術(shù)具備的優(yōu)勢(shì)

作為當(dāng)今時(shí)代信息傳導(dǎo)的重要方式，通信技術(shù)只有變得更加安全和高效，才能滿足物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展要求[4]。而5G通信技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用，能夠?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展提供可靠的保障。盡管當(dāng)前5G通信技術(shù)還沒有完全普及，但是其具備的優(yōu)勢(shì)是以往通信技術(shù)無法比擬的。

2.1 超容量寬帶

從最開始的第一代移動(dòng)通信技術(shù)到如今的5G通信技術(shù)，我國(guó)的通信技術(shù)以驚人的速度不斷發(fā)展。這個(gè)過程中，寬帶容量不斷提高。超容量的寬帶不僅能夠滿足人們通信的需求，而且能夠滿足信息時(shí)代對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提出的要求，為人們的生產(chǎn)生活帶來了巨大便利。

2.2 網(wǎng)絡(luò)全覆蓋

新時(shí)代背景下，通信的便捷性和高效性已經(jīng)成為各行業(yè)發(fā)展運(yùn)行的重要基礎(chǔ)。智能化程度較高的行業(yè)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量及傳輸速度提出了更高要求。保證信息智能服務(wù)的質(zhì)量，首先要保證無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率。當(dāng)前，5G通信技術(shù)憑借自身具備的高網(wǎng)絡(luò)覆蓋率和強(qiáng)大的傳輸能力等優(yōu)勢(shì)受到了業(yè)界的歡迎。

2.3 數(shù)據(jù)流量增加

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展與進(jìn)步的時(shí)代背景下，我國(guó)的網(wǎng)民數(shù)量呈現(xiàn)不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)。人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求量呈逐年增長(zhǎng)的勢(shì)態(tài)，而現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量套餐已經(jīng)無法滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的實(shí)際需求。從現(xiàn)實(shí)情況來看，很多用戶在下載大流量APP時(shí)，往往會(huì)遇到網(wǎng)絡(luò)下載速度緩慢、網(wǎng)絡(luò)中斷以及無法下載等情況，再加上流量套餐資費(fèi)不夠?qū)嵒?，難免會(huì)給人們帶來不便[5]。應(yīng)用5G通信技術(shù)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)高效的數(shù)據(jù)傳輸，而且能擁有更穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，為用戶帶來更多便利?？梢姡?G技術(shù)的發(fā)展已是大勢(shì)所趨。

2.4 可容納網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)量增加

隨著聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量的不斷增多，互聯(lián)網(wǎng)信息的傳播速度和質(zhì)量會(huì)受到一定影響，給用戶帶來較差的通信體驗(yàn)，這與4G通信時(shí)代的要求和聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的成本存在密切關(guān)系。隨著5G技術(shù)的應(yīng)用和普及，信號(hào)質(zhì)量將會(huì)變得更加穩(wěn)定，可容納網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)量不斷增加，使用體驗(yàn)也會(huì)更佳。

2.5 峰值速率高

從當(dāng)前4G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的實(shí)際情況來看，它的最高峰值速率可達(dá)400 Mb/s[6]，能夠滿足人們基本的通信需求，但無法時(shí)刻保持最高峰值速率。所以，要想滿足一些智能化行業(yè)發(fā)展要求，需要不斷進(jìn)行完善和優(yōu)化。5G技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用，可將最高峰值速率由4G網(wǎng)絡(luò)的400 Mb/s提升至10 Gb/s，意味著5G時(shí)代的傳送速度將得到大幅提升[7]。

3 5G通信技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)之間的關(guān)系

隨著5G通信技術(shù)的不斷發(fā)展，5G通信技術(shù)具備的價(jià)值和作用變得日漸明顯，并在物聯(lián)網(wǎng)中得到了較為全面的體現(xiàn)。5G通信技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景主要包括3個(gè)方面：（1）eMBB，代表的是增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶，主要適用于人與人之間的通信；（2）mMTC，代表的是海量物聯(lián)網(wǎng)通信，主要適用于物聯(lián)網(wǎng)方面的通信；（3）uRLLC，代表的是低延時(shí)、高可靠性通信，主要適用于工業(yè)自動(dòng)化以及智能駕駛等一類的業(yè)務(wù)[8]。從5G通信技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)二者之間的關(guān)系來看，前者的有效應(yīng)用支撐著后者的現(xiàn)實(shí)需求。互聯(lián)網(wǎng)形勢(shì)下，5G通信技術(shù)已經(jīng)逐步應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，其中包括智能化城市建設(shè)、VR技術(shù)以及智能無人駕駛等方面。

4 物聯(lián)網(wǎng)形勢(shì)下5G通信技術(shù)的具體應(yīng)用

4.1 全頻段技術(shù)

頻段資源屬于嚴(yán)重匱乏資源。當(dāng)前普及應(yīng)用的4G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)應(yīng)用的頻段為3 GHz，盡管能夠滿足人們的日常通信需求，但隨著網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接入數(shù)量的增加和在線人數(shù)的增多，容易導(dǎo)致卡幀、延遲以及掉網(wǎng)等問題，很大程度上影響了用戶的體驗(yàn)。解決這些問題，提升用戶的體驗(yàn)，需要從頻段技術(shù)入手。5G通信技術(shù)應(yīng)用的全頻段技術(shù)，不僅能夠進(jìn)一步優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)頻段資源，還能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋，大大提高用戶日常上網(wǎng)的速率。除此之外，5G通信全頻段技術(shù)能夠有效應(yīng)用小型化信號(hào)天線，盡可能減小設(shè)備自身的體型，同時(shí)能夠滿足多個(gè)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)需求，在接入物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的過程中擁有高速且穩(wěn)定的信號(hào)。

4.2 密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

相比4G通信技術(shù)，5G移動(dòng)通信提供的流量變得更多。要想提高網(wǎng)絡(luò)流量，需要將多項(xiàng)無線接入技術(shù)融入實(shí)際應(yīng)用過程，擴(kuò)增覆蓋的范圍并實(shí)現(xiàn)精細(xì)劃分。其中，應(yīng)用密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)尤其重要。對(duì)密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行融合應(yīng)用的過程中，需注意以下內(nèi)容。一方面，拓展室外空間，同時(shí)擴(kuò)充系統(tǒng)容量，盡可能提高系統(tǒng)的靈活性，在宏基站的外圍布置大量的天線；另一方面，有效提高相鄰網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)信號(hào)的準(zhǔn)確性和有效性，并進(jìn)一步改善和優(yōu)化信噪比，要在室外布置大量密集網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的有效融合。將該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，不僅能夠有效提升每一個(gè)物體接收信號(hào)的準(zhǔn)確性，而且能夠大大提升物聯(lián)網(wǎng)中物與物互聯(lián)的靈活性。

4.3 智能化技術(shù)

智能化技術(shù)作為5G通信技術(shù)的關(guān)鍵組成部分，發(fā)揮的重要作用不言而喻。互聯(lián)網(wǎng)不斷變化的當(dāng)下，5G通信技術(shù)可提供各種各樣的特色化服務(wù)，意味著網(wǎng)絡(luò)上有大量的數(shù)據(jù)在進(jìn)行傳輸。實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的高效傳輸，離不開具有超強(qiáng)計(jì)算能力的大型服務(wù)器支持。通過有效應(yīng)用智能化技術(shù)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)信號(hào)和各基站之間的有效連接，有效甄別和處理其中具有較強(qiáng)時(shí)效性的數(shù)據(jù)和超量的數(shù)據(jù)，還能通過云計(jì)算中心對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)化、分類、存儲(chǔ)以及傳輸?shù)忍幚?。除此之外，還能夠依托其他一些強(qiáng)大的基站和終端，對(duì)不同類型的業(yè)務(wù)、頻段以及信息等進(jìn)行有效處理。在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)，可根據(jù)不同的設(shè)備選擇接入網(wǎng)絡(luò)的方式，并對(duì)復(fù)雜的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類處理，使得物聯(lián)網(wǎng)變得更加流暢和高效，從而給用戶帶來更好的體驗(yàn)感。

4.4 NFV/SDN技術(shù)

5G通信技術(shù)包括兩項(xiàng)基礎(chǔ)的安全保障技術(shù)：一是網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化，即NFV；二是軟件定義網(wǎng)絡(luò)，即SDN[9]。通過有效應(yīng)用這兩項(xiàng)技術(shù)，不僅可實(shí)現(xiàn)對(duì)軟件的網(wǎng)絡(luò)定義，而且還能虛擬化操作網(wǎng)絡(luò)功能，進(jìn)而形成良好的通信構(gòu)架，更全面地凸顯和發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)自身的虛擬化特征和軟件化特征，同時(shí)有效處理大量復(fù)雜的信息和數(shù)據(jù)。在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中有效運(yùn)用NFV/SDN技術(shù)，可在滿足行業(yè)多樣化需求的同時(shí)，提升自動(dòng)化和智能化操控的準(zhǔn)確性、安全性以及交互性。

5 結(jié) 論

隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，5G時(shí)代隨之到來。如何對(duì)5G通信技術(shù)進(jìn)行科學(xué)合理運(yùn)用，充分發(fā)揮其自身具備的優(yōu)勢(shì)和作用，已成為當(dāng)前時(shí)代行業(yè)發(fā)展的重要課題。在物聯(lián)網(wǎng)形勢(shì)下，5G通信技術(shù)具備的速率優(yōu)勢(shì)、安全優(yōu)勢(shì)以及便捷優(yōu)勢(shì)等日益凸顯，是以往通信技術(shù)無法比擬的。當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)只有緊隨時(shí)代發(fā)展的步伐，實(shí)現(xiàn)與5G通信技術(shù)的有效結(jié)合，才能不被時(shí)代拋棄，并且為物聯(lián)網(wǎng)的健康可持續(xù)發(fā)展注入源源不斷的生機(jī)與活力。5G通信技術(shù)進(jìn)一步推廣和應(yīng)用，相信在其他行業(yè)也能得到有效利用，為人們的生活提供更多便利，促進(jìn)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷增長(zhǎng)。