5G無(wú)線技術(shù)在工業(yè)設(shè)備中的應(yīng)用研究

徐千淞，顏暉，田詩(shī)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(guó)科技的不斷發(fā)展，科學(xué)產(chǎn)品在我們的生活與工業(yè)中有著其一席之地。5G無(wú)線通信技術(shù)在4G無(wú)線通信的基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行了更高的技術(shù)改進(jìn)與完善，從而達(dá)到網(wǎng)絡(luò)速度更快、帶寬更大等目的。除此之外，WiFi作為當(dāng)今社會(huì)最常用的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，其經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)時(shí)間的更新?lián)Q代，現(xiàn)如今5G無(wú)線WiFi有著有效避免網(wǎng)絡(luò)信號(hào)堵塞并將數(shù)據(jù)快速的傳送、實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)供電節(jié)省獨(dú)立電源和有著良好的信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。

1 5G無(wú)線通信技術(shù)

1.1 定義

5G通信技術(shù)指的是在世界范圍中，無(wú)線通信技術(shù)發(fā)展到了第五帶階段。5G無(wú)線通信技術(shù)通過(guò)一次次的升級(jí)與改造，使得各項(xiàng)藝術(shù)技能得到重大的優(yōu)化。其在4G原有處置上朝著網(wǎng)絡(luò)多元化、寬帶化、智能化等發(fā)現(xiàn)發(fā)展，并且其最主要運(yùn)用的通訊技術(shù)為無(wú)線納米技術(shù)、隱私性和保密通信技術(shù)等。現(xiàn)如今，大家對(duì)于個(gè)人隱私的重視度非常的高，而5G技術(shù)無(wú)線通信保密技術(shù)對(duì)于隱私性和網(wǎng)絡(luò)安全性有著高度的重視。5G通信技術(shù)除了能夠?qū)崿F(xiàn)大幅提升通信速度和降低大量網(wǎng)絡(luò)資源的消耗，而且還能夠有效解決用戶在傳輸信息中對(duì)于個(gè)人隱私的保護(hù)問題[1]。

1.2 5G無(wú)線通信技術(shù)的特點(diǎn)

（1）傳輸速率快。5G通信技術(shù)作為目前較為先進(jìn)的移動(dòng)通信電子技術(shù)，其在出口傳輸方面較其他通信電子技術(shù)有著更快的速度，能夠?qū)崿F(xiàn)秒傳125MB。根據(jù)相關(guān)研究，5G通信技術(shù)基本實(shí)現(xiàn)了將移動(dòng)通信電子技術(shù)產(chǎn)品的出口和傳輸速度幅度同步提升。

（2）兼容性好。5G無(wú)線技術(shù)與之前的玩過(guò)通信無(wú)線技術(shù)相比而言，5G無(wú)線技術(shù)具有更好的兼容性。5G網(wǎng)絡(luò)通信無(wú)線技術(shù)應(yīng)用平臺(tái)除了支持將多種新型網(wǎng)絡(luò)無(wú)線通信應(yīng)用技術(shù)融合并使用，而且害能夠使得此類應(yīng)用無(wú)障礙的實(shí)現(xiàn)無(wú)線接入網(wǎng)、WiFi等無(wú)線通信技術(shù)，極大地拓展了無(wú)線服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，并且提升其網(wǎng)絡(luò)兼容性。此外，現(xiàn)如今移動(dòng)支付在我們的生活之中隨處可見，5G幣技術(shù)能夠極大的提高網(wǎng)絡(luò)支付的安全，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)支付更加安全。

（3）系統(tǒng)性得到提升。移動(dòng)無(wú)線通信的系統(tǒng)性能一直以來(lái)都受到大眾的大度重視。隨著社會(huì)與科技的不斷發(fā)展，人們對(duì)于無(wú)線通信技術(shù)的要求也在不斷地提高，在社會(huì)不斷地發(fā)展的過(guò)程中，5G無(wú)線通信技術(shù)的相關(guān)人員也在跟著社會(huì)發(fā)展的腳步，不斷地對(duì)5G通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行完善，從而更好地滿足社會(huì)對(duì)其的需求。5G無(wú)線通信技術(shù)有著非常多的先進(jìn)技術(shù)作為支撐，而信息傳輸性能和穩(wěn)定性能也是其技術(shù)支撐之一，甚至也是其核心技術(shù)，是5G無(wú)線通信技術(shù)能夠得到更好發(fā)展的關(guān)鍵，但與此同時(shí)，信息傳輸性能與穩(wěn)定性也是5G無(wú)線通信技術(shù)難以攻克的難題之一。為了滿足消費(fèi)者的生活與工作需求，相關(guān)工作人員對(duì)其一直進(jìn)行優(yōu)化與改性，使得5G無(wú)線通信技術(shù)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(chǎn)的需求[2]。

（4）信息利用率高。目前為止，雖然4G無(wú)線通信技術(shù)發(fā)展幾近成熟，但5G無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展是基于4G無(wú)線通信，因此，4G無(wú)線通信技術(shù)與5G無(wú)線通信技術(shù)在一些功能運(yùn)用方面會(huì)有相似，但是5G無(wú)線通信有著4G通信而不具有的特殊功能，仍然會(huì)有較大差距并且5G無(wú)線通信技術(shù)有著更大的優(yōu)勢(shì)。研究表明，4G無(wú)線通信技術(shù)其相關(guān)信息使用率并不高，非常多的資源被閑置而浪費(fèi)。但是5G無(wú)線通信技術(shù)其信息使用率相較于4G無(wú)線通信技術(shù)而言，有著非常大的進(jìn)步，其能夠?qū)㈤e置的信息資源充分的利用。除此之外，5G無(wú)線通信技術(shù)能夠?qū)⒊霈F(xiàn)高頻率的無(wú)線電波的穿透能力提高，從而大大增加無(wú)線通信技術(shù)的信息傳輸速度，使得無(wú)線信號(hào)傳輸質(zhì)量與速度得到了一定的保證。此外，5G無(wú)線通信技術(shù)其成本相較于其他無(wú)線通信技術(shù)更低。移動(dòng)無(wú)線通信技術(shù)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(duì)于4G無(wú)線通信技術(shù)而言，其技術(shù)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(dòng)無(wú)線通信技術(shù)并沒有特別大的差別。然而，5G無(wú)線通信技術(shù)其不僅是在技術(shù)方面更健全和完善，而且在運(yùn)營(yíng)成本方面，也比前幾代更低[3]。

（5）拓展聯(lián)網(wǎng)設(shè)施。移動(dòng)通信技術(shù)是否能夠同時(shí)的接入設(shè)備與移動(dòng)通信技術(shù)是否能夠得到快速且高質(zhì)量的發(fā)展有著非常大的聯(lián)系。目前為止4G無(wú)線通信技術(shù)在同一時(shí)間能夠接入的設(shè)備數(shù)量最高為500，與此同時(shí)，隨著我國(guó)社會(huì)的不斷發(fā)展，人口的不斷增多與人們的消費(fèi)需求不斷地提高，傳輸過(guò)程中需要的能量要求也在不斷地增加，而4G無(wú)線通信技術(shù)在同時(shí)間接入500設(shè)備并不能夠滿足現(xiàn)如今的需求。而5G無(wú)線通信技術(shù)相較于4G無(wú)線通信技術(shù)能夠同一時(shí)間接入更多的設(shè)備數(shù)量，拓展更多的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，更好地滿足人們的需求。

2 5G無(wú)線通信技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)

多輸入多輸出技術(shù)主要是為系統(tǒng)提供空間復(fù)用增益和空間分集增益。頻譜利用率越高，無(wú)線信道的性能便越能夠得到提升，從而提高無(wú)線系統(tǒng)的容量和可覆蓋的范圍。由于多輸出多輸入技術(shù)的信道容量能夠隨時(shí)隨地手法天線數(shù)中的最小值，因此多輸出多輸入技術(shù)還被稱為多天線技術(shù)。多輸入多輸出技術(shù)在5G無(wú)線通信技術(shù)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(shù)

傳統(tǒng)無(wú)線通信技術(shù)通常是將基站為網(wǎng)絡(luò)中心，并圍繞著基站對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行組織，最終在某一個(gè)范圍內(nèi)處于網(wǎng)絡(luò)的輻射范圍之中，但是圍繞著基站進(jìn)行組織，其靈活性在一定程度上受到了限制。而5G無(wú)線通信技術(shù)將D2D作為蜂窩系統(tǒng)的近距離數(shù)據(jù)直接傳輸技術(shù)，順利解決了傳統(tǒng)的無(wú)線通信技術(shù)缺乏靈活性這一局限性。5G無(wú)線通信技術(shù)中的D2D能夠使得通信數(shù)據(jù)不需要通過(guò)一個(gè)信號(hào)站對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次轉(zhuǎn)發(fā)，而是在終端設(shè)備中直接進(jìn)行傳輸，能夠減輕基站運(yùn)載負(fù)擔(dān)并且能夠降低數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)，其可覆蓋面積范圍也能夠得到擴(kuò)大[4]。

2.3 綠色通信技術(shù)

綠色通信技術(shù)在信息能夠在信息傳遞的過(guò)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(wú)線通信技術(shù)其在信息傳輸?shù)倪^(guò)程中其能耗仍然是較大的，占中國(guó)總產(chǎn)業(yè)能源消耗的3%，而要實(shí)現(xiàn)綠色通信技術(shù)對(duì)于4G無(wú)線通信技術(shù)而言將會(huì)是一個(gè)大的挑戰(zhàn)。隨著我國(guó)的不斷發(fā)展，人口不斷增多，對(duì)于能源的消耗也將會(huì)增減增加，降低能源的消耗有其必要性。5G無(wú)線通信技術(shù)中的綠色通信技術(shù)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(guò)程中所需要使用的能源，使得5G無(wú)線通信技術(shù)能夠可持續(xù)健康發(fā)展。

3 5G無(wú)線通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)工業(yè)中的應(yīng)用

3.1 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與監(jiān)控對(duì)于工業(yè)的發(fā)展有著非常的影響，而5G無(wú)線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與監(jiān)控對(duì)工業(yè)的發(fā)展有著巨大的貢獻(xiàn)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制其不僅能夠使得相關(guān)1管理者能夠?qū)崟r(shí)了解工業(yè)的內(nèi)部狀況并且能夠在出現(xiàn)問題時(shí)及時(shí)發(fā)現(xiàn)并將其解決，而且還能夠?yàn)楣S節(jié)省大量的人力物力，提高工作人員的工作效率。

3.2 實(shí)現(xiàn)全面互聯(lián)、互通平臺(tái)

5G無(wú)線通信技術(shù)不僅能夠提高信息傳輸?shù)乃俣榷疫€能夠降低在傳輸過(guò)程中對(duì)于所需能源的需求，5G無(wú)線通信技術(shù)能夠?yàn)楣I(yè)的生產(chǎn)提供更高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)通信保障。傳統(tǒng)無(wú)線通信技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)運(yùn)用中，其常常會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障、網(wǎng)絡(luò)慢、信號(hào)遭受到干擾等現(xiàn)象，在一定程度上對(duì)工廠的生產(chǎn)效率造成阻礙。5G無(wú)線通信技術(shù)的使用能夠使得企業(yè)擁有一個(gè)平臺(tái)，其平臺(tái)能夠讓企業(yè)對(duì)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)等進(jìn)行優(yōu)化，使得企業(yè)在對(duì)技術(shù)創(chuàng)新方面沒有對(duì)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(wú)線通信技術(shù)網(wǎng)絡(luò)的影響，傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)在信息傳輸?shù)倪^(guò)程中，常常會(huì)因?yàn)槠渚W(wǎng)絡(luò)狀態(tài)差而導(dǎo)致工業(yè)系統(tǒng)癱瘓等現(xiàn)象，當(dāng)工業(yè)系統(tǒng)出現(xiàn)癱瘓并且沒有對(duì)其進(jìn)行預(yù)防措施時(shí)，則會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，從而生產(chǎn)的流程也會(huì)導(dǎo)致中斷等，最終對(duì)該工廠造成經(jīng)濟(jì)損失。5G無(wú)線通信網(wǎng)其能夠讓傳輸速度更加快速，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)較傳統(tǒng)無(wú)線通信網(wǎng)更好，能夠最大程度的滿足工廠對(duì)于通信網(wǎng)絡(luò)的需求，除此之外，5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)還能夠降低受到通信穩(wěn)定性以及網(wǎng)絡(luò)延時(shí)因素的影響。

3.4 遠(yuǎn)程操控精準(zhǔn)度

遠(yuǎn)程操控技術(shù)在自動(dòng)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(shí)間與空間對(duì)其的影響，節(jié)省人力物力。在工廠中，為了使得機(jī)床設(shè)備在傳輸數(shù)據(jù)的過(guò)程中能夠有一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，通常情況下會(huì)將機(jī)床與終端連接，從而達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定。由于工廠中機(jī)床數(shù)量較多，如果使用傳統(tǒng)的通信光纜將機(jī)床設(shè)備與終端連接，則可能會(huì)導(dǎo)致工程內(nèi)部的結(jié)構(gòu)復(fù)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(shí)性，降低工業(yè)生產(chǎn)的精準(zhǔn)度。而5G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)能夠確保工廠對(duì)于生產(chǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證了工業(yè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，除此之外，5G無(wú)線通信技術(shù)還能夠?qū)Ω咔宓?D視頻進(jìn)行傳輸，大大提高了遠(yuǎn)程操控的操作精度[5]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著我國(guó)科技的不斷發(fā)展，5G無(wú)線通信技術(shù)也將越來(lái)越成熟。5G無(wú)線通信技術(shù)作為一個(gè)高速度、低延時(shí)、低耗能的技術(shù)，在我國(guó)工業(yè)運(yùn)用的過(guò)程中，增加對(duì)于5G無(wú)線通信技術(shù)相關(guān)技術(shù)與應(yīng)用，對(duì)我國(guó)工業(yè)發(fā)展起著極大的促進(jìn)作用。