LTE無線通信技術與物聯網技術的結合與應用

劉媛媛

（湖南高速鐵路職業技術學院，湖南 衡陽 421002）

在信息技術發展的背景下，各種新技術層出不窮，物聯網技術就是其中之一。它以互聯網技術為基礎，通過連接事物擴大互聯網技術的應用范圍，改善人們的生活質量，使人們的生活更加便利，同時促進工業水平的提升，實現自動化、智能化建設與發展。對于物聯網的使用和發展來說，無線通信技術發揮著十分重要的作用。采用長期演進（Long Term Evolution，LTE)無線通信技術，同時應用相應的標準協議，使物聯網在使用和發展中呈現出的“碎片化”問題得到有效解決，減少了物聯網發展的限制，促進了物聯網技術水平的提升，使其應用更加廣泛，為信息化產業的發展提供了更多技術支持。本文將二者結合，達到取長補短、相互促進的效果。

1 物聯網技術概述

現如今，信息技術在人們的生活、生產中廣泛應用，而物聯網則是該技術不可或缺的組成部分，可以確保各個物品之間的有效連接。一方面，物聯網以互聯網為基礎，是互聯網技術的延伸和擴展；另一方面，用戶端可以與任何物品進行連接，進而達到信息交換、通訊的效果。在物聯網運用的過程中，主要采用射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)、紅外感應、GPS等信息傳感設備，根據相關協議的要求，將物品連接到互聯網中，從而實現物品之間的信息交換，實現智能化識別、跟蹤、監控、定位等功能效果[1]。不僅可以實現本地自動化控制，而且解決了信息不對稱的問題，各個行業都可以通過互聯網進行合作與協調，使傳統行業打破發展壁壘，從本質上實現革新和進步。物聯網主要分為應用層、網絡層和感知層3個層次，不同層次有不同的組成內容。

2 LTE無線通信技術的特點和創新應用

2.1 技術特點

LTE無線通信技術的應用在很大程度上提升了通信質量，實現了通信自由。TD-LET具有帶寬高、延時低的特點，用戶在移動的過程中也可以觀看流暢、清晰的實時動畫。相比于3G，LTE無線通信技術的網絡通信速率明顯提升。該技術的上下行峰值速率分別為100 Mb/s和50 Mb/s。相同的頻譜，LTE無線通信技術的利用率可以達到100%。目前，很多用戶利用無線網進行網絡瀏覽，LTE無線通信技術時延較低，具有包容性和兼容性，涵蓋了各項通信技術[2]，可以更遠、更廣泛地發射，有良好的應用前景。LTE無線通信技術的應用增加了信號通道中衰落傳輸的可靠性，可以集中一點發射信號，利用不同區域的衰減調配強弱信號在不同的通道上傳輸網絡數據，具有較高的峰值傳輸速度，同時利用率也遠高于傳統的通信技術。

2.2 創新應用

LTE無線通信在技術上進行了全面的革新和改進，采用全新的技術結構，由Node B構成單層結構，簡化技術的同時可以有效降低延遲，滿足了低復雜度、低時延、低成本的要求。與傳統的3GPP接入網相比，LTE無線通信技術的無線網絡控制器(Radio Network Controller，RNC)節點更少。從本質上來看，LTE無線通信技術是一種全面的技術革新，其深度挖掘信道資源，促進了網絡結構的簡化。該技術采用了OFDMA/FDMA的解決方案，對縱向網絡層次進行簡化，使傳輸延遲有效降低。在技術方面，LTE采用頻分多址系統，是對OFD-MA的改進，實現正交傳輸的同時實現單載波傳輸低峰平比，將RNC節點取消，達到網絡設計簡化的效果。目前，該技術的應用愈加廣泛。例如，在世博會中應用LTE技術，同時配合網絡移動采編播設備的使用，實現各類素材的快速傳回，增強了新聞的時效性。在生活中，該技術提升了通信效率，與物聯網結合進一步提升了技術的應用效果，不僅改善了人們的生活，在水利、航空等多個領域中也被廣泛應用。

3 物聯網業務模型分析

物聯網的主流業務涵蓋智能電表、智能零售、智能交通、遠程醫療、環境監測、智能家居等多個領域。在智能電表方面，利用物聯網可以進行周期性或根據需求上報價格信息、負載信息，每天進行50次會話，每個數據包為10 B，可以在城區或非城區范圍內進行設置，比較固定。城區中的終端數量為每1 km2不到10 000個，非城區的終端則在1 000個以內。在智能零售方面，主要包括超市、便利店等零售中采用的POS機觸發的數據行為，每天的會話頻次約為1 000次，數據包為100 B，在城區中使用具有固定性，終端數量為每1 km2不超過1 000個。在智能交通方面，主要在汽車周期定位、特殊情況傳輸控制、告警數據等方面使用，會話頻次為每天1 000次左右，數據包為1 500 B，可以在城區或非城區使用，具有移動性，終端數量每1 km2不超過5 000個。在遠程醫療方面，主要用于周期或周期內持續大量輸入與身體特征有關的數據，包括血壓、心電圖等。如果是周期性則會話頻次為每天100次左右，如果是持續性檢測則每天不超過5 000次，數據包為10～100 B，可以在城區或非城區使用，移動或固定都可以，每1 km2終端數不超過1 000個。在環境監測方面，主要在周期或根據傳感數據在特殊周期中發送警告或控制數據，每天的會話頻次不超過1 000次，數據包為100～5×106B，可以在城區或非城區使用，具有固定的特點，終端數量每1 km2不超過1 000個。在智能家居方面，主要提供家居安全等業務。每天會話頻次不超過100次，數據包為100～1 000 B，可以在城區或非城區使用，具有靜態的特點，城區中終端數量每1 km2不超過10 000個，非城區則不超過1 000個。

由此可見，物聯網數據模型具有小包、高頻等特點，與QQ數據業務類似。這種常在線業務會占用很多網絡資源，易引發信令風暴，從而影響網絡效率[3]。在物聯網發展的過程中，必須要先解決數據負荷的問題，杜絕信令風暴，創新技術應用手段。

4 LTE無線通信技術與物聯網技術的結合

4.1 在智慧城市中應用

在建設智慧城市的過程中，可以將LTE無線通信技術和物聯網技術結合在一起，在全城范圍內進行網絡連接，使城市各個角落都被網絡覆蓋，進而滿足實時監測、控制的需求，掌握智慧城市各個場景。在技術結合應用下，不僅地面可以實現網絡覆蓋，地鐵、地下隧道等信號薄弱的區域也可以實現網絡覆蓋，并且保障了傳輸效率。可以設實時監控路燈、構筑物等設施，通過網絡連接進行管理和控制，也可以對空氣污染、溫度、濕度等環境指數進行采集，不僅能提升設施的服務質量，還能促進生態環境的建設與改善。在傳統技術的應用過程中，物聯網主要采用藍牙、Wi-Fi等技術進行網絡連接，因此只能在特定的范圍內覆蓋。應用LTE無線通信技術之后，可以采用頻分多址（Frequency Division Multiple Access/Address，FDMA）的 方 式，使OFDM/FDMA有更多空間接口，通過多進多出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）技術促進傳輸效率的提升，可以強化智慧城市場景中的通信能力。在4G技術應用之后，窄帶LET技術與4G網絡融合在一起，為物聯網技術的應用和發展提供了更多技術支持。從5G發展趨勢可以看出，通過技術結合，智慧城市場景監控系統會愈加完善，有助于智慧城市的建設與發展，實現智能、高效、綠色、節能的發展目標。

4.2 在智能電網中應用

在物聯網應用的過程中，智能電表也是物聯網技術的主要應用領域。在智能電網建設的過程中，要對端口接入方式進行簡化，實現電網的精細化、智能化覆蓋端管理。智能電表具有集成化的特點，可以實現遠程抄表，檢測客戶端現場設備以及服務狀態等功能，將檢測數據匯集在終端平臺中，采用信息監控系統對點流量進行分析，進而調整智能電網結構，確保其與用戶端相符，全面提升電力系統的運作質效，保障電能的順利供應[4]。物聯網早期主要在智能電網中應用，所以已經有了豐富的經驗和成熟的技術。隨著智能電網建設范圍的擴大，電網結構在不斷改進，在這個過程中結合應用LTE無線通信技術和物聯網技術，可以進一步提升智能電網的運作效率。LTE采用OFDM共享資源，運用層二調度器方式調度資源動態，上層不將信令資源釋放，空口資源則不會受到影響，進而實現保留常在線的效果。調度器和無線資源控制（Radio ResourceControl，RRC）可以實現系統優化。

4.3 在智能家居中應用

在智能家居中應用物聯網技術，可以提升人們的生活質量，使人們的物質需求和精神需求得到更好地滿足。隨著智能化家居的廣泛應用，人們的生活水平不斷提升。例如，智能咖啡機可以根據用戶需求自動調節水溫、咖啡濃度等參數，也可以通過語音發布指令，家電設備的應用控制更加便捷。在智能家居發展的過程中，物聯網是核心技術，為了解決物聯網在應用過程中存在的弊端，結合物聯網和LTE無線通信技術，將各個家居用品都連接到網絡中，同時提升操控的效果，充分發揮智能家居的作用。物聯網需要將傳感器、控制機連接在網絡之中，應用LTE無線通信技術則可以將其作為網關接入，數據流在自組織網絡回傳輸入到LTE網絡中的時候會比較大，進而出現負荷較大的小包和頻次較高的業務數據。LTE無線通信技術采用正交頻分復用技術，信道被劃分為多個正交子信道，高速數據流可以轉換為低速子數據流，將其調制到各個信道上傳輸，通過層二調度器動態調度無限資源，利用LET技術達到常在線數據業務的實現。

4.4 在智能汽車中應用

隨著城市的發展和進步，交通壓力在不斷增加，城市交通網絡愈加復雜，智能網聯汽車系統可以為人們的出行提供更多便利，受到了許多用戶的青睞。構建智能網絡平臺，在平臺中加入私家車輛信息，可獲得平臺中的各種服務，包括導航服務、租用服務等。從公共交通系統的角度來看，可以根據實際道路條件建立相應的網絡覆蓋方案，將物聯網覆蓋到整個交通網絡中，進而更好地進行測量、監控和管理，確保車輛行駛的安全性和運輸效率。在物聯網應用的過程中結合LTE無線通信技術，可以進一步提升智能汽車的功能性，使監控效果更加明顯，促進數據傳輸效率的提升，及時發現行車過程中潛在的隱患，在保障行車安全的同時提升其舒適度，為駕駛人員規劃更加合理的操作方案等，促進我國交通運輸行業的發展和進步。

5 結束語

綜上所述，在智能化發展的過程中，物聯網的廣泛應用不僅改善了人們的生活質量，同時也促進了各個領域的發展和進步。然而，物聯網技術的應用難免存在一些缺陷和問題，可以將LTE無線通信技術與物聯網技術相結合，進一步提升物聯網技術的應用效果，促進智能化建設與發展。