5G通信技術(shù)推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展

唐嘉麒

(廣東省電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510630)

1 5G技術(shù)的含義與特點(diǎn)

1.1 技術(shù)概念

5G技術(shù)屬于移動(dòng)電話系統(tǒng)技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)并非獨(dú)立存在，也不屬于全新的無(wú)線接入技術(shù)，而是在現(xiàn)有移動(dòng)通信技術(shù)及無(wú)線技術(shù)上發(fā)展的。5G技術(shù)是真正的融合網(wǎng)絡(luò)，基于融合與統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，可以實(shí)現(xiàn)人與人、物與物的高效聯(lián)通[1]。如圖1所示。

1.2 技術(shù)特點(diǎn)

5G技術(shù)特點(diǎn)主要有：一是具備連續(xù)廣域覆蓋特點(diǎn)，屬于基礎(chǔ)的移動(dòng)通信覆蓋方式。為了確保用戶移動(dòng)性與業(yè)務(wù)連續(xù)性，為用戶提供高速業(yè)務(wù)體驗(yàn)，全面提升用戶體驗(yàn)率。5G技術(shù)具備熱點(diǎn)高容量特點(diǎn)，全方位面向局部，熱點(diǎn)區(qū)域能夠?yàn)橛脩籼峁?shù)據(jù)傳輸效率，滿足網(wǎng)絡(luò)發(fā)展需求。二是寬連接。5G面向智能農(nóng)業(yè)、智慧城市、環(huán)境監(jiān)測(cè)及森林防火等場(chǎng)景，可以實(shí)現(xiàn)海量連接。場(chǎng)景終端分布廣泛，數(shù)據(jù)量大，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)連接的支持要求非常高，5G可以滿足要求。三是高可靠性與低時(shí)延性。場(chǎng)景面向工業(yè)控制與車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求，對(duì)于時(shí)延性及可靠性要求非常高，能夠?yàn)橛脩籼峁┛煽康亩?端連接業(yè)務(wù)。相比于4G技術(shù)，5G通信技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)延遲比較短。

2 5G技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈中的特征分析

（1）5G技術(shù)廣域覆蓋。應(yīng)用5G技術(shù)可以快速升級(jí)網(wǎng)絡(luò)功能，且關(guān)鍵技術(shù)研究的成果較多，比如網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、新型多址、全頻譜接入等，能夠滿足物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求。在5G技術(shù)研究中，廣域覆蓋能夠?yàn)橛脩籼峁┮苿?dòng)性、連續(xù)性網(wǎng)絡(luò)功能支持，提供高速、優(yōu)質(zhì)的通信環(huán)境。同時(shí)，廣域覆蓋也可以提升物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)連接效果，加強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)體驗(yàn)。

（2）5G技術(shù)熱點(diǎn)高容量。在應(yīng)用5G技術(shù)時(shí)，能夠在局部熱點(diǎn)區(qū)域提供高數(shù)據(jù)傳輸速率，按照實(shí)際情況，滿足流量密度需求。研究5G技術(shù)時(shí)，注重研究用戶體驗(yàn)速率，以此滿足熱點(diǎn)容量需求。在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中，可以在物物信息交換中，提供較高的數(shù)據(jù)傳輸速率。當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)信息流量密度較大時(shí)，能夠減少信息延遲問(wèn)題。

（3）5G技術(shù)低功耗連接。在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈中，涉及大量信息內(nèi)容，因此會(huì)表現(xiàn)出信息連接特點(diǎn)。在海量數(shù)據(jù)影響下，會(huì)增加通信功耗。5G技術(shù)應(yīng)用到物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈中，能夠滿足終端連接需求。5G技術(shù)的海量連接能夠滿足高密度連接指標(biāo)，降低物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈在終端中的功耗與成本。

（4）5G技術(shù)低延時(shí)傳輸。針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，低延時(shí)數(shù)據(jù)傳輸可以確保信息數(shù)據(jù)真實(shí)性、即時(shí)性、準(zhǔn)確性，提升物物信息交換可靠性，滿足物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的信息高效傳輸要求。在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)中，用戶對(duì)信息可靠性、時(shí)延性要求高，所以要以高效通信技術(shù)支持。在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用5G技術(shù)，能夠以毫秒級(jí)速率，將信息傳輸給用戶，降低端-端時(shí)延。

3 5G通信技術(shù)推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的展望

3.1 5G技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心技術(shù)

無(wú)線移動(dòng)通信技術(shù)革新，可以提升傳輸效率，加大網(wǎng)絡(luò)頻譜，確保通信方式的靈活性。無(wú)線移動(dòng)通信采用蜂窩網(wǎng)方式，在4G技術(shù)出現(xiàn)后，開(kāi)始全面接觸到無(wú)線寬帶時(shí)代。4G技術(shù)聯(lián)合3G技術(shù)與WLAN技術(shù)，可以確保視頻圖像傳輸質(zhì)量，上傳與下載速度非?？欤梢詽M足用戶對(duì)于無(wú)線服務(wù)的需求。在移動(dòng)通信領(lǐng)域，5G網(wǎng)絡(luò)傳輸速度高于4G網(wǎng)絡(luò)，可以解決海量無(wú)線通信需求，實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)促進(jìn)手機(jī)的革新發(fā)展。

5G網(wǎng)絡(luò)功能升級(jí)能夠?qū)崿F(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)，該項(xiàng)技術(shù)通過(guò)超密集組網(wǎng)、大規(guī)模天線陣列、全頻譜接入、新型多址、心弦網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等關(guān)鍵技術(shù)，可以全面滿足不同場(chǎng)景的應(yīng)用需求。5G關(guān)鍵性能指標(biāo)涉及到連接數(shù)密度、用戶體驗(yàn)率、流量密度、端-端時(shí)延、用戶峰值速率及移動(dòng)性。5G基本性能指標(biāo)為時(shí)延性、連接數(shù)密度與用戶體驗(yàn)速率。

基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景、面臨挑戰(zhàn)、業(yè)務(wù)需求等角度分析，能夠總結(jié)出了連續(xù)廣域覆蓋、低功耗寬連接、熱點(diǎn)高容量、低時(shí)延高可靠等技術(shù)場(chǎng)景。對(duì)于熱點(diǎn)高容量與連續(xù)廣域覆蓋等場(chǎng)景來(lái)說(shuō)，可以滿足移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)需求，屬于傳統(tǒng)4G技術(shù)場(chǎng)景。低時(shí)延、高可靠與低功耗寬連接場(chǎng)景主要面向物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，屬于5G新場(chǎng)景，可以處理傳統(tǒng)移動(dòng)通信，無(wú)法支持物聯(lián)網(wǎng)與垂直行業(yè)的應(yīng)用問(wèn)題。

5G連續(xù)廣域覆蓋已經(jīng)成為移動(dòng)通信的基礎(chǔ)覆蓋方式，將用戶移動(dòng)性與業(yè)務(wù)連續(xù)性作為發(fā)展目標(biāo)，可以為用戶提供高速業(yè)務(wù)體驗(yàn)。場(chǎng)景挑戰(zhàn)在于為用戶提供高速率體驗(yàn)。對(duì)于熱點(diǎn)高容量來(lái)說(shuō)，場(chǎng)景主要面向局部熱點(diǎn)區(qū)域，能夠確保用戶享受到較高的數(shù)據(jù)傳輸速率，全面滿足網(wǎng)絡(luò)流量密度需求。熱點(diǎn)高容量場(chǎng)景所面臨的挑戰(zhàn)主要包括流量密度、需求峰值速率及用戶體驗(yàn)速率。對(duì)于低功耗寬連接來(lái)說(shuō)，該場(chǎng)景面向環(huán)境監(jiān)測(cè)、智慧城市、森林防火、智能農(nóng)業(yè)等場(chǎng)景，特點(diǎn)表現(xiàn)在海量連接、功耗低、數(shù)據(jù)包小等方面。終端連接范圍廣，既能夠確保網(wǎng)絡(luò)具備留置連接能力，滿足數(shù)百萬(wàn)個(gè)連接數(shù)密度要求，同時(shí)可以確保終端成本與功耗低下。對(duì)于低時(shí)延、高可靠來(lái)說(shuō)，該場(chǎng)景將面向工業(yè)控制與車聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用需求，對(duì)于可靠性與實(shí)驗(yàn)性要求較高，能夠?yàn)橛脩籼峁﹥?yōu)質(zhì)業(yè)務(wù)服務(wù)。

3.2 物聯(lián)網(wǎng)前景廣闊，5G商業(yè)化趨勢(shì)明顯

在移動(dòng)通信發(fā)展中，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)屬于重要驅(qū)動(dòng)力，可以為5G技術(shù)發(fā)展提供動(dòng)力。面向未來(lái)發(fā)展，工業(yè)控制系、智能家居、車聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)醫(yī)療的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求急速上升，網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備數(shù)量也不斷增加，實(shí)現(xiàn)真正的萬(wàn)物互聯(lián)。如圖1所示。打造出全新的產(chǎn)業(yè)模式，為移動(dòng)通信發(fā)展帶來(lái)生機(jī)。此外，設(shè)備連接數(shù)量增加，互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)區(qū)域多樣化，導(dǎo)致移動(dòng)通信面臨較多挑戰(zhàn)。

圖1 5G技術(shù)的應(yīng)用

在未來(lái)發(fā)展中，移動(dòng)數(shù)據(jù)流量將會(huì)急速增長(zhǎng)，據(jù)預(yù)計(jì)統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)流量增長(zhǎng)將超過(guò)2萬(wàn)倍。中國(guó)移動(dòng)數(shù)據(jù)流量增長(zhǎng)高于全球水平，發(fā)達(dá)城市與熱點(diǎn)地區(qū)的流量增長(zhǎng)速度非?？?，北京熱點(diǎn)區(qū)域增長(zhǎng)率高達(dá)1 000倍。預(yù)計(jì)在未來(lái)幾年內(nèi)，全球移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備數(shù)量將高達(dá)千億級(jí)，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備連接數(shù)增長(zhǎng)速度加快。在各類移動(dòng)終端中，智能手機(jī)對(duì)于流量的貢獻(xiàn)率最大，盡管物聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)量規(guī)模大，然而流量占比較低。

3.3 5G標(biāo)準(zhǔn)的加速發(fā)展

5G標(biāo)準(zhǔn)加速發(fā)展，開(kāi)始逐漸進(jìn)入到商業(yè)化模式。當(dāng)前，涉及到3GPP、IEEE、ITU國(guó)際組織，開(kāi)始全面促進(jìn)5G標(biāo)準(zhǔn)落實(shí)。

ITU在2015年啟動(dòng)5G國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，深入分析和研究5G技術(shù)性能需求與評(píng)估方法，確定候選技術(shù)性能需求與評(píng)估指標(biāo)，以此形成提交模板。在2017年，ITU-R下發(fā)征集技術(shù)方案的通知，全面啟動(dòng)5G候選技術(shù)的征集。在2018年，開(kāi)始啟動(dòng)5G技術(shù)評(píng)估與標(biāo)準(zhǔn)化，期望在2020年底形成商業(yè)化應(yīng)用。IEEE802屬于IEEE3G/4G制定機(jī)構(gòu)，聯(lián)合自身優(yōu)勢(shì)，研發(fā)制定下一代無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，將其優(yōu)化整合的5G技術(shù)體系內(nèi)。

3GPP在2015年啟動(dòng)5G議題討論，確定5G工作時(shí)間表。3GPP關(guān)于5G技術(shù)的研究包括R14、R15、R16三個(gè)版本。對(duì)于R14來(lái)說(shuō)，主要研究5G系統(tǒng)框架與關(guān)鍵技術(shù)。R15是5G標(biāo)準(zhǔn)的首個(gè)版本，能夠基本滿足5G需求。比如5G加強(qiáng)移動(dòng)寬帶標(biāo)準(zhǔn)。R16基本完成所有標(biāo)準(zhǔn)化工作，在2020年提交候選方案。

5G標(biāo)準(zhǔn)引發(fā)全球各個(gè)國(guó)家的爭(zhēng)論，美國(guó)最早完成5G頻譜分配，并和日本、歐盟、韓國(guó)啟動(dòng)5G商用機(jī)會(huì)，在制定5G標(biāo)準(zhǔn)中占據(jù)話語(yǔ)權(quán)，從而在新移動(dòng)通信技術(shù)中占領(lǐng)先機(jī)。韓國(guó)于2018年開(kāi)始5G預(yù)商實(shí)驗(yàn)，將其應(yīng)用到平昌冬奧會(huì)中，在2020年底實(shí)現(xiàn)5G商用。歐盟在2018年開(kāi)展5G技術(shù)試驗(yàn)。全球多數(shù)國(guó)家開(kāi)始驗(yàn)證5G技術(shù)，篩選關(guān)鍵技術(shù)與頻段。美國(guó)運(yùn)營(yíng)商成立5G技術(shù)論壇，啟動(dòng)5G外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)。美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)，針對(duì)將24 GHz以上頻譜制定新法令，將頻譜應(yīng)用于5G無(wú)線技術(shù)中。美國(guó)于2016年為5G網(wǎng)絡(luò)分配頻率資源，法令開(kāi)放11GHz，將其應(yīng)用到移動(dòng)與固定無(wú)線寬帶服務(wù)的高頻譜中，不僅涉及到授權(quán)頻譜，也涉及到未授權(quán)頻譜。美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)深入尋求關(guān)于95 GHz以上頻段的5G試用意見(jiàn)。

我國(guó)關(guān)于5G技術(shù)的試驗(yàn)分化為兩步驟，建立5G產(chǎn)業(yè)主導(dǎo)權(quán)。我國(guó)5G試驗(yàn)劃分為2015年到2018年階段，2018年到2020年階段。對(duì)于第一階段來(lái)說(shuō)，主要為技術(shù)研發(fā)實(shí)驗(yàn)，中國(guó)信息通信研究院、運(yùn)營(yíng)商、科研機(jī)構(gòu)及設(shè)備企業(yè)共同參與。第二階段主要為產(chǎn)品研發(fā)試驗(yàn)，由運(yùn)營(yíng)商企業(yè)牽頭，科研機(jī)構(gòu)和設(shè)備企業(yè)參與。我國(guó)在5G技術(shù)研發(fā)中具備話語(yǔ)權(quán)，將成為該項(xiàng)技術(shù)的引領(lǐng)者。按照預(yù)期計(jì)劃，我國(guó)在2020年實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)的商業(yè)化應(yīng)用。基于工信部統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)，進(jìn)行5G技術(shù)研發(fā)實(shí)驗(yàn)。中興和華為屬于5G技術(shù)推進(jìn)的核心企業(yè)，華為參與歐盟主導(dǎo)的5G項(xiàng)目，在促進(jìn)5G產(chǎn)業(yè)化發(fā)展中，華為和運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行對(duì)話，同時(shí)和中國(guó)移動(dòng)、歐洲沃達(dá)豐、西班牙電信公司開(kāi)展聯(lián)合創(chuàng)新，全面做好技術(shù)論證與驗(yàn)證。中興通訊企業(yè)組織開(kāi)展子工作組研究，主要負(fù)責(zé)5G無(wú)線關(guān)鍵技術(shù)及下一代網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的研究。隨著中國(guó)5G技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新，多個(gè)國(guó)家都開(kāi)始和中國(guó)開(kāi)展5G技術(shù)的研發(fā)與合作。

3.4 5G技術(shù)在軟件應(yīng)用創(chuàng)新中的發(fā)展

研究5G通信技術(shù)，形成通信標(biāo)準(zhǔn)，建立通信技術(shù)體系，可以確保5G技術(shù)應(yīng)用到不同場(chǎng)景中，以此滿足場(chǎng)景需求，在不同場(chǎng)景中提供高效信息服務(wù)，滿足用戶對(duì)信息的需求。5G技術(shù)能夠統(tǒng)一完善現(xiàn)有移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，此種發(fā)展模式會(huì)影響物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展。在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈中，不同技術(shù)遵循統(tǒng)一化標(biāo)準(zhǔn)和框架，可以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一發(fā)展。在智慧城市背景下，更需要注重完善和創(chuàng)新物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)?？傊?G技術(shù)可以促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)軟件創(chuàng)新，具備重要作用和價(jià)值，因此要充分發(fā)揮出5G技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

3.5 5G技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的發(fā)展

物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)制約因素表現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)覆蓋方面。應(yīng)用有線網(wǎng)絡(luò)能夠加強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性，但是限制了數(shù)據(jù)應(yīng)用范圍；盡管無(wú)線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用面積廣，然而無(wú)法保障數(shù)據(jù)傳輸安全性與穩(wěn)定性。在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)中，為了更好地應(yīng)用5G技術(shù)，需要完善物聯(lián)網(wǎng)傳輸系統(tǒng)，匹配5G通信技術(shù)，確保5G技術(shù)應(yīng)用有效性。完成5G技術(shù)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)后，可以全面覆蓋信號(hào)，以免有線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用范圍受限。應(yīng)用5G技術(shù)可以保障數(shù)據(jù)通信速率， 5G技術(shù)在數(shù)據(jù)傳輸中，可以達(dá)到每秒10 Gb傳輸速率，可以滿足物聯(lián)網(wǎng)硬件子系統(tǒng)要求，確保子系統(tǒng)與數(shù)據(jù)的交流互動(dòng)性。從上述分析可知，5G技術(shù)可以確保物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)際應(yīng)用效果。

3.6 5G技術(shù)在商業(yè)化進(jìn)程中的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)程中需要應(yīng)用5G通信技術(shù)，融合多種通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。在此期間，通過(guò)5G技術(shù)促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)商業(yè)化發(fā)展。分析通信事業(yè)發(fā)展可知，傳統(tǒng)通信技術(shù)注重調(diào)整物聯(lián)網(wǎng)，提升用戶通信感受，加強(qiáng)用戶體驗(yàn)度。結(jié)合5G技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，可以轉(zhuǎn)變?nèi)粘Ｉ钅Ｊ剑瑸槿藗兊纳?、工作與學(xué)習(xí)帶來(lái)便利性。5G技術(shù)快速發(fā)展，建設(shè)新型交互方式，以此加強(qiáng)用戶移動(dòng)通信感受。在交互通信背景下，用戶在應(yīng)用技術(shù)時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)人與無(wú)線交互，互通效果顯著。社會(huì)快速發(fā)展，運(yùn)營(yíng)商對(duì)傳統(tǒng)通信的移動(dòng)流量增加，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)通信設(shè)備數(shù)量增加?，F(xiàn)實(shí)層面、虛擬層面，可以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。由此可知，5G技術(shù)可以促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)商業(yè)化發(fā)展。所以，合理應(yīng)用5G技術(shù)可以加強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展實(shí)力。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)移動(dòng)通信模式，可以為用戶提供全新的使用體驗(yàn)，對(duì)社會(huì)生產(chǎn)與生活的影響非常大。在未來(lái)發(fā)展中，5G能夠改變社會(huì)信息交互方式，為用戶提供虛擬現(xiàn)實(shí)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)移動(dòng)云及超高清視頻等業(yè)務(wù)體驗(yàn)。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過(guò)程中，能夠不斷促進(jìn)移動(dòng)流量增長(zhǎng)，加快移動(dòng)通信技術(shù)與產(chǎn)業(yè)變革。物聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)大了移動(dòng)通信服務(wù)范圍，可以實(shí)現(xiàn)人與人、人與物、物與物的智能化互聯(lián)，將移動(dòng)通信技術(shù)滲透到多行業(yè)領(lǐng)域。