5G通信技術背景下物聯網應用發展

包力泰

（內蒙古廣播電視臺，內蒙古 呼和浩特 010010）

導語

科技的進步，逐漸推進了中國互聯網技術的發展步伐，加快了通訊領域中的網絡運行速度。技術的持續更新改變了人們的生活方式，現階段，4G通信技術已滿足不了人們的日常生活要求，隨著5G通信技術誕生并進入迅速發展時期，5G成為當前通信領域發展的主流。

1.第五代移動通信技術

1.1 概念

第五代移動通信技術（5thGenerationMobileCommunic ationTechnology簡稱5G），優勢有高速率、低時延和大連接，是實現人機IoT的網絡基礎設施，是新一代寬帶移動通信技術。其傳輸數據的基站是新的IP地址，傳輸匯總信息給移動設備以確保數據安全。

1.2 特征

①傳輸速率高。5G通信技術的應用之下，信息傳輸速率可到達10Gbps，是4G（100Mbps）的百倍，除此之外，5G網絡100MHz以上的寬帶，為信息傳輸速率的提高打下堅實的基礎。②信息容量大。5G網絡每平方千米可連接的設備數量超出4G的10倍[1]，并且具有較好的通信質量，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網絡結構的變化，例如：端對端通信（D2D）的設計、自組織網絡技術的運用等，不但提高了信息的傳輸速率，而且有效提高了資源利用率，有助于構建綠色化移動通信網絡體系。

2.物聯網

物聯網作為一種新興信息產業，也被稱為傳感器網絡。應用廣泛，在智能交通、工業生產、城市安全等方面有著獨特的優勢。物聯網是一種將互聯網與物結合，交換信息，實現智能定位和監督管理的網絡技術。物聯網技術的核心不僅是“物聯網+”，而且是基于智能實現萬物互連的網絡架構。物聯網的應用主要由三個結構層實現：應用層、網絡層、感知層。[2]應用層可以根據物聯網的需要來裁剪，許多功能可以通過基于平臺和服務的信息處理來實現。網絡層是信息傳輸的重要信道，只有網絡層的結構能夠進行數據傳輸，所以網絡層是保障物聯網穩定應用的重要技術。感知層是物體網絡化的基礎，連接設備和對象，實現數據的收集。

物聯網技術廣泛應用于人們的生產生活，為各行各業的人提供服務。之前由于4G通信技術的延遲、容量和速度的不足，物聯網的發展受到了一定的限制。5G通信技術與物聯網結合，可以將物聯網的發展推向新的階段。

3. 5G背景下IoT的實際應用

就目前而言，5G通信技術與物聯網得到了有效的結合，其技術的結合廣泛應用于智能制造、無線醫療、智慧物流等多個方面，物聯網在與5G通信技術結合應用的過程中充分利用了其低延遲的優勢，高效可靠，促進了實際應用的發展。以下是5G通信技術在物聯網中的一些較為普遍的應用。

3.1 共享單車

在5G時代共享單車得到了更加有效的發展，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

網購的發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展，但是在5G時代智能物流更加高效智能化，其低成本、大規模、深覆蓋等優勢使物流的發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跟蹤以及實現對產品全部生命周期的管理。[3]為人們網上購物提供便捷也直接促進了我國網購行業的發展，有利于促進我國經濟的發展。

3.3 智慧家居

在以往的IoT技術條件下，智慧家居設施離不開Wi-Fi的支持，而Wi-Fi的穩定性較差，容易受外界干擾，使得IoT技術的智慧化發展受到制約。而5G技術的應用，使得家居智能設備可以突破Wi-Fi的制約，也無需安裝配套的網關、路由器等設施，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的商業化。[4]5G通信技術所帶來的商業化優勢，IoT智慧技術將得到更加全面的應用普及，推動IoT時代的發展。

3.4 無線醫療—具備力反饋的遠程診斷

近年來，物聯網技術應用較為廣泛，其在醫療行業的應用也較為常見，作為5G通信技術與物聯網技術結合的產物，無線醫療的應用為人們帶來很大的便利。物聯網技術在醫療設備中的使用不斷增加，但是對遠程控制時通信質量的要求也更加的嚴格，在4G通信時代，其信號質量問題會影響整個診療過程的延續性以及安全性，而在5G網絡下的信號質量得到了很大程度的提高，其網速快、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，并且利用無線醫療中高精度的反饋，使用遠程醫療器械進行科學的手術操作，為患者提供優質的服務體驗。[5]

3.5 車聯網—遠程駕駛

近年來，遠程駕駛的構想多樣，隨著5G通信技術在物聯網中的高效應用，遠程駕駛與人們日常生活的聯系也日益緊密。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，譬如針對駕駛人因種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，作為車聯網的重要應用場景之一的遠程駕駛場景與5G通信技術相結合，利用5G通信技術自身的低延遲、高效、可靠等優勢有效解決駕駛過程中車輛遇到復雜事件時的控制問題，保證駕駛的安全性。在5G通信技術支持下，自動駕駛方案也能夠得以實現，可以利用5G技術優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，減少駕駛對車載傳感器的依賴。可以在后臺生產調度中心實現對車輛的控制，監控工作，車聯網遠程駕駛的應用，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的發展，方便人們出行的同時為汽車行業帶來更多的經濟利益。[6]

3.6 MIMO技術應用，優化各行業交通管理效率

大規模MIMO技術是5G無線通信的主要實現技術之一。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省電源。多面板MIMO將是毫米波的大規模MIMO系統的發展方向，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信息收集和波束管理區分NR和LTE。模塊的框架由資源設置、CSI報告設置和量度設置三個組件構成，其將資源的設置與報表的設置相關聯。這些設置用作允許網絡定制UE的CSI測量和報告的構建塊。為了建立和維持數據傳輸和接收的鏈路，波束管理使得網絡能夠使用物理層測量鏈路質量報告來執行波束交換。波束管理尤其適用于超過6GHz的頻率規劃，并且GNB和UE使用窄波束進行數據傳輸和接收。這種波束管理還可以應用于6GHz以下的多縱波、多回波狀況，并且結合CSI收集使用，波束管理可以建立網絡和UE之間的無縫和低延遲鏈路來進行數據傳輸。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據傳輸，并且在某些情況下需要頻繁的波束轉換。[8]當通過波束管理建立鏈路時，CSI捕獲可以幫助網絡的鏈路自適應。在航空、工業4.0等方面，可以應用MIMO技術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射頻收發器，優化物聯網感知速率

NR射頻收發器特性與擴展5G系統的頻帶相關聯。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。光譜靈活性應用于前一代無線接入技術，但在NR的開發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光譜或非連續光譜中，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與不同頻帶之間不同光譜塊的集合。[9]降低功耗是網絡實體和設備設計的重要目標，但是由于設備的供電能力有限，因此降低功耗對設備來說尤其重要。新的NR特性影響UE的主要硬件組件的功率消耗，例如天線調諧單元、射頻前端、RFIC、基帶調制解調器和應用程序處理器。射頻前端設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調制解調器中的基帶處理必須處理反映在以最高數據速率增加的功率消耗中顯著增加的數據量。而NR射頻收發器的發展和應用，便可以優化遠程自動抄表、汽車傳感器監視、工業自動化、遙測系統等物聯網系統。[10-12]以遙測的應用為例，它可以增強無人機器、遠程設備的響應速率，使得相關工作更有效地開展。

4.物聯網在5G通信技術背景下的發展前景

4.1 加快IoT商業化進程

在IoT產業鏈發展過程中，加強5G通信技術的使用，充分借助5G通信技術的優勢和相關的技術模型，將各類通信手段和通信措施進行有效轉化，從而保障產業鏈轉型目標能夠高效穩定實施。在IoT產業發展過程中，要加快商業化發展進程，通過將IoT產業鏈與商業化進程進行有效融合，確定基本的發展思路，可實現對原有通信技術手段的全面改造。在5G通信技術的實際應用中加強IoT的改造，使得原有用戶能夠產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通信技術與物聯網產業鏈，將5G通信技術的優勢全面發揮出來，改變人們的生活方式。5G技術相較于以往的通信技術，其發展能夠構建一個新的交互方式，能提升使用者的通信體驗。在5G通信技術未來發展過程中，將會實現多元化的連接和發展狀態，這對IoT產業鏈的發展會帶來一定的推動作用和積極影響。因而在IoT產業鏈發展過程中，要加快商業化發展進程，以綜合通信技術發展不斷調整其發展模式和發展戰略，加強改革與創新。

4.2 有效擴大IoT規模

在5G通信技術的應用過程中，IoT通信的范圍逐漸拓寬，受眾群體的數量在急劇增加，并最終實現全球覆蓋。通過加強5G通信技術的使用，有效擴大IoT市場化規模，不斷增加受眾群體，提高IoT市場的總額。為了保障IoT規模能夠迅速擴大，在實際的發展過程中要實現全方位、多層次的網絡互聯和網絡通信。通過加強網絡互聯與網絡通信有效加強人們之間的溝通和交流，采用相應的技術支持，不斷擴大IoT的規模。所以在IoT產業鏈發展中，需將5G通信技術的優勢全面發揮出來，全面且科學的應用5G通信技術的優勢，提升全方位的網絡升級效果，實現通信多元化。

4.3 加快IoT產業發展速度

IoT產業已經進入了一個較快的發展階段，其中離不開通信技術的推動作用。IoT行業在過去五年已經超出了29%的CAGR占比，整體的市場規模還在不斷擴大。[14]在IoT產業鏈發展過程中，許多專用設備還在不斷優化與改進，為人們提供了一個良好的體驗，通過加強5G通信技術的使用，不斷增強通信技術的及時性、精確性和準確性，有效提升互聯網信息傳輸的時效性。在IoT產業鏈發展過程中，加強5G通信技術的使用，有效提高信息傳輸的速率，加快IoT產業鏈的發展速度，利用5G通信技術為IoT產業鏈發展提供相應的技術動力和支持。在IoT產業鏈發展過程中，則需要相關的技術人員和通信技術企業能夠加強對5G通信技術應用效果的探究，綜合目前發展狀況以及5G通信技術實際應用狀況，加強5G通信技術的實踐應用，有效加快IoT產業鏈的發展。

結語

在新的時代背景下，我國的5G通信技術初步取得了發展，并且已經投入商用，然而距離普及還有很長的一段路要走。5G通信技術的應用，有效地解決了過去物聯網發展存在的問題，使物聯網發展邁進了新階段，從根本上改變了物聯網的發展模式，使之朝著更加高效更加穩定的方向發展。在今后的工作中，有關人員應結合工作經驗及物聯網發展需求，對物聯網形勢下的5G通信技術應用進行進一步探究。