物联网对5G技术的应用

物联网对 5G技术的应用

邱勇 庞坤 汤加彬

武汉东湖学院 湖北省武汉市 430000

摘要：面向2020年及未来，移动互联网和物联网业务将成为移动通信发展的主要驱动力。5G将满足人们在居住、工作、休闲和交通等领域的多样化业务需求，即便在密集住宅区、办公室、体育场、露天集会、地铁、快速路、高铁和广域覆盖等具有超高流量密度、超高连接数密度、超高移动性特征的场景，也可以为用户提供超高清视频、虚拟现实、增强现实、云桌面、在线游戏等极致业务体验。5G技术的发展来看，许多技术是专为物联网设计的，在未来的物联网当中， 机器与人的沟通将发展到大量的机器与机器 (M2M) 的连接。

关键词：5G 物联网；应用展望

移动通信从20世纪80年代商业化以来，移动通信的发展从模拟到数字，从第一代通信系统（1G）、第二代通信系统（2G）、第三代通信系统（3G）、第四代通信系统（4G）， 再到未来的第五代通信系统5G，移动通信系统提供的业务从传统的语音到语音、文字、图像、视频多内容相融合的业务，无线通信传输速率也从2G时代的9.6K b p s达到4G的100Mbps以上。无线传输速率的提升，也让新兴的业务成为了可能。用户对于移动通信业务内容的需求，给移动通信技术带来了巨大的挑战，需要移动通信网络的数据流量提供海量的支持，从而第五代通信系统（5G）应运而生。

一、5G技术

2020年后，5G通信系统将成为我国移动通信的主流，5G 技术相比目前4G技术，其峰值速率将增长数十倍。从用户体验看，5G具有更高的速率、更宽的带宽。只需要几秒即可下载一部高清电影，能够满足消费者对虚拟现实、超高清视频等更高的网络体验需求。从行业应用看，5G具有更高的可靠性，更低的时延，能够满足智能制造、自动驾驶等行业应用的特定需求。

5G关键能力指标有用户体验速率、连接数密度、端到端时延、峰值速率和移动性等。与以往只强调峰值速率的情况不同，用户体验速率是5G最重要的性能指标，基于5G主要场景的技术需求，5G用户体验速率应达到Gbps量级。

５Ｇ 移动通信关键技术有：（１）高频段传输技术。高频段传输的技术是５Ｇ 通信未来发展的趋势，其优点是足够的天线和设备，能够有效地缓解目前频谱资源短缺的状况。

（２）大规模天线传输技术。采用多天线传输技术，能减少用户之间的干扰，有效地改善无线信号的覆盖性能。多天线技术从二维（２Ｄ） 到三维（３Ｄ） 等技术的发展，其目的是为了提升频谱的效率。（３）同时同频全双工技术。同频全双工技术能有效地提高频谱效率，也能突破原有频谱资源的使用限制，能更加灵活地应用频谱的资源。（４）直接通信技术。传统的以基站为中心的业务提供方式已无法满足海量用户在不同环境下的业务需求。（５）超密集组网技术。５Ｇ 移动通信网络数据的流量提升至几十Gbps，就需要利用密集网络技术来支撑。（６）新型网络架构。未来的 5G 网络与 4G 相比，网络架构将向更加扁平化的方向发展，控制和转发将进一步分离，网络可以根据业务的需求灵活动态地进行组网，从而使网络的整体效率得到进一步提升。

二、物联网

物联网，顾名思义，就是物物相连的互联网。又称为传感网，这是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息产业浪潮。世界上的万事万物，小到微波炉、电饭煲，大到冰箱、房子，只要植入一个微型感应芯片，就可以把它变得智能化。再借助无线网络技术，人类就可以和物体“会话”，物体和物体之间进行“交流”，这就是物联网。

物联网架构可分为三层：感知层、网络层和应用层。感知层由各种传感器构成，感知层是物联网识别物体、采集信息的来源。网络层由各种网络，包括互联网、移动通信网、网络管理系统和云计算平台等组成，是整个物联网的中枢， 负责传递和处理感知层获取的信息。应用层是物联网和用户的接口，它与行业需求结合，实现物联网的智能应用。在物联网应用中有三项关键技术。

（1）传感器技术。传感器把模拟信号转换成数字信号，计算机才能进行处理。

（2）RFID技术。RFID技术是融合了无线射频技术和嵌入式技术为一体的综合技术，在自动识别、物品物流管理有着广阔的应用前景。（3）嵌入式系统技术。嵌入式系统技术是综合了计算机软硬件、传感器技术、集成电路技术、电子应用技术为一体的复杂技术。经过几十年的演变，以嵌入式系统为特征的智能终端产品随处可见，它正在改变着人们的生活， 推动着工业生产以及国防工业的发展。

三、5G技术将促进物联网的飞速发展

据 IMT-2020(5G)推进组发布《5G 网络架构设计》白皮书，5G 关键性能指标主要包括用户体验速率、连接数密度、端到端时延、流量密度、移动性和用户峰值速率，其中，用户体验速率、连接数密度和时延为 5G 最基本的三个性能指标。从移动互联网和物联网主要应用场景、业务需求及挑战出发，可归纳出连续广域覆盖、热点高容量、低功耗大连接和低时延高可靠四个 5G 主要技术场景。 低功耗大连接和低时延高可靠场景主要面向物联网业务，是 5G 新拓展的场景，重点解决传统移动通信无法很好支持地物联网及垂直行业应用。

5G技术相比目前4G技术，可以更好地满足物联网这样的海量接入场景。同时，端到端延时将从4G的十几毫秒减少到5G的几毫秒。正因为有了强大的通讯和带宽能力，5G网络一旦商用，车联网、物联网、智慧城市、无人机网络等概念将变为现实。

移动通信网络与物联网融合的优势在于移动通信网络有多大，物联网覆盖就有多大，不需要客户单独去建网，这对物联网的应用提供了非常大的便利，而且大幅度地降低了建网的成本。

参考文献：

[1] 赵国峰等.5G移动通信网络关键技术综述[J].重庆邮电大 学学报，2015（8）：442-444

[2] 赵玉霞.5G与物联网发展趋势分析[J]. 电子技术与软件工程，2016（22）：17