物联网形势下的5G通信技术应用

王佳 代明 何晓明

摘 要 来势汹汹的5G时代，物联网是最大的受益者。可以说，5G网络就是为物联网时代服务的，它能够完美的实现万物物联。5G网络一旦应用，车联网、物联网、智慧城市和无人机网络等概念都将变为现实。此外，5G还将进一步应用到工业、医疗和安全等领域，能夠极大地促进这些领域的生产效率，创造出新的生产方式。

关键词 5G；物联网；通信技术；应用难点

“互联网+”智媒技术创新中心的成立，是5G时代信息通信行业与媒体行业跨界合作的全新模式。它的主要作用一是增强传播影响力，发挥技术优势；二是汇聚产业发展合力，创新内容制作发布方式，加强产业政策宣传、解读，增进各方共识；三是提升行业服务能力，聚焦互联网+、5G等重点领域，大力开展政策研究、行业咨询、测试评估等服务。

1 5G技术与应用难点

5G将是一个多业务多技术融合的网络，通过技术的演进和创新，满足未来包含广泛数据和连接的各种业务的快速发展需要，提升用户体验。

1.1 5G基本技术

（1）新型信息中心网络。传统通信 TCP/IP 网络难以实现全面海量数据的发布，而以 ICN（信息中心网络）为代表的新技术优势日益明显。

（2）SDN（软件定义网络）与 NFV（网络功能虚拟化）。SDN 以基础设施层（网络最底层）、中间层（控制层）、最上层（应用层）为主，涵盖了 API 网络资源调用内容。NFV 是从网络运营商的角度出发的网络体系，利用 IT 技术平台来实现功能虚拟化，并与所对应的功能块相衔接，便于统一调用相关虚拟资源[1]。

（3）5G芯片技术。在高宽带收发系统、可见光通信、调制解调器、移动终端、大规模天线和云后台服务等诸多环节都需要芯片支撑，而且比4G的性能要求更高、尺寸更小。

（4） 云后台服务。云服务安全、可靠并形成中心式云后台，利用量子密码学进行实现5G安全的实现，可以有效地避免不必要的资源浪费，并且可以降低物理层面的存储支出，有效缩减第三方的存储器代理提供的费用。

1.2 5G应用技术

5G的关键应用技术分为覆盖增强技术、频效提升技术、频谱扩展技术和能效提升技术等四个类别。

（1）覆盖增强技术。在 5G 的超密集异构网络中，利用宏站和低功率小型基站进行覆盖，包括4G、Wi-Fi、LTE 等多种异构网络，通过增加站点密度减少节点间的距离，使网络节点距离终端更近，令频谱效率以及系统容量得到大幅度的提升[2]。

（2）频效提升技术。一是MIMO天线技术。二是可利用节点扩展技术。三是新型传输波形。四是非正交多址接入技术。五是先进调制编码技术。

（3）频谱扩展技术。频谱扩展技术是当今最先进的无线通信技术，包括认知无线电、毫米波、可见光通信等技术。

（4）能效提升技术。一是多域协同无线资源管理；二是多协同可以实现跨层资源的联合调度，在跨网优化中实现协同通信，促进交流、增加合作，跨网资源联合优化配置。

1.3 5G技术难点

（1）5G芯片。从深层次来看，国内外芯片方面的主要差距表现在：一是关键核心技术缺失。国外射频芯片和器件技术已经非常成熟，尤其是面向高频应用的BAW和FBAR 滤波器。二是缺乏成熟的商用工艺支撑，整体落后世界领先水平两代以上。三是产业链上下游协同性不够，当前我国面向5G，国内芯片缺乏与软件、整机设备、系统应用和测试仪器仪表等产业生态环节的紧密互动[3]。

（2）云计算软硬件。5G将采用 MECC， 即在靠近移动用户的位置上提供IT 服务环境和云计算能力，使应用、服务和内容部署在分布式移动环境中，针对图像、视频和制图等，将计算和存储卸载到无线接入网，从而降低了对通信带宽的开销，并提高了实时性。

（3）毫米波高频及高频器件。首先，5G需要高、中以及低频协同工作，频段高意味着波长小、相应的天线尺寸小，偏向于采用多天线。其次，高频信号衰落快，需要超密集组网，对有较强方向性特征的高频数据的遮挡不可避免，很难形成最佳用户体验。第三，高频关键器件的特性和成熟度对系统设计也带来一些新的挑战，最突出的问题就是高频器件较为薄弱。

（4）5G排除信号干扰的算法。一是现有的干扰协调算法已不再适用。在 5G 移动通信网络中，干扰是一个必须解决的问题。二是为了满足移动性需求，需要新的切换算法。在超密集网络中，密集地部署及形状的不规则，导致频繁复杂的切换。新的切换算法和网络动态部署技术成为研究重点。

（5）5G网络安全。一是5G网络和业务运维的安全问题。5G采用的是通用硬件带来低可靠性问题，需进一步研究如何提高在通用硬件平台上实现电信协议的可靠性。二是接入设备的双重身份引发的安全问题。三是超高密度用户接入引发的安全问题。5G 网络提供对与海量用户访问的支持，这将可能面临针对海量用户加密方法、加密服务器性能以及新的感知网络以及人工智能病毒攻击带来的安全问题。

2 物联网的发展与应用

物联网是要让设备和设备之间可以互相交换资料并沟通，让人类的生活更加的自动化和方便。物联网应用领域相当广泛，从环境监测、无线感测网络、智能电网与能源管理、医疗照护、食品管制系统、产品供应链，以及从智能交通、智能建筑、智能工厂，以至于延伸到智能交通运输/物流、甚至智慧城市的大范围的应用。

3 5G与物联网的关系

5G最重要的是物联网的提升，面向未来，人们对移动互联网大流量应用的需求及万物互联的需求十分巨大，现有的无线网络性能无法满足这些需求，供给与需求间的缺口将推动着现有的无线网络继续升级，最终推动5G时代的到来。

4 物联网下5G的应用

未来5G将可以广泛应用于生活的各个方面。例如自动驾驶汽车、无人机飞行、5G VR/AR、移动医疗和远程操作复杂的自动化设备等都将是5G大显身手的地方。

5 结束语

5G网络速度和接入能力更加强大，将跳出移动互联网真正实现让万物相连，让城市生活包括交通、安防、教育和旅游等各个方面都将变得更加智慧，人工智能、自动驾驶、远程手术、智慧城市以及万物互联都会因5G而普及。5G带来的不仅是网速的改变，更是思维方式和商业模式的变革。

参考文献

[1] 欧阳龙.物联网形势下的5G通信技术应用[J].通讯世界，2018，（03）：86-87.

[2] 高宇鑫.基于物联网形势下的5G通信技术应用分析[J].中国新通信，2018，（10）：90.

[3] 蒋志良.物联网形式下的5G技术研究与应用[J].通讯世界，2018，（04）：36-37.