5G移动通信技术下的物联网时代

2020-01-01林璐

数字通信世界 2020年1期

林璐

（广东省电信规划设计院有限公司福州分公司，福州 350003）

随着经济的发展和社会的进步，特别是信息化技术的深入发展，我国已经全面进入信息化网络化时代，物联网应用爆发式增长，移动通信技术从4G时代推进到5G时代，也进一步推动了物联网发展。据此，下文针对5G移动通信技术下的物联网时代等相关内容进行简要分析。

1 物联网时代概述

物联网简单说就是物物相连组成的网络，是通过各种信息传感设备，将文章连接到互联网进行信息交换和通信的网络，以实现智能识别、定位、跟踪、监控和管理。物联网的层次结构分为三层：感知层、网络层和应用层。传感层位于底层，由各种传感器组成，包括射频识别装置（射频识别装置）、摄像头、条形码/二维码扫描仪、温度、湿度等传感器和终端，这些都是信息采集的关键部分。网络层由各种有线和无线通信网络、互联网、网络管理系统和云计算平台组成，负责传输和处理感知层获取的信息。应用层负责提供丰富的应用程序，利用云计算、数据挖掘等技术结合行业需求实现广泛的智能应用解决方案。

车联网、智能家居、远程医疗、智慧城市、工业4.0等名词大热，物联网应用爆发式增长，数以千亿的设备将接入网络，未来物联网将遍及世界的每个角落，实现“万物互联”。

2 5G移动通信技术在物联网中的应用

2.1 网络切片

在5G时代，移动网络能够支持的业务种类、终端种类与4G时代相比更加丰富多样，并且不同业务对网络技术指标的要求也不尽相同，例如移动性要求、时延要求、可靠性要求等，因此传统的蜂窝网络“一刀切”的模式已经不能满足5G时代各行各业对网络的不同需求。

网络切片是将单一物理网络划分为多个虚拟网络，将网络资源进行切片，为典型的业务场景分配独立的切片，在切片内针对业务需求设计增强的网络架构，对时延、带宽等性能指标进行灵活配置，并且切片之间互不影响，从而满足不同业务的个性化需求。多个网络切片共用网络基础设施，也提高了网络资源利用率。

网络切片是一个端到端的复杂的系统工程，需要经过三个穿透的网络：接入网络、核心网络、数据和服务网络。网络切片不是一个单独的技术，它是基于云计算、SDN、NFV、分布式云架构等几大技术群而实现的。

2.2 SDN/NFV技术

SDN（软件定义网络）主要是优化网络基础设施架构，比如交换机、路由器等。SDN解耦了控制平面与数据平面，网络设备分为独立的控制设备和转发设备，简化了转发设备的功能，控制和转发遵循标准的Openflow协议，实现了控制层和转发层的分离。可以在接口上开发应用软件，实现灵活的可编程性，使移动网络的组成更加灵活。

NFV（网络功能虚拟化）主要是提供增值功能的灵活性和低成本，虚拟化技术利用软硬件解耦和功能抽象来降低设备成本。根据业务需求，实现自动部署和灵活扩展。承载各种网络功能的通用硬件与云计算虚拟化技术相结合，实现网元虚拟化和虚拟网络可编程性，简化网络升级步骤，降低购买新硬件的成本。

SDN和NFV两者互补，对提升5G网络弹性十分有效，SDN提供的集中式管理控制功能和NFV提供的业务功能虚拟化，可以协调管控分布式IoT系统中的各种数据流和业务流。

2.3 5G新空口技术

5G时代的应用空前繁荣，不同应用对空口技术要求也是复杂多样的。搭建5GNR并非从零开始，而是以4G为基础，充分利用和创新现有先进技术，不断提升频域、时域、空域、码域的资源复用效率。

基于OFDM优化的多址技术：OFDM（正交频分复用）被4G系统广泛采用，将高速率数据通过串并转换调制到相互正交的子载波上，具有高频谱效率和较低的数据复杂性，但其主要问题是不够灵活。5G时代，无人驾驶等低时延业务，要求极短的时域符号周期与传输时间间隔，需要在频域有较宽的子载波带宽；而海量连接的应用场景中，单个传感器数据量极低，需在频域上配置较窄的子载波带宽，而在时域上符号周期与传输时间间隔可以足够长。4G的OFDM频域子载波带宽和时域符号周期长度都是固定的，在5G时代需要相应地演进，为不同类型的业务智能地提供不同的子载波带宽、符号周期长度、保护间隔/循环前缀长度配置，以满足不同业务对于5G移动通信系统时域资源以及频域资源的需求。

毫米波：5G首次将28GHz及以上的高频应用于移动宽带通信。大量可用的高频段频谱可提供极致数据传输速度和容量，非常适用于数Gbps的链路。毫米波具有更高的自由空间路径损耗，衍射效果差，需通过天线阵列来提升增益。幸运的是天线振子的尺寸与频率成反比，与低频天线阵列相比，相同尺寸高频天线阵列可容纳更多数量的天线振子。