物联网环境中的5G关键技术及产业化应用

2021-01-12徐瑶，王玢

数字通信世界 2021年7期

关键词：传输速度频段基站

徐瑶，王玢

（国家无线电监测中心检测中心，北京 100041）

0 引言

随着我国5G技术的大力建设布局，以及它高速传输、低延时的技术特性，赋能于物联网行业，将加速该行业的发展进程，促进产业化规模的扩大，对该行业带来突破性的深远影响。

1 5G通信技术与物联网

1.1 5G通信技术

5G技术指的是5G移动通信技术，其特点包括：一是数据传输速度更快，满足了大型互联网活动的需求；二是安全性提升，强大的传输速度带来的低延迟，保证了5G信号在传输关键数据时的可靠性和即时性；三是数据量变大，传输速度的提升使得5G网络可以快速传输海量长视频或直播数据，这要求它必须具备强大的数据处理能力。

1.2 物联网

物联网（IoT）又被称为“万物互联”（IoE），强调了互联网连接的所有对象（包括人和机器）都拥有惟一的地址，并通过有线和无线网络进行通信。[1]

2 5G关键技术在物联网中的具体应用

2.1 密集网络技术的应用

与4G网络相比，5G网络依赖占用空间更少的技术手段连接了大量无线接入技术，从而保证高效率的网络传输速度与广阔的覆盖范围。为实现以上目标，必须构建极其详细的区域划分，密集网络技术就是目前解决这一问题的有效策略，也是5G网络的核心技术。[2]该技术主要包括两方面的应用：一是在基站附近搭建更多高增益天线，扩大室外网络空间，同时实现5G网络系统有效扩容，提高信息传输的灵活性。二是布局完善的密集网络技术，增加网络天线，增强系统灵活性，使得不同网络中的不同节点自由连接，并且稳定而精确地交互信息。

2.2 独立组网技术

独立组网技术就是重新搭建全新的网络，涵盖核心网络、回程链路以及全新基站。独立组网模式不仅包括全新的网元以及5G网络接口，还会与5GNR结合，并引入一系列新技术，如SDN和NFV等。独立组网模式中的核心网能够支持D2D的网络切片、MEC等网络服务，增强了业务支持能力；同时该模式同时涵盖了独立无线网与核心网，在4G与5G中均新增核心网接口，可实现互操作，十分灵活；独立组网仅支持4G或者5G单独连接，终端简单、功耗低、成本低。因此，独立组网模式可以实现全部的5G网络功能与特性，为物联网设备实现传输过程中的低延迟。

2.3 SDN/NFV技术

SDN/NFV指的是借助软件功能实现网络/网络功能的虚拟化，SDN/NFV技术可以根据不同的网络环境，设定与其匹配的特定参数，并通过软件程序有效调用网络数据。在5G环境中，不仅可以设定控制层、管理层与应用层，还能实现有效的数据控制与监测，使用自动配置代替原有的手动配置，节省了5G技术中的管理成本与时间。在物联网环境中搭载SDN/NFV技术，不仅可以搭建起领先的虚拟网络架构，还能让网络适应工作中的不同情况。

2.4 D2D通信技术的应用

D2D通信技术，即设备与设备之间的即时通信。传统4G移动通信发射网络的特点是利用基站来组建小型的通信网络，这种基站弊端较多，比如必须建设在没有建筑物遮挡的开阔地区，同时中央移动网络难以覆盖区域内的边缘用户，必须在许可频段内工作，抗干扰能力差，且安全性较低，而且对建设基站的材料结构也有较高要求等。而D2D技术具有明显的优势，它能够在短距离通信中依靠蜂窝用户的授权频带工作，通过移动网络之间进行直接通信，解决以上不良的用户体验，安全性更高，抗干扰能力更强。

随着5G技术的成熟，我们可以在物联网中的智能农业中应用这一通信技术，通过各大传感设备的直接通信，及时而准确地将数据传输至专家手中，加速农业生产的效率。

2.5 高频段通信技术的应用

在传统4G移动通信网络中，由于通信网络频谱资源不足，系统容量一直是难以解决的问题，而5G通信网络包含2种频率范围，一是频率范围在450MHz-6GHz的FR1，与4G网络范围差不多；二是频率范围在24.25GHz-52.6GHz的FR2，远高于目前使用的通信频段。5G技术可以使用这2中频率范围实现全频段通信。在物联网系统中的全频段通信中，还可以使用高频毫米波天线来发射信号，以较小的设备体积带来非常大的网络带宽。

在大型线上网络活动中，有限的频段无法应对短时间的网络流量大幅增长，极易造成网络拥堵甚至网络崩溃，因此利用5G全频段覆盖及高频段毫米波传输技术，可以大大增加网络容量，提升传输速度，并且通过更加小型的设备，满足人们随时携带的生活需求。

2.6 智能化技术的应用

在未来物联网环境中，各类智能化的电子设备将在智能家居、智慧医疗等领域频繁应用，充分融入人们的日常生活，为搭建提供便捷化的服务，这些多样化的服务，会将大量的多方位的数据传输到5G核心网络中，因此，核心网络必须能够处理大量不同的且多样化的数据，这也意味着5G通信技术中的智能化技术成为核心的一项技术项目。

5G通信技术通过一个个云计算中心，汇集成具有极高计算能力的大型服务器。这种服务器借助网络交换机与其他网络进行交互连接，实现有效的多方位数据连接，不仅能够快速处理基础数据，还能根据信息的不同类型与性质予以划分。举例来说，结合了5G技术的物联网智能家居市场，可以快速进行有效的科学规划，帮助不同的品牌进行打通连接，通过云端控制满足不同用户的需求。

3 5G通信技术下的物联网产业化应用

3.1 智能家居

可以通过物联网和5G技术对家中的电器（如冰箱、洗衣机等）进行远程控制；也可以通过一些智能电子设备查找物品的位置和相关信息；还可以利用5G的网络速度，物联网的摄像监控功能，实时远程查看家中状况，保证家居环境的安全。

3.2 智慧医疗

首先，5G技术保证了患者异地也能线上挂号问诊的需求，在家也能享受高清的医疗服务，解决了医院聚集堵塞、交叉感染的问题；其次，医生可以跨地域远程指导一些简单的手术，提高边远地区基层医院的手术质量；同时，5G技术作用下的物联网技术可以应用于救护车的车载设备，实时记录患者的体征数据，提前传送至医院医生手中，帮助医生快速了解情况并提前安排住院流程。