5G通信技术背景下物联网应用发展

包力泰

（内蒙古广播电视台，内蒙古 呼和浩特 010010）

导语

科技的进步，逐渐推进了中国互联网技术的发展步伐，加快了通讯领域中的网络运行速度。技术的持续更新改变了人们的生活方式，现阶段，4G通信技术已满足不了人们的日常生活要求，随着5G通信技术诞生并进入迅速发展时期，5G成为当前通信领域发展的主流。

1.第五代移动通信技术

1.1 概念

第五代移动通信技术（5thGenerationMobileCommunic ationTechnology简称5G），优势有高速率、低时延和大连接，是实现人机IoT的网络基础设施，是新一代宽带移动通信技术。其传输数据的基站是新的IP地址，传输汇总信息给移动设备以确保数据安全。

1.2 特征

①传输速率高。5G通信技术的应用之下，信息传输速率可到达10Gbps，是4G（100Mbps）的百倍，除此之外，5G网络100MHz以上的宽带，为信息传输速率的提高打下坚实的基础。②信息容量大。5G网络每平方千米可连接的设备数量超出4G的10倍[1]，并且具有较好的通信质量，较强的通信可靠性，可充分满足人口密集城市轨道交通的通信需要。③资源利用率高。5G网络结构的变化，例如：端对端通信（D2D）的设计、自组织网络技术的运用等，不但提高了信息的传输速率，而且有效提高了资源利用率，有助于构建绿色化移动通信网络体系。

2.物联网

物联网作为一种新兴信息产业，也被称为传感器网络。应用广泛，在智能交通、工业生产、城市安全等方面有着独特的优势。物联网是一种将互联网与物结合，交换信息，实现智能定位和监督管理的网络技术。物联网技术的核心不仅是“物联网+”，而且是基于智能实现万物互连的网络架构。物联网的应用主要由三个结构层实现：应用层、网络层、感知层。[2]应用层可以根据物联网的需要来裁剪，许多功能可以通过基于平台和服务的信息处理来实现。网络层是信息传输的重要信道，只有网络层的结构能够进行数据传输，所以网络层是保障物联网稳定应用的重要技术。感知层是物体网络化的基础，连接设备和对象，实现数据的收集。

物联网技术广泛应用于人们的生产生活，为各行各业的人提供服务。之前由于4G通信技术的延迟、容量和速度的不足，物联网的发展受到了一定的限制。5G通信技术与物联网结合，可以将物联网的发展推向新的阶段。

3. 5G背景下IoT的实际应用

就目前而言，5G通信技术与物联网得到了有效的结合，其技术的结合广泛应用于智能制造、无线医疗、智慧物流等多个方面，物联网在与5G通信技术结合应用的过程中充分利用了其低延迟的优势，高效可靠，促进了实际应用的发展。以下是5G通信技术在物联网中的一些较为普遍的应用。

3.1 共享单车

在5G时代共享单车得到了更加有效的发展，其低延迟、高效的特点使得共享单车的使用更加便捷。

3.2 智慧物流

网购的发展使得对物流的要求增加，在4G时代我国的物流得到了一定的发展，但是在5G时代智能物流更加高效智能化，其低成本、大规模、深覆盖等优势使物流的发展得到较为可观的进步，在5G时代可以以低成本的形式完成商品的物流动态跟踪以及实现对产品全部生命周期的管理。[3]为人们网上购物提供便捷也直接促进了我国网购行业的发展，有利于促进我国经济的发展。

3.3 智慧家居

在以往的IoT技术条件下，智慧家居设施离不开Wi-Fi的支持，而Wi-Fi的稳定性较差，容易受外界干扰，使得IoT技术的智慧化发展受到制约。而5G技术的应用，使得家居智能设备可以突破Wi-Fi的制约，也无需安装配套的网关、路由器等设施，促进了智慧家居的轻量化，增强了智慧家居用户体验，有助于IoT的商业化。[4]5G通信技术所带来的商业化优势，IoT智慧技术将得到更加全面的应用普及，推动IoT时代的发展。

3.4 无线医疗—具备力反馈的远程诊断

近年来，物联网技术应用较为广泛，其在医疗行业的应用也较为常见，作为5G通信技术与物联网技术结合的产物，无线医疗的应用为人们带来很大的便利。物联网技术在医疗设备中的使用不断增加，但是对远程控制时通信质量的要求也更加的严格，在4G通信时代，其信号质量问题会影响整个诊疗过程的延续性以及安全性，而在5G网络下的信号质量得到了很大程度的提高，其网速快、低延迟、可靠，以及诊断过程中看到的图片及视频有着高分辨率，能够使得医生在进行远程诊断时及时准确地判断患者的病情，并且利用无线医疗中高精度的反馈，使用远程医疗器械进行科学的手术操作，为患者提供优质的服务体验。[5]

3.5 车联网—远程驾驶

近年来，远程驾驶的构想多样，随着5G通信技术在物联网中的高效应用，远程驾驶与人们日常生活的联系也日益紧密。远程驾驶主要能够方便人们的出行，在其驾驶过程中可以提供智能服务，譬如针对驾驶人因种种原因而不方便驾驶的情况，远程驾驶可以提供出租车服务，作为车联网的重要应用场景之一的远程驾驶场景与5G通信技术相结合，利用5G通信技术自身的低延迟、高效、可靠等优势有效解决驾驶过程中车辆遇到复杂事件时的控制问题，保证驾驶的安全性。在5G通信技术支持下，自动驾驶方案也能够得以实现，可以利用5G技术优势将自动驾驶车辆的感知、决策、控制功能模块都上升到边缘云上，依托边缘云的计算能力进行处理并下发，减少驾驶对车载传感器的依赖。可以在后台生产调度中心实现对车辆的控制，监控工作，车联网远程驾驶的应用，不仅有利于提高驾驶安全性，保障人们的生命安全而且很大程度上促进了汽车行业的发展，方便人们出行的同时为汽车行业带来更多的经济利益。[6]

3.6 MIMO技术应用，优化各行业交通管理效率

大规模MIMO技术是5G无线通信的主要实现技术之一。基站上的许多天线单元提供额外的自由度以提高吞吐量，并提供足够的波束形成增益以提高覆盖范围。在实际应用中，许多天线元件可以装配在多个天线板上以降低成本和节省电源。多面板MIMO将是毫米波的大规模MIMO系统的发展方向，并且通过引入新的参考信号、测量和报告程序，NR可以实现多面板天线阵列的操作。[7]两个独特的NRMIMO特性，即模块化和高分辨率信道状态信息收集和波束管理区分NR和LTE。模块的框架由资源设置、CSI报告设置和量度设置三个组件构成，其将资源的设置与报表的设置相关联。这些设置用作允许网络定制UE的CSI测量和报告的构建块。为了建立和维持数据传输和接收的链路，波束管理使得网络能够使用物理层测量链路质量报告来执行波束交换。波束管理尤其适用于超过6GHz的频率规划，并且GNB和UE使用窄波束进行数据传输和接收。这种波束管理还可以应用于6GHz以下的多纵波、多回波状况，并且结合CSI收集使用，波束管理可以建立网络和UE之间的无缝和低延迟链路来进行数据传输。需要注意的是，超过6GHz的多纵波、多回波， 许多窄带模拟波束被用于数据传输，并且在某些情况下需要频繁的波束转换。[8]当通过波束管理建立链路时，CSI捕获可以帮助网络的链路自适应。在航空、工业4.0等方面，可以应用MIMO技术建立确保无中断通信的多条物理链路，或者可以为巨量的机器提供高效了解方案。

3.7 NR射频收发器，优化物联网感知速率

NR射频收发器特性与扩展5G系统的频带相关联。由于目标频带的范围很广，因此新的无线需要灵活的频谱在不同的频谱分配中操作。光谱灵活性应用于前一代无线接入技术，但在NR的开发和部署中变得更重要。这种光谱的灵活性表明在非常宽的连续光谱或非连续光谱中，可以扩展不同大小的频率块和资源分配，并且该频率块的形式包括非配对频带和不同频带内与不同频带之间不同光谱块的集合。[9]降低功耗是网络实体和设备设计的重要目标，但是由于设备的供电能力有限，因此降低功耗对设备来说尤其重要。新的NR特性影响UE的主要硬件组件的功率消耗，例如天线调谐单元、射频前端、RFIC、基带调制解调器和应用程序处理器。射频前端设备的集成可以显著降低模拟和混合信号处理的“插入”损耗，并提高功率效率。与LTE相比，NRUE调制解调器中的基带处理必须处理反映在以最高数据速率增加的功率消耗中显著增加的数据量。而NR射频收发器的发展和应用，便可以优化远程自动抄表、汽车传感器监视、工业自动化、遥测系统等物联网系统。[10-12]以遥测的应用为例，它可以增强无人机器、远程设备的响应速率，使得相关工作更有效地开展。

4.物联网在5G通信技术背景下的发展前景

4.1 加快IoT商业化进程

在IoT产业链发展过程中，加强5G通信技术的使用，充分借助5G通信技术的优势和相关的技术模型，将各类通信手段和通信措施进行有效转化，从而保障产业链转型目标能够高效稳定实施。在IoT产业发展过程中，要加快商业化发展进程，通过将IoT产业链与商业化进程进行有效融合，确定基本的发展思路，可实现对原有通信技术手段的全面改造。在5G通信技术的实际应用中加强IoT的改造，使得原有用户能够产生更新更强的通信感受，不断丰富其通信体验，获得人们的支持和帮助。[13]进一步融合5G通信技术与物联网产业链，将5G通信技术的优势全面发挥出来，改变人们的生活方式。5G技术相较于以往的通信技术，其发展能够构建一个新的交互方式，能提升使用者的通信体验。在5G通信技术未来发展过程中，将会实现多元化的连接和发展状态，这对IoT产业链的发展会带来一定的推动作用和积极影响。因而在IoT产业链发展过程中，要加快商业化发展进程，以综合通信技术发展不断调整其发展模式和发展战略，加强改革与创新。

4.2 有效扩大IoT规模

在5G通信技术的应用过程中，IoT通信的范围逐渐拓宽，受众群体的数量在急剧增加，并最终实现全球覆盖。通过加强5G通信技术的使用，有效扩大IoT市场化规模，不断增加受众群体，提高IoT市场的总额。为了保障IoT规模能够迅速扩大，在实际的发展过程中要实现全方位、多层次的网络互联和网络通信。通过加强网络互联与网络通信有效加强人们之间的沟通和交流，采用相应的技术支持，不断扩大IoT的规模。所以在IoT产业链发展中，需将5G通信技术的优势全面发挥出来，全面且科学的应用5G通信技术的优势，提升全方位的网络升级效果，实现通信多元化。

4.3 加快IoT产业发展速度

IoT产业已经进入了一个较快的发展阶段，其中离不开通信技术的推动作用。IoT行业在过去五年已经超出了29%的CAGR占比，整体的市场规模还在不断扩大。[14]在IoT产业链发展过程中，许多专用设备还在不断优化与改进，为人们提供了一个良好的体验，通过加强5G通信技术的使用，不断增强通信技术的及时性、精确性和准确性，有效提升互联网信息传输的时效性。在IoT产业链发展过程中，加强5G通信技术的使用，有效提高信息传输的速率，加快IoT产业链的发展速度，利用5G通信技术为IoT产业链发展提供相应的技术动力和支持。在IoT产业链发展过程中，则需要相关的技术人员和通信技术企业能够加强对5G通信技术应用效果的探究，综合目前发展状况以及5G通信技术实际应用状况，加强5G通信技术的实践应用，有效加快IoT产业链的发展。

结语

在新的时代背景下，我国的5G通信技术初步取得了发展，并且已经投入商用，然而距离普及还有很长的一段路要走。5G通信技术的应用，有效地解决了过去物联网发展存在的问题，使物联网发展迈进了新阶段，从根本上改变了物联网的发展模式，使之朝着更加高效更加稳定的方向发展。在今后的工作中，有关人员应结合工作经验及物联网发展需求，对物联网形势下的5G通信技术应用进行进一步探究。