物聯(lián)網(wǎng)形勢(shì)下的5G通信技術(shù)應(yīng)用

王佳 代明 何曉明

摘 要 來(lái)勢(shì)洶洶的5G時(shí)代，物聯(lián)網(wǎng)是最大的受益者。可以說(shuō)，5G網(wǎng)絡(luò)就是為物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代服務(wù)的，它能夠完美的實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物物聯(lián)。5G網(wǎng)絡(luò)一旦應(yīng)用，車聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市和無(wú)人機(jī)網(wǎng)絡(luò)等概念都將變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。此外，5G還將進(jìn)一步應(yīng)用到工業(yè)、醫(yī)療和安全等領(lǐng)域，能夠極大地促進(jìn)這些領(lǐng)域的生產(chǎn)效率，創(chuàng)造出新的生產(chǎn)方式。

關(guān)鍵詞 5G；物聯(lián)網(wǎng)；通信技術(shù)；應(yīng)用難點(diǎn)

“互聯(lián)網(wǎng)+”智媒技術(shù)創(chuàng)新中心的成立，是5G時(shí)代信息通信行業(yè)與媒體行業(yè)跨界合作的全新模式。它的主要作用一是增強(qiáng)傳播影響力，發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢(shì)；二是匯聚產(chǎn)業(yè)發(fā)展合力，創(chuàng)新內(nèi)容制作發(fā)布方式，加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)政策宣傳、解讀，增進(jìn)各方共識(shí)；三是提升行業(yè)服務(wù)能力，聚焦互聯(lián)網(wǎng)+、5G等重點(diǎn)領(lǐng)域，大力開展政策研究、行業(yè)咨詢、測(cè)試評(píng)估等服務(wù)。

1 5G技術(shù)與應(yīng)用難點(diǎn)

5G將是一個(gè)多業(yè)務(wù)多技術(shù)融合的網(wǎng)絡(luò)，通過技術(shù)的演進(jìn)和創(chuàng)新，滿足未來(lái)包含廣泛數(shù)據(jù)和連接的各種業(yè)務(wù)的快速發(fā)展需要，提升用戶體驗(yàn)。

1.1 5G基本技術(shù)

（1）新型信息中心網(wǎng)絡(luò)。傳統(tǒng)通信 TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)難以實(shí)現(xiàn)全面海量數(shù)據(jù)的發(fā)布，而以 ICN（信息中心網(wǎng)絡(luò)）為代表的新技術(shù)優(yōu)勢(shì)日益明顯。

（2）SDN（軟件定義網(wǎng)絡(luò)）與 NFV（網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）。SDN 以基礎(chǔ)設(shè)施層（網(wǎng)絡(luò)最底層）、中間層（控制層）、最上層（應(yīng)用層）為主，涵蓋了 API 網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)用內(nèi)容。NFV 是從網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的角度出發(fā)的網(wǎng)絡(luò)體系，利用 IT 技術(shù)平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)功能虛擬化，并與所對(duì)應(yīng)的功能塊相銜接，便于統(tǒng)一調(diào)用相關(guān)虛擬資源[1]。

（3）5G芯片技術(shù)。在高寬帶收發(fā)系統(tǒng)、可見光通信、調(diào)制解調(diào)器、移動(dòng)終端、大規(guī)模天線和云后臺(tái)服務(wù)等諸多環(huán)節(jié)都需要芯片支撐，而且比4G的性能要求更高、尺寸更小。

（4） 云后臺(tái)服務(wù)。云服務(wù)安全、可靠并形成中心式云后臺(tái)，利用量子密碼學(xué)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)5G安全的實(shí)現(xiàn)，可以有效地避免不必要的資源浪費(fèi)，并且可以降低物理層面的存儲(chǔ)支出，有效縮減第三方的存儲(chǔ)器代理提供的費(fèi)用。

1.2 5G應(yīng)用技術(shù)

5G的關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)分為覆蓋增強(qiáng)技術(shù)、頻效提升技術(shù)、頻譜擴(kuò)展技術(shù)和能效提升技術(shù)等四個(gè)類別。

（1）覆蓋增強(qiáng)技術(shù)。在 5G 的超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，利用宏站和低功率小型基站進(jìn)行覆蓋，包括4G、Wi-Fi、LTE 等多種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，通過增加站點(diǎn)密度減少節(jié)點(diǎn)間的距離，使網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)距離終端更近，令頻譜效率以及系統(tǒng)容量得到大幅度的提升[2]。

（2）頻效提升技術(shù)。一是MIMO天線技術(shù)。二是可利用節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展技術(shù)。三是新型傳輸波形。四是非正交多址接入技術(shù)。五是先進(jìn)調(diào)制編碼技術(shù)。

（3）頻譜擴(kuò)展技術(shù)。頻譜擴(kuò)展技術(shù)是當(dāng)今最先進(jìn)的無(wú)線通信技術(shù)，包括認(rèn)知無(wú)線電、毫米波、可見光通信等技術(shù)。

（4）能效提升技術(shù)。一是多域協(xié)同無(wú)線資源管理；二是多協(xié)同可以實(shí)現(xiàn)跨層資源的聯(lián)合調(diào)度，在跨網(wǎng)優(yōu)化中實(shí)現(xiàn)協(xié)同通信，促進(jìn)交流、增加合作，跨網(wǎng)資源聯(lián)合優(yōu)化配置。

1.3 5G技術(shù)難點(diǎn)

（1）5G芯片。從深層次來(lái)看，國(guó)內(nèi)外芯片方面的主要差距表現(xiàn)在：一是關(guān)鍵核心技術(shù)缺失。國(guó)外射頻芯片和器件技術(shù)已經(jīng)非常成熟，尤其是面向高頻應(yīng)用的BAW和FBAR 濾波器。二是缺乏成熟的商用工藝支撐，整體落后世界領(lǐng)先水平兩代以上。三是產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)同性不夠，當(dāng)前我國(guó)面向5G，國(guó)內(nèi)芯片缺乏與軟件、整機(jī)設(shè)備、系統(tǒng)應(yīng)用和測(cè)試儀器儀表等產(chǎn)業(yè)生態(tài)環(huán)節(jié)的緊密互動(dòng)[3]。

（2）云計(jì)算軟硬件。5G將采用 MECC， 即在靠近移動(dòng)用戶的位置上提供IT 服務(wù)環(huán)境和云計(jì)算能力，使應(yīng)用、服務(wù)和內(nèi)容部署在分布式移動(dòng)環(huán)境中，針對(duì)圖像、視頻和制圖等，將計(jì)算和存儲(chǔ)卸載到無(wú)線接入網(wǎng)，從而降低了對(duì)通信帶寬的開銷，并提高了實(shí)時(shí)性。

（3）毫米波高頻及高頻器件。首先，5G需要高、中以及低頻協(xié)同工作，頻段高意味著波長(zhǎng)小、相應(yīng)的天線尺寸小，偏向于采用多天線。其次，高頻信號(hào)衰落快，需要超密集組網(wǎng)，對(duì)有較強(qiáng)方向性特征的高頻數(shù)據(jù)的遮擋不可避免，很難形成最佳用戶體驗(yàn)。第三，高頻關(guān)鍵器件的特性和成熟度對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)也帶來(lái)一些新的挑戰(zhàn)，最突出的問題就是高頻器件較為薄弱。

（4）5G排除信號(hào)干擾的算法。一是現(xiàn)有的干擾協(xié)調(diào)算法已不再適用。在 5G 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，干擾是一個(gè)必須解決的問題。二是為了滿足移動(dòng)性需求，需要新的切換算法。在超密集網(wǎng)絡(luò)中，密集地部署及形狀的不規(guī)則，導(dǎo)致頻繁復(fù)雜的切換。新的切換算法和網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)部署技術(shù)成為研究重點(diǎn)。

（5）5G網(wǎng)絡(luò)安全。一是5G網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)運(yùn)維的安全問題。5G采用的是通用硬件帶來(lái)低可靠性問題，需進(jìn)一步研究如何提高在通用硬件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)電信協(xié)議的可靠性。二是接入設(shè)備的雙重身份引發(fā)的安全問題。三是超高密度用戶接入引發(fā)的安全問題。5G 網(wǎng)絡(luò)提供對(duì)與海量用戶訪問的支持，這將可能面臨針對(duì)海量用戶加密方法、加密服務(wù)器性能以及新的感知網(wǎng)絡(luò)以及人工智能病毒攻擊帶來(lái)的安全問題。

2 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)是要讓設(shè)備和設(shè)備之間可以互相交換資料并溝通，讓人類的生活更加的自動(dòng)化和方便。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，從環(huán)境監(jiān)測(cè)、無(wú)線感測(cè)網(wǎng)絡(luò)、智能電網(wǎng)與能源管理、醫(yī)療照護(hù)、食品管制系統(tǒng)、產(chǎn)品供應(yīng)鏈，以及從智能交通、智能建筑、智能工廠，以至于延伸到智能交通運(yùn)輸/物流、甚至智慧城市的大范圍的應(yīng)用。

3 5G與物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系

5G最重要的是物聯(lián)網(wǎng)的提升，面向未來(lái)，人們對(duì)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)大流量應(yīng)用的需求及萬(wàn)物互聯(lián)的需求十分巨大，現(xiàn)有的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)性能無(wú)法滿足這些需求，供給與需求間的缺口將推動(dòng)著現(xiàn)有的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)升級(jí)，最終推動(dòng)5G時(shí)代的到來(lái)。

4 物聯(lián)網(wǎng)下5G的應(yīng)用

未來(lái)5G將可以廣泛應(yīng)用于生活的各個(gè)方面。例如自動(dòng)駕駛汽車、無(wú)人機(jī)飛行、5G VR/AR、移動(dòng)醫(yī)療和遠(yuǎn)程操作復(fù)雜的自動(dòng)化設(shè)備等都將是5G大顯身手的地方。

5 結(jié)束語(yǔ)

5G網(wǎng)絡(luò)速度和接入能力更加強(qiáng)大，將跳出移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)真正實(shí)現(xiàn)讓萬(wàn)物相連，讓城市生活包括交通、安防、教育和旅游等各個(gè)方面都將變得更加智慧，人工智能、自動(dòng)駕駛、遠(yuǎn)程手術(shù)、智慧城市以及萬(wàn)物互聯(lián)都會(huì)因5G而普及。5G帶來(lái)的不僅是網(wǎng)速的改變，更是思維方式和商業(yè)模式的變革。

參考文獻(xiàn)

[1] 歐陽(yáng)龍.物聯(lián)網(wǎng)形勢(shì)下的5G通信技術(shù)應(yīng)用[J].通訊世界，2018，（03）：86-87.

[2] 高宇鑫.基于物聯(lián)網(wǎng)形勢(shì)下的5G通信技術(shù)應(yīng)用分析[J].中國(guó)新通信，2018，（10）：90.

[3] 蔣志良.物聯(lián)網(wǎng)形式下的5G技術(shù)研究與應(yīng)用[J].通訊世界，2018，（04）：36-37.