物聯網環境下的5G通信技術應用

國家知識產權局專利局通信部 于洪蕊

移動互聯網近年來的快速發展正在改變著人們的生活，對人們的生活和工作產生了深遠的影響。而近兩年來，5G通訊的概念又正在逐漸普及，5G時代已經來臨。5G技術的推廣和應用，使得人們的生活發生了新的改變。此處就主要針對物聯網環境下的5G通訊技術的應用展開探討。

5G通信技術是在4G技術基礎之上開發出的一種全新的數據傳輸技術。與4G技術相比，其擁有更多數據傳輸上的優勢，如性能更穩定、傳輸速率更快、資源利用率更高等，這使得5G技術將在現代社會擁有更廣闊的應用空間，如5G技術與物聯網的融合就是當前國內外研究的一個重點方向，這標志著5G時代下通信技術的應用將進一步為社會發展帶來巨大變革。

5G通迅技術正在日益成熟，在商業方面也已經進入應用階段。5G通迅技術與4G通迅技術相比，有著速度更快、客戶信息容量更大、網絡延遲更低的特點。物聯網目前也已經發展出不同方向的應用，如業務管控、實時監控、前端接入，售后服務等。例如華為現有開發出以5G技術為核心的芯片，是全國首個5G芯片，它的頻段是3.2Hz，穩定度極高，速度最高可達到1.19GB/s。

1 相關知識介紹

1.1 物聯網

作為21世紀的代表，物聯網已經可以滿足世界范圍內物品與互聯網的聯系，改變了人們的日常生活方式和習慣。同時它的實用性也很強，與人們的日常工作和生活密不可分。在很多方面，5G已經明顯提高了物聯網的應用性能，比如在農業智能發展和交通運輸方面。

1.2 5G通訊技術內涵

5G技術的概念自提出后就已經引起了全球的重視，這項新的通信技術被稱為時代的里程碑，這是因為現在居民生活水平明顯提高，對數據傳播的速度有了新的要求。主要體現在上網速度和性能穩定性方面。目前的4G通訊技術的速度不在能滿足人們的要求，上網速度慢，甚至出現有費斷網的情況，上網體驗不佳。其次是穩定性方面的問題。盡管大部分網絡業務隨著網絡技術的迅速發展可以在線上辦理，極大地方便了人的生活，但還是有相當一部分業務需要客戶自己到實體店進行現場辦理，與能線上辦理的業務對比會讓用戶覺得不方便，降低了滿意度，比如網絡業務的“退費”等售后服務智能線下辦理。如果5G通信技術普及后，用戶可以在線上辦理各位業務及售后服務，真正做到“足不出戶，業務全搞定”。

5G通訊技術相比4G的數據質量和傳送效率都有著明顯的提高，可以完美避開這些問題。相關研究表明，網絡最繁忙時，常規5G通訊技術比頂尖4G技術的傳輸速度高了10倍，質量也并沒有下降，用戶體驗非常好，保證了人們對上網數據流量。現在各個國家都在都在極力開發5G通訊技術，誰能早日開發完成將在全球占據重要位置。同時5G通訊技術現在已開始和全球廣泛關注的環保問題結合在一起，這不僅符合未來社會可持續發展的原則，也豐富了5G通訊技術的應用。5G通訊技術在生活方面應用特點是延遲低和可靠性高。相比前5年的網絡應用，5G通訊技術在信息豐富度上和流行度上都有著明顯提高。5G通訊技術將來可為人們的日常購物、農業生產建設和農業生活方面提高數據傳輸和信息開發。這種情況下，5G通訊技術將承擔更多的義務和社會責任，相比4G通訊技術，5G通訊技術的資源利用率更高，穩定性更高，物聯網的實體設備數量更多，信息傳遞效率更高。這里面提高的物聯網的實體設備有交換機、中繼器和集線器，這些設備的單價高且數量不多，但在未來的5G通訊技術應用場景中，物聯網的實體設備數量會變得更多，這樣才能確保5G通訊技術能覆蓋到為，滿足人們對信息傳遞的要求。

2 NFV/SDN技術

SDN技術是基于軟件層面而誕生的網絡系統構建技術，是一種軟件定義網絡，能夠對軟件進行控制并對資源進行轉發。另外，SDN技術還可以通過其控制器來對網絡動態轉發表、全局動態拓撲、故障情況以及資源利用情況等進行獲取，進而根據實際需求來對資源進行重新優化和調整。此外，該技術還能夠利用系統協議來對控制設備與轉發設備進行精準組合并構建起專門協議，用以對這些設備的問題進行處理。SDN技術的這些特點使得其在5G通信技術中同樣可以得到應用。如5G技術能夠利用IP網絡設備來實現IP設備控制點對設備的分散或集中管理。而在此過程中，SDN技術則通過其開發性與統一性的特點來促進網絡的虛擬化，進而使5G通信網絡架構中的業務開發效率得到提升。同時，SDN與NFV技術作為5G通信網絡架構中的關鍵技術，兩者也可以進行互補。因此在5G通信技術發展中，SDN與NFV技術通常都是聯合使用。如在明確SDN與NFV技術功能的情況下運用SDN來對數據流量轉發進行控制，同時利用NFV對網絡部署效率和傳輸性能的操作，就可以將兩者有機的融合到5G通信網絡架構之中。因此，5G通信技術的發展可以說離不開NFV/SDN技術，在當前對5G技術加以應用的過程中，NFV/SDN技術可以說是5G技術管理中不可或缺的技術支撐。也正是與NFV/SDN技術的融合，5G通信技術虛擬網絡架構的建構效率猜得以提升，從而使5G技術能夠滿足當前更多業務網絡的現實需求。

3 5G通信技術在物聯網時代的特定應用

3.1 高頻傳輸通信技術

物聯網的發展使得新時期各行業的網絡使用對容量與傳輸速度都有一定要求。移動通信在此階段的系統頻帶通常在3.2GHz左右，這樣才能滿足日常工作生活的要求。一旦出現大規模的在線活動，一定伴隨著使用數量在短時間內迅速增加，就會導致頻帶數量不足的問題，導致網絡擁塞并影響用戶體驗。但在高頻傳輸技術的應用下，這一問題則能夠得到有效解決，其原因就在于其寬帶千兆赫茲更高，比微波總帶寬有了顯著提升。也就是說，盡管微波和毫波之間的名稱差異很小，但范圍完全不同。毫米波與微波相比要小得多，它的頻率通常為26.4-350GHz，綜上所述，較小的尺寸有利于實現小型化的發展目標和生產小型設備和小耗材。此外，可在超快速距離內結合5G技術實現通信的快速和準確，以實現良好的兼容性。

3.2 密集網絡技術

5G移動通信與4G網絡相比，其流量增大了很多倍，至少是一千倍。正如大家所知道的，5G網絡技術集成了多種無線接入技術，所以它的覆蓋范圍不大，不能做到更精細的分段。在這種時候，密集網絡技術在應用方面就變得異常重要。密集網絡技術在實際應用中由在宏基站外部布置大量天線組成，這種方式可以有效擴展外部空間，同時達到增加系統容量的目的還能提高系統的靈活性。同時也能夠對戶外密集網絡節點間的協作起到積極作用。在此基礎上，相鄰節點的準確性和利用率也得到了極大的提高。不僅如此，它還可以提高信噪比以達到增益目的。可以說，這一技術在5G網絡通信技術中的應用，不但能夠在一定程度上促進網絡空間與時間的動態變化，還可以擴大網絡覆蓋范圍，保障能充分利用到網絡，為5G網絡通信技術的發展提供了良好基礎。

3.3 智能網通訊技術

未來，5G技術將伴隨時代發展產生更多樣化的服務，同時將更復雜的數據傳輸到核心網絡。本質上，5G通信技術樞紐網絡是以大型服務器為主要組件具有強大的計算能力的云計算平臺。通過交換網絡有效地與其他設備及基站連接，5G技術則可以對各種緊急數據進行有效處理，同時其數據處理量也顯著提升。將數據發送到智能云計算中心并執行網絡處理以達到精煉數據的目的，然后按照類別的不同對其進行劃分和存檔。核心網絡外部有許多形式不同的終端和基站來執行不同的智能。網絡中心可以選擇具有不同頻帶的數據來組合各種類型的服務。為了滿足不同用戶的上網體驗，上網有多種連接網絡的方法，這時候就會出現很多復雜難處理的情況，需要依靠更高的信息智能化水平來基于技術支撐。因此，具備就更強的識別、分類和篩選據能力的智能網技術在5G通信技術中應用與發展就成為未來研究的重點。

3.4 直接通訊技術

移動通訊系統在構建的時候需要接通網絡，這樣做的目的是通過網絡進行固定站點的分配并完成系統建構。而直接通訊技術則是基站向環境擴展并完成對一定范圍內綜合網絡進行覆蓋的基礎。實踐中，基站必須安裝將在相對比較開闊的平坦地面上，同時要具有一定的固定度，這就限制對電纜結構必須符合特定情況的要求。這表明接收移動網絡只能在基站的覆蓋范圍內才能接受得到。移動網絡如果超出一定范圍，其信號接受將失常。5G通信技術在開發過程充分考慮了這個問題，可以高效解決這個問題，與此同時還意識到了基站網絡的傳統傳輸中仍然存在一些限制性問題，創造性地開發了直接通訊技術來解決這個問題。直接通訊技術在沒有基站的情況也可以有效地進行網絡發送和接收數據。在某種程度上，這項技術可以更好地滿足未來國家可持續發展的要求。

結論：簡而言之，移動互聯網和物聯網技術隨著社會經濟的飛速發展，其自身水平也有著突飛猛進的進步，其他行業的業務發展對移動互聯網和物聯網技術產生的業務需求也越來越多。在這種情況下，對于5G通信技術通過集成各種技術構建一個網絡系統，連接各個應用點，為客戶提供優質的服務體驗。未來，5G技術仍需以優質服務的提供為基本原則，結合客戶實際需求來應用各種技術對5G通信網絡架構進行完善優化，從而使5G通信技術在物聯網環境中得到更深入的應用。