物聯網時代5G通信技術分析研究一、引言

一、引言

? ? ? 近幾年，移動網絡技術跟隨互聯網的不斷發展而改革和進步，給平民大眾的生活也帶來新的嘗試與影響。從2G網絡的出現，到逐步被社會民眾所了解的3G，再到被熟知的且正在服務于大家的4G網絡，移動網絡技術的發展速度令人嘆為觀止，為人們的生活帶來了便捷，也為社會的未來發展帶來了更多的可能性。文章就互聯網的時代大背景，分析與下5G出現的意義。

? ? ?物聯網（IoT）時代的到來，標志著信息技術進入了全新的發展階段。在這一背景下，第五代移動通信技術（5G）作為連接物理世界與數字世界的橋梁，發揮著至關重要的作用。4G的出現已經讓近年來的物聯網得到了廣泛的應用和發展，生活、工作已離不開它。5G通信技術的出現與逐步的成熟也必將助力物聯網必將在未來的發展。而5G是如何幫助物聯網在未來得到更廣泛的應用和發展，也是大家在研究的重要內容。

本文將從5G通信技術的特點、在物聯網時代的應用場景、關鍵技術以及面臨的挑戰等方面進行分析研究。

二、5G通信技術簡述

　　5G即是第五代移動通信技術，也是當前所前沿的蜂窩通信技術。在4G通信技術的基礎上，5G通信技術進行了飛躍式的提升，其傳輸數據的效率和速率更高、節能降耗、系統容量更高，可以與大型工業設備連接使用，在未來能夠廣泛應用于工業生產中。目前，5G通信技術所采用的技術分為兩部分，其一是網絡技術，其涉及的領域有移動邊緣計算機技術和切片技術等；其二就是無線技術，其包含的領域非常廣泛，如編碼技術等。5G的技術提倡與研發從2013 年起延續至今，由韓國三星電子公司最先提出5G通信技術的概念，并且掌握了核心技術，至此之后就掀起了全球研發5G技術的狂潮。然而直到2019 年，5G才真正的正式投入到社會使用中，真正的5G時代來臨了。和現階段應用最為廣泛的4G網絡技術相比，5G通信技術的主要優點表現在降低延時、擴大容量和提升速率三個方面。在速率方面，當前4G網絡的速率在1Gbps左右，而5G網絡的速率則是它的10 倍，即可以達到10Gbps。在延時方面，5G通信技術的延時最低可控制在1ms，正常在5~10ms之間。而在容量方面，5G網絡技術可以達到4G網絡技術的百倍，甚至千倍。從這些方面都可以看出，5G的優越性已遠超4G網絡技術。此外，為迎合時代的發展需要，5G通信技術使用設備的種類將會更廣泛，甚至是出現在健身器等移動設備上。相信5G未來會滿足更多元化的需求，也會有效帶動其他產業領域的發展。

三、物聯網簡述

　　物聯網即為萬物相連的網絡，運用先進的計算機技術將各種設備器件與互聯網緊密相連，使各種信息要素進行交換，從而實現智能化的定位、監管的技術，以智能化為主，實現物物相連的網絡架構。它的應用領域也十分廣泛，大到科技創造、智能家居，小到人們日常生活中的衣食住行，能直觀的感受到他給我們生活帶來的變化與便捷。而隨著科技的發展，人們大膽創新并付諸于實踐，5G也開始出現在我們周邊的生活中。

四、5G通信技術的特點

高速率：相較于4G，5G的傳輸速率有了顯著提升，峰值速率可達數十Gbps，為物聯網設備的高速數據傳輸提供了有力支持。
低時延：5G網絡的時延可低至1ms，這對于需要實時響應的物聯網應用至關重要，如自動駕駛、遠程醫療等。
大連接：5G支持每平方公里數百萬的連接數，能夠滿足物聯網時代海量設備接入的需求。
廣覆蓋：5G網絡在覆蓋廣度和深度上均有顯著提升，使得物聯網應用能夠覆蓋更廣泛的區域。

五、5G通信技術在物聯網時代的應用場景

智能家居：
- 通過5G網絡，智能家居設備可以實現更快速、更穩定的互聯，提升家居生活的便捷性和舒適度。
- 物聯網傳感器實時監測家居環境，實現智能調節，提高節能環保性。
智能物流：
- 5G技術支持的智能物流系統能夠實現物品在物流過程中的實時跟蹤和智能調度，提高物流效率和準確性。
- 通過端到端的整合，實現與已售商品的持續連接，加強運輸物品的科學管控。
智慧城市：
- 5G大帶寬、廣覆蓋的特性為智慧城市提供了強有力的支撐，包括智能交通、環境監測、公共安全等多個領域。
- 物聯網傳感器實時監測城市環境、交通狀況等，為城市管理提供數據支持，實現智能化管理。
工業自動化：
- 5G的高可靠、低時延特性使得工業設備之間的實時互聯和精確控制成為可能，推動工業4.0時代的到來。
- 物聯網傳感器實時監測設備運行狀況，實現故障預警和預測性維護，降低運維成本。
遠程醫療：
- 5G網絡的高速度、低時延特性使得遠程醫療成為可能，醫生可以實時獲取患者數據，進行遠程診斷和治療。
- 物聯網技術實時監測患者生理數據，實現健康管理和疾病預防。

六、5G通信技術的關鍵技術

毫米波技術：提供更高的頻譜效率和數據傳輸速率。
MIMO（多輸入多輸出）技術：利用多個天線提高信道容量和頻譜效率。
網絡切片技術：為不同應用場景提供獨立的虛擬網絡，滿足多樣化需求。
邊緣計算：將計算和數據存儲移動到網絡邊緣，減少網絡延遲，提高實時性。

五、面臨的挑戰

頻譜資源緊張：隨著5G網絡的普及，頻譜資源變得日益緊張，需要探索新的頻譜資源。
網絡安全威脅：5G網絡面臨更加復雜和多樣化的安全威脅，需要加強安全防護措施。
設備兼容性：物聯網設備的多樣性和復雜性對5G網絡的兼容性提出了更高要求。
網絡基礎設施建設：實現5G與物聯網的深度融合需要大規模部署5G基站和物聯網設備，需要巨大的投資和網絡基礎設施建設。

六、物聯網形勢下的5G通信技術應用

　　（1 ）SDN/NFV技術。現階段，5G通信技術已經在全球范圍內廣泛應用，人們開始關注網絡功能虛擬化（NFV）和軟件定義網絡（SDN）等技術，該兩種技術有著十分明顯的優勢，可以互相融合且互相補充。關于SND技術，并不單單由一種技術構成，更是一種非常創新的、前沿的網絡架構。美國對SND技術的研究比較超前，其設計原理為在網絡設備中僅僅保留轉發數據等簡單的功能，開發者通過軟件編程就能夠集中控制全部的網絡設備終端。關于NFV技術，可以幫助移動通信運營商大幅度減少網絡設備的成本，在通用IT平臺中運用相關的軟件系統來突出網元功能，最終就能夠有效的替換專用平臺。在5G通信技術的研究中，SDN/NFV技術是核心，再運用其它的網絡技術，就可以設計出通信的基礎層、控制層和應用程序，進而可以靈活調用各種程序指令，擺脫了傳統的手動配置，使得5G通信網絡管理更加簡便和高效。在實際應用中，網絡系統必須要求流暢、高效，通常會在5G通信網絡中設計分離轉發的程序，從而讓整個網絡系統得到全面控制。將兩種技術巧妙融合，就能創建出虛擬的網絡架構，進而適用于不同的工業生產中。（2 ）全頻段技術。頻率對任何移動通信系統都是最珍稀的寶貴資源，在當前的工業生產中，主要運用3G通訊網絡，這就使得頻段滿足不了實際需求。5G作為全新的下一代移動通信系統，必須滿足多種應用場景和業務需求，對性能提出了極高的要求，既有兩個數量級以上數據速率提升上要求，更有對系統能量效率、頻譜效率、可靠性以及性價比明顯提升的需求。所以，5G通信技術研發中，也積極采用全頻段技術，從而使網絡系統的傳輸效率和容量得到倍增。但是現在科研人員還未完全知曉5G全頻段為多少。如果5G的全頻段被摸清，相信在5G移動通信技術中，高頻段的使用可使天線設備可實現小型化、帶寬更寬等優點。（3 ）密集網絡技術。5G網絡在容量上之于4G網絡的優越性，大到其百倍甚至千倍的可能性。可也是這個點讓多種無線技術融合的5G網絡，因為覆蓋范圍比較小，所以更難實現進一步分割的可能。鑒于此，密集網絡技術就顯得非常關鍵。5G超密集組網可劃分為宏基站+微基站和微基站+微基站等兩種模式，它們分別利用不同的傳輸方式進行干擾以及調度資源。宏基站+微基站的模式中，宏基站所承擔的任務是移動性高、速率低的業務的網絡傳輸，而微基站則負責高帶寬業務的傳輸。微基站+微基站的模式中，通過運用多個微基站組成一個完整的、系統的密集網絡，并最后形成虛擬宏小區。在這個虛擬宏小區中，需要簇內多個微基站共享部分資源，這些微基站通過在同一網絡資源上進行控制面板承載的傳輸，最終實現虛擬宏小區的功能。

七、結論

5G通信技術作為物聯網時代的重要支撐，其高速率、低時延、大連接和廣覆蓋的特點為物聯網應用提供了強有力的保障。未來，隨著5G技術的不斷演進和應用場景的不斷拓展，物聯網與5G的深度融合將為社會帶來更加智能、便捷和高效的生活方式。同時，我們也需要正視面臨的挑戰，加強技術研發和創新，推動5G與物聯網的協同發展。