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5G关键技术及其对物联网的影响

作者:未知

  摘   要:人们对智能通信设备数据传输速率的要求越来越高,目前的4G已经满足不了移动用户们的需求,因此,5G的实现必须加快脚步。相对于4G来说,5G的传输峰值速率提高了将近百倍,并且5G在数据传输的可靠性、传输容量等方面也有了进一步的提高。5G的发展对物联网的发展会起到很好的推动作用,“万物互联”这个构想将一步步走向现实。文章将详细介绍5G的关键技术,从5G的特点出发,阐述5G对物联网和云计算、大数据等技术的影响。5G时代的来临将全面改善我们的生活,物联网在智能家居、智能驾驶、智能医疗等领域的应用会有突破性的进展,这将是一场科技革命,一个推动全球性经济、政治、文化进步的契机。
  关键词:5G;关键技术;物联网
  第5代移动通信技术的出现为人民提供了一个速度更快、信息传递更安全、传输容量更大的通信平台,这些优点对解决物联网发展的难点有很大的帮助,能够促进物联网技术的发展,同时也促进了云计算、大数据等技术的快速发展,这些技术也为物联网的发展提供了便利。目前物联网还没有形成成熟的技术标准和技术体系,在物流、零售等领域的应用虽然取得一定的成果,但在其他方面的应用还没有被广大人民接受和认可。在5G的应用下,物联网能得到更广泛的应用,尤其是物联网在智能家居、智能驾驶、智能医疗等领域将有更广泛的应用。庞大的数据资源会严重影响数据传输和处理的速度,造成严重的时延现象,目前的4G网络的低传输速率及有限频谱资源已经难以满足以后物联网发展的技术需求,5G将会很好地解决信息处理速率及带宽和时延等问题,因此,5G普及后的物联网将会进入快速发展阶段。
  1    5G的关键技术
  移动通信系统经历了长时间的探究与发展,目前已经实现了4G的全面普及。4G支持高速数据业务和语音业务,大多4G运营商都使用LTE系统,其带宽约为20 MHz,数据传输速率能达到100 MHz,但是对于物联网来说,4G技术还远远达不到发展标准,而5G给物联网的发展带来了曙光。5G指第5代蜂窝移动通信系统,研发目标中最高传输数率是4G的近百倍,同时还拥有时延低、容量大等优点。5G技术的关键技术是对现有的无线通信技术的进一步演进,如大规模MIMO无线传输技术、毫米波无线通信技术、异构无线通信技术等。
  1.1  大规模MIMO技术
  天线是无线传输的必要设备,普通天线组件的成本低、功耗低,因此大规模MIMO技术的应用使得消耗成本降低。大规模MIMO技术的应用原理是提高基站中天线的配置数量,从理论上来说天线的数量越多,通信系统的性能越好,一个通信系统的频谱效率、传输速率和可靠性等特性与天线的数量息息相关。为了降低小区干扰对无线通信系统的影响,可以通过波束赋形技术,让其在特定的空间范围内进行传播,同时要增强各个小区的干扰消除和协调能力。这项技术的应用能更好地对频谱资源进行利用,而天线数量的增加不仅可以使用户接入更灵活,同时还能够增大网络覆盖面积和提高数据传输容量,达到广覆盖、快传输的目的。
  1.2  毫米波通信技术
  毫米波通信技术的提出是为了解决频谱资源不足的问题,由于当前的通信设备的普及,低频谱资源的利用率已经快要达到饱和,剩余的可利用频段根本无法满足5G通信的应用需求,但高频段资源却十分丰富,毫米波的波长非常小,故其波频率很高,从通信原理中可以了解到载波频率与无线通信最大信号带宽成正比,因此毫米波通信技术可以为5G技术提供充足的频谱带宽,从毫米波入手,可以开发和利用高频段频谱资源。毫米波的波长处于红外波与微波之间,因此,毫米波频段具备和相邻波频段相近的特点,主要包括传输速率、容量等方面。虽然毫米波频段的应用也存在很大的限制,其传输损耗较大且易受障碍物的影响,但其应用前景非常大。
  1.3  异构无线通信技术
  异构无线通信技术可以让通信系统与计算机互联网技术相融合,扩大通信系统的业务活动范围。尤其在5G技术应用的环境下,通信系统的覆盖面积将会随着互联网不断增大的覆盖范围而增大。异构无线通信技术的建立依赖于D2D通信技術和小区部署技术的应用。D2D通信是指设备与设备之间直接通过逻辑连接进行通信。D2D通信可以省略中间设备,从而降低了通信成本,同时设备之间直接通信,可以减少核心设备的负荷。这种逻辑连接的实现原理与蓝牙的原理一致,设备与设备之间需要配对才能进行通信,并且D2D通信技术可以对用户的信息进行安全性设置,保护用户的数据不被泄露和篡改。小区部署指高密度小区的部署,小区数量的增长可以让网络容量呈线性提升,可以大量接入终端设备,并且缩短了网络与终端之间的距离,进一步降低了数据传输时延,但各个节点之间的距离变短会增加小区干扰,提高信令控制难度,为了解决这个问题需要在小区引入更高效的干扰管理技术,同时在终端采用干扰消除技术。并且小区的部署可以由用户自行完成,即插即用,减轻运营商的工作负担。异构无线通信技术的实现可以为5G提供更高的数据传输速率和容量,并且提高网络能效降低功耗[1]。
  2    5G对物联网发展的影响
  2.1  物联网的由来
  设备通信能力的发展促进了无线传感网的进一步扩展,这种扩展突破了原有的互联网范畴,用户通过接口技术实现对物理设备的访问,但应用环境不同,接口技术也不同,为了同时实现对不同场景的管理,物联网便诞生了。物联网通过各种传感设备与射频识别技术,实时监控物品的工作过程,采集各种互连物品互动的过程信息并进行保存,与互联网共同形成一个巨大的网络,通过云计算、大数据等信息处理技术对各种信息进行筛选和处理,实现对互联物品的实时管理、控制和智能通信。物联网的体系架构可分为3层:感知层负责实现对外部事物的识别和感知进行数据的收集;网络层实现感知信息的传递和处理并保证信息的可靠性和安全性;应用层是将用户所需要的信息以便于用户了解的应用软件形式展现出来或直接实现用户的目的。物联网的发展前景非常广阔,可以实现多领域的智能化,如智能家居、智能驾驶、智能医疗等[2]。   2.2  5G對物联网的影响
  物联网的实现基础是信息的采集传输,所以物联网的发展肯定伴随着终端传感设备的增多,因此接入网络的设备会大幅度上升并且采集的数据越来越多、越来越杂。但物联网对时延的容忍度非常低,它要求信息能够进行实时、准确传输。所以,物联网的发展需要数据以更快的速度进行传输和处理,从而降低数据传输和处理时延。目前的网络技术显然无法达到这种要求,而5G的高传输速率、高传输容量、高可靠性却能够满足物联网的发展需求,因此5G的实现必将促进物联网的飞速发展。同时5G也可以促进云计算、大数据技术等技术的发展。云计算强调云存储和计算能力,大数据强调服务器的存储能力和计算能力,云计算可以为大数据提供更高效的数据处理能力,大数据、云计算技术为加快物联网的数据处理提供了一个很好的选择。5G在数据传输速率、数据容量、可靠性等方面远远领先于目前的4G技术,为大数据、云计算提供了一个更快更好的发展平台。所以物联网的发展需要与大数据、云计算等技术共同发展,进行有效融合,朝着实现“万物互联”的目标努力。
  3    结语
  5G的实现是必然的,且相关技术已经有了初步成果,具体的实现效果还有待观察,更多功能的开发与应用还需要科学家们继续研究与努力。相信在不久的将来,5G将会全面渗透我们的生活。云计算、大数据等技术的同步发展会让数据处理技术变得更符合人意,更高效快捷,为物联网的发展提供进一步的保障,多种技术的融合能够相互促进,共同进步。在5G时代,物联网的进步将让人们的生活变得智能化,“万物互联”的实现,可以为我们提供越来越便捷的智能设备管理方式。
  作者简介:谷碧玲(1998— ),女,江西抚州人,本科生;研究方向:通信工程。
  [参考文献]
  [1]RODRIGUEZ J.5G :开启移动网络新时代[M].江甲沫,韩秉君,沈霞,等,译. 北京:电子工业出版社,2016.
  [2]王珂珂.物联网实践技术与关键教程[M].北京:清华大学出版社,2014.
  Abstract:People are increasingly demanding data transmission rates for intelligent communication devices. The current 4G has not met the needs of mobile users. Therefore, the implementation of 5G must be accelerated. Compared with 4G, the peak transmission rate of 5G is increased by nearly 100 times, and 5G has further improved in terms of reliability and transmission capacity of data transmission. The development of 5G will play a very good role in promoting the development of the Internet of Things. The concept of “Internet of Everything” will gradually move toward reality. The article will introduce the key technologies of 5G in detail, starting from the characteristics of 5G, and expounding the impact of 5G on technologies such as Internet of Things and cloud computing and big data. The advent of the 5G era will comprehensively improve our lives. The Internet of Things will have a breakthrough in the application of smart home, smart driving, intelligent medical and other fields. This will be a technological revolution, a global economy, politics and culture. The opportunity for progress.
  Key words:5G; key technology; Internet of Things
论文来源:《无线互联科技》 2019年7期
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