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物联网发展背景下的5G通信技术应用研究

来源:用户上传      作者:范宇

  摘要:进入新时期后,互联网信息技术日趋成熟,显著推动了物联网的发展,也促进了通信技术的革新。就目前来讲,还没有广泛应用5G通信技术,但其因具有一系列的优势,因此发展潜力巨大。在物联网发展背景下,5G通信技术发挥着十分重要的作用,必将获得进一步的发展。本文简要分析了物联网发展背景下5G通信技术的核心技术与应用,希望能够提供一些有价值的参考意见。
  關键词:物联网;5G通信技术;应用
  中图分类号:TP393 文献标识码:A
  文章编号:1009-3044(2020)13-0054-03
  通信技术是物联网发展的基础。相较于现阶段的4G通信技术,5G通信技术具有更高的传输速度和稳定性。5G通信技术的应用与发展,将会连通更多的网络,覆盖面积进一步扩大,同时延迟也会得到进一步降低,这样物联网的安全性、可靠性也会得到显著增强。通过集成物联网与先进的5G通信技术,可以将更好的应用体验提供给用户。
  1物联网的发展现状
  1.1物联网概述
  物联网作为新兴的信息产业,应用领域广泛,城市安全、智能交通、工业生产等诸多行业都有物联网的身影。物联网技术的广泛应用,可以进一步优化人们的生活和工作。具体来讲,物联网指的是在网络技术的支持下,充分结合物品和互联网,通过信息交换、通讯过程,智能化识别、定位、追踪等功能可以顺利实现。通常情况下,物联网的网络架构可以划分为三个组成部分,分别为感知层、网络层以及应用层。感知层直接连接着物体与设备,其发挥着物联网的基础功能,采集与感知数据信息。网络层的主要功能是传输数据信息,需要保证网络层具有完善的结构。应用层则可以结合多样化的需求,进行必要的调整,对采集到的信息数据进行处理,以便有效实现物联网的各项功能。
  1.2物联网发展现状
  现阶段在人们工作生活中已经广泛应用物联网技术,各个行业的差异化需求得到了充分满足。但目前4G通信技术具有一定的缺陷,如不具备较高的容量和速率,在很大程度上阻碍到了物联网的发展,这样物联网技术的深入应用就难以充分实现。由此可以得知,仅依靠现阶段的4G技术难以推动物联网技术的进一步发展,需要深入革新通信技术,加快发展先进的5G通信技术。
  2 5G通信技术的发展现状
  2.1 5G通信技术概述
  本项技术是基于4G通信技术发展起来的,一般可以从无线技术、网络技术两个层面进行划分。其中,MIMO技术、编码技术等都属于无线技术的范畴;切片技术、网络功能重构技术等则属于网络技术的范畴。
  2.2 5G通信技术发展现状
  现阶段,全球各个国家都十分重视5G通信技术,进行了深入的研发。我国经过多年努力,目前5G通信技术日趋成熟,已经处于世界领先地位。相较于4G通信技术,5G通信技术具有更高的通信速率、更大的通信容量,且进一步降低了通信延时。一般来讲,5G通信技术具有10Gbps左右的通信速率,达到了数十倍的增长。5G通信技术只有10ms以内的通信延时,甚至能够达到lms左右的延时。这些特征,促使5G通信技术将会逐步取代现阶段的4G通信技术。就目前来讲,在智能设备上已经开始应用5G通信技术,包括平板电脑、智能手机等。如果能够深入结合5G通信技术与物联网技术,那么将会进一步革新ICT技术。
  3物联网发展背景下的5G通信技术
  3.1 5G通信技术的优势
  和传统3G、4G技术相比,5G通信技术具有较大的优势。第一,显著提升了数据流量。移动通信技术日趋成熟,人们对网络产生了更大和更加多样化的需求,服务、应用数量的丰富,显著增长了流量消耗,这样移动网络的负荷将会进一步加大,网络稳定性受到很大程度的影响,很容易有中断等问题出现。而5G技术则可以将更高质量的网络服务提供给人们,这些庞大的数据流量能够被有效承载。在任何情况下,信息传送量都可以得到充足的保障。第二,显著增加了联网设备。众所周知,信息传送速度会直接受到互联网接人设备数量的影响。一般情况下,增加联网设备数量之后,就会扩大网络覆盖范围,进一步提升网络质量。而如果能够应用5G通信技术,将会大幅度增加网络设备数量,从而增加网络单位的覆盖面积,这样网络运行的稳定性、高效性将会得到有效增强。第三,显著提升数据速率。根据相关数据表明,4G通信技术下,移动通信网络只有每秒1Gbit以下的峰值速率,而通过应用5G通信技术,则可以数十倍的提升网络运行峰值速率,这样将可以显著满足用户的信息传输需求。此外,针对部分用户的特殊需求,还可以进一步提升信息传送速率。第四,较高的可靠性。目前通信技术已经被广泛应用于社会各个领域,承担着十分重要的社会功能。网络延迟的存在,会消耗掉大量的资源。而5G通信技术则可以促使网络延迟得到有效缩减,这样不仅资源消耗问题得到了一定程度的缓解,网络运行可靠性也可以得到显著的增强。特别是部分业务领域,与人们的生命财产安全息息相关,甚至可以得到100%的网络可靠性。第五,较高的频谱利用率。在5G通信时代下,将会出现越来越多的网络业务,人们也将会享受到更加丰富和多样的网络服务。同时,因为具有更多的联网设备,也会进一步扩大网络覆盖面积。这样就显著提升移动通信网络的适用频率,要求更高的频谱技术。而5G通信技术则可以有效满足这个需求。最后,较强的绿色性和环保性。可持续发展理念已经深入人心,要求在网络设计中逐步渗透和实现节能环保理念。而5G通信技术的应用,能够有效提升网络能耗效率。资源条件相同的前提下,创造出来的效益得到了显著扩大。
  3.2 5G通信技术的核心技术
  第一,高频段传输技术。研究得知,目前移动通信网络通常采用3GHz以内的频段,这样人们的日常使用需求即便能够得到满足,但特殊情况下,比如大规模线上活动时,却很容易缺乏足够的频谱资源,网络拥挤程度大大增强,导致用户的正常使用需求得不到满足。为了解决这个问题,5G通信技术深入开发了高频段,将毫米波技术引入了进来。本项技术具有较小的设备体积,较快的短距离通信速度。但毫米波只有较弱的穿透力,外部因素很容易干扰到其穿透力。因此,在未来的发展过程中,需要进一步创新研发射频器件设备。   第二,多段线传输技术。天线会直接影响到网络信息的传播,5G通信技术将多天线技术应用过来,其显著优于过去的二维技术和三维技术。且因为升级优化了其硬件设备,在很大程度上提高了频谱的利用率。此外,通频全双工技术也是5G的一项核心技术,其能够在同一物理信道上同步传输不同方向的信号,在信号发射的过程中,信号的接收也不會受到影响。本项功能的实现,主要原因就在于合理设置了通信双工节点,导致发射信号自身的干扰遭到了消除。
  第三,设备直接通信技术。众所周知,庞大数量的固定站点是移动通信网络的基本组成,每一个基站都会覆盖一定的面积,所有基站的覆盖面积即为移动通信网络的覆盖范围。基站具有固定的位置,无法移动,这样就会在一定程度上限制到网络结构。人们要想连接网络,就需要保证自己所处区域为基站覆盖。这样为了降低建设成本,减小建设难度,就会有较少的基础存在于偏远地区,人们使用网络的需求就得不到满足,很容易有信号中断、不稳定等问题出现。为了解决这个情况,5G通信技术将直接通信技术引人进来,即便不处于基站覆盖范围,移动网络设备也可以对网络信号正常的接收,这样基站建设难度就得到了减小,基站建设成本得到了降低,网络传播的灵活性、高效性得到了显著增强。
  第四,超密集网络技术。为了促使移动通信技术的智能化、多元化程度得到提升,5G技术采取了超密集网络技术。首先,对网络布置密度进行提高,促使覆盖范围得到扩大,人们的多样化需求得到有效满足。其次,要对室外信号的接收频率进行提升。具体来讲,超密集网络技术是通过对信号传输两端距离进行缩短,来强化终端用户的性能。在应用物联网的过程中,也可以结合此原理,部署超密集网络,以此来满足人们的实际需求。在部署时,要将干扰、移动问题作为思考的重点。因为过于密集的部署网络,会导致有较强的干扰出现于专用参考信号、突发数据流量中,因此,就需要将干扰环境、业务状态等因素充分纳人考虑范围,进行合理有效的调控。频繁地切换网络,又会产生移动性问题,在具体实践中,要将终端通信质量、节点通信质量等统筹考虑,合理调控节点,以便将更高质量的网络通信服务提供给用户。
  最后,智能化技术。研究发现,5G通信技术将十分多元化的应用服务提供了出来,那么中心网络也将会接收到更加庞大的数据,这样就要在智能化技术的支持下,将云计算平台构建起来,由多个大型服务器来高效分析、处理、存储中心网络收集到的数据。然后结合用户类型差异,对节点、频段等最佳分配。
  4物联网中5G通信技术的实际应用
  通过融合物联网与5G通信技术,可以将5G通信技术的优势充分发挥出来,如可靠性、灵活性较高等,进而促使物联网通信要求得到满足,促进物联网的应用与发展。同时,5G通信技术的发展,也会受到物联网需求的促进作用。目前来讲,车联网、无线医疗、智能制造等诸多领域已经开始广泛应用5G通信技术与物联网技术。
  4.1远程驾驶
  远程驾驶目前已经成为研究的重点,而5G技术与物联网技术的出现与发展则为远程驾驶的实现提供了技术支持。远程驾驶具有十分广阔的应用空间,如高级礼宾服务、无驾照人员等。从某种角度来讲,无人驾驶属于车联网的范畴,通过应用5G技术,可以有效控制复杂状况下的车辆,将5G通信技术可靠性、带宽较高等优势充分体现出来。在5G通信技术的支持下,可以在边缘云上集中对自动驾驶车辆的感知、决策等功能模块,边缘云计算处理后进行下发,这样不需要过度依赖车载传感器,后台生产调度中心就可以有效监控、控制所有车辆。车辆、远程终端信息交互、指令交互可以瞬间实现,只有10ms以内的时延,显著提升了无人驾驶的安全性。
  4.2智能制造
  目前,制造车间内已经开始广泛应用WIFI、蓝牙等技术,这些技术的应用,虽然具有一定优势,但缺乏足够的可靠性和安全性。智能制造要求将工业物联网技术充分利用起来,借助于AR智能眼镜的支持,实现云端远程控制。机器人协作之下,能够给予流程中工作人员操作控制有效的帮助,这样生产系统的灵活性、高效陛得到增强,工作效率得到提升,制造出来的产品质量也可以得到增强。但机器人的协作队网络延迟提出了较高的要求,需要在1ms以内,因此,就需要借助于5G通信技术的应用,将具有较高带宽、可靠性的无线网络构建起来,这样机器人的协作需求得到满足。此外,在AR智能眼镜的支持下,员工的远程操作也可以实现,工作效率、工作质量得到提升。
  4.3无线医疗
  近些年来,医疗设备中开始日趋广泛的应用物联网技术,借助于一系列可穿戴、便携设备的使用,医疗行业的远程诊断、远程手术等需求得到满足。虽然远程医疗发展迅速,但依然有较多的漏洞存在。如不具备较高的信号质量,这样诊疗过程的持续性就得不到保证。同时,只有构建起具有较低延时和更高保障的无线网络,方可以充分发挥远程医疗器械的反馈功能。而通过应用5G通信技术,则可以提升物联网技术的质量和速度,图片、视频的分辨率得到显著提高,这样医生能够对病人的病情更加准确的诊断。而力反馈精度的提升,医生也能够对远程医疗机械更加轻松的使用,手术操作的精准性大大提升。网络信号的持续性,可以避免有信号中断问题出现于远程手术中。
  5结语
  综上所述,物联网的应用与发展,对社会各个行业都具有十分重要的意义。而物联网的发展,离不开通信技术的支持。5G通信技术具有一系列的优势,将其应用物联网中,可以促使用户的个性化需求得到充分满足,物联网的发展速度大大加快。此外,通过深入融合物联网与5G通信技术,也可以对5G移动通信网络的建设起到有效促进作用。
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