5G關鍵技術及其對物聯網的影響
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摘 要：人們對智能通信設備數據傳輸速率的要求越來越高，目前的4G已經滿足不了移動用戶們的需求，因此，5G的實現必須加快腳步。相對于4G來說，5G的傳輸峰值速率提高了將近百倍，并且5G在數據傳輸的可靠性、傳輸容量等方面也有了進一步的提高。5G的發展對物聯網的發展會起到很好的推動作用，“萬物互聯”這個構想將一步步走向現實。文章將詳細介紹5G的關鍵技術，從5G的特點出發，闡述5G對物聯網和云計算、大數據等技術的影響。5G時代的來臨將全面改善我們的生活，物聯網在智能家居、智能駕駛、智能醫療等領域的應用會有突破性的進展，這將是一場科技革命，一個推動全球性經濟、政治、文化進步的契機。
關鍵詞：5G;關鍵技術;物聯網
第5代移動通信技術的出現為人民提供了一個速度更快、信息傳遞更安全、傳輸容量更大的通信平臺，這些優點對解決物聯網發展的難點有很大的幫助，能夠促進物聯網技術的發展，同時也促進了云計算、大數據等技術的快速發展，這些技術也為物聯網的發展提供了便利。目前物聯網還沒有形成成熟的技術標準和技術體系，在物流、零售等領域的應用雖然取得一定的成果，但在其他方面的應用還沒有被廣大人民接受和認可。在5G的應用下，物聯網能得到更廣泛的應用，尤其是物聯網在智能家居、智能駕駛、智能醫療等領域將有更廣泛的應用。龐大的數據資源會嚴重影響數據傳輸和處理的速度，造成嚴重的時延現象，目前的4G網絡的低傳輸速率及有限頻譜資源已經難以滿足以后物聯網發展的技術需求，5G將會很好地解決信息處理速率及帶寬和時延等問題，因此，5G普及后的物聯網將會進入快速發展階段。
1 5G的關鍵技術
移動通信系統經歷了長時間的探究與發展，目前已經實現了4G的全面普及。4G支持高速數據業務和語音業務，大多4G運營商都使用LTE系統，其帶寬約為20 MHz，數據傳輸速率能達到100 MHz，但是對于物聯網來說，4G技術還遠遠達不到發展標準，而5G給物聯網的發展帶來了曙光。5G指第5代蜂窩移動通信系統，研發目標中最高傳輸數率是4G的近百倍，同時還擁有時延低、容量大等優點。5G技術的關鍵技術是對現有的無線通信技術的進一步演進，如大規模MIMO無線傳輸技術、毫米波無線通信技術、異構無線通信技術等。
1.1 大規模MIMO技術
天線是無線傳輸的必要設備，普通天線組件的成本低、功耗低，因此大規模MIMO技術的應用使得消耗成本降低。大規模MIMO技術的應用原理是提高基站中天線的配置數量，從理論上來說天線的數量越多，通信系統的性能越好，一個通信系統的頻譜效率、傳輸速率和可靠性等特性與天線的數量息息相關。為了降低小區干擾對無線通信系統的影響，可以通過波束賦形技術，讓其在特定的空間范圍內進行傳播，同時要增強各個小區的干擾消除和協調能力。這項技術的應用能更好地對頻譜資源進行利用，而天線數量的增加不僅可以使用戶接入更靈活，同時還能夠增大網絡覆蓋面積和提高數據傳輸容量，達到廣覆蓋、快傳輸的目的。
1.2 毫米波通信技術
毫米波通信技術的提出是為了解決頻譜資源不足的問題，由于當前的通信設備的普及，低頻譜資源的利用率已經快要達到飽和，剩余的可利用頻段根本無法滿足5G通信的應用需求，但高頻段資源卻十分豐富，毫米波的波長非常小，故其波頻率很高，從通信原理中可以了解到載波頻率與無線通信最大信號帶寬成正比，因此毫米波通信技術可以為5G技術提供充足的頻譜帶寬，從毫米波入手，可以開發和利用高頻段頻譜資源。毫米波的波長處于紅外波與微波之間，因此，毫米波頻段具備和相鄰波頻段相近的特點，主要包括傳輸速率、容量等方面。雖然毫米波頻段的應用也存在很大的限制，其傳輸損耗較大且易受障礙物的影響，但其應用前景非常大。
1.3 異構無線通信技術
異構無線通信技術可以讓通信系統與計算機互聯網技術相融合，擴大通信系統的業務活動范圍。尤其在5G技術應用的環境下，通信系統的覆蓋面積將會隨著互聯網不斷增大的覆蓋范圍而增大。異構無線通信技術的建立依賴于D2D通信技術和小區部署技術的應用。D2D通信是指設備與設備之間直接通過邏輯連接進行通信。D2D通信可以省略中間設備，從而降低了通信成本，同時設備之間直接通信，可以減少核心設備的負荷。這種邏輯連接的實現原理與藍牙的原理一致，設備與設備之間需要配對才能進行通信，并且D2D通信技術可以對用戶的信息進行安全性設置，保護用戶的數據不被泄露和篡改。小區部署指高密度小區的部署，小區數量的增長可以讓網絡容量呈線性提升，可以大量接入終端設備，并且縮短了網絡與終端之間的距離，進一步降低了數據傳輸時延，但各個節點之間的距離變短會增加小區干擾，提高信令控制難度，為了解決這個問題需要在小區引入更高效的干擾管理技術，同時在終端采用干擾消除技術。并且小區的部署可以由用戶自行完成，即插即用，減輕運營商的工作負擔。異構無線通信技術的實現可以為5G提供更高的數據傳輸速率和容量，并且提高網絡能效降低功耗[1]。
2 5G對物聯網發展的影響
2.1 物聯網的由來
設備通信能力的發展促進了無線傳感網的進一步擴展，這種擴展突破了原有的互聯網范疇，用戶通過接口技術實現對物理設備的訪問，但應用環境不同，接口技術也不同，為了同時實現對不同場景的管理，物聯網便誕生了。物聯網通過各種傳感設備與射頻識別技術，實時監控物品的工作過程，采集各種互連物品互動的過程信息并進行保存，與互聯網共同形成一個巨大的網絡，通過云計算、大數據等信息處理技術對各種信息進行篩選和處理，實現對互聯物品的實時管理、控制和智能通信。物聯網的體系架構可分為3層：感知層負責實現對外部事物的識別和感知進行數據的收集;網絡層實現感知信息的傳遞和處理并保證信息的可靠性和安全性;應用層是將用戶所需要的信息以便于用戶了解的應用軟件形式展現出來或直接實現用戶的目的。物聯網的發展前景非常廣闊，可以實現多領域的智能化，如智能家居、智能駕駛、智能醫療等[2]。 2.2 5G對物聯網的影響
物聯網的實現基礎是信息的采集傳輸，所以物聯網的發展肯定伴隨著終端傳感設備的增多，因此接入網絡的設備會大幅度上升并且采集的數據越來越多、越來越雜。但物聯網對時延的容忍度非常低，它要求信息能夠進行實時、準確傳輸。所以，物聯網的發展需要數據以更快的速度進行傳輸和處理，從而降低數據傳輸和處理時延。目前的網絡技術顯然無法達到這種要求，而5G的高傳輸速率、高傳輸容量、高可靠性卻能夠滿足物聯網的發展需求，因此5G的實現必將促進物聯網的飛速發展。同時5G也可以促進云計算、大數據技術等技術的發展。云計算強調云存儲和計算能力，大數據強調服務器的存儲能力和計算能力，云計算可以為大數據提供更高效的數據處理能力，大數據、云計算技術為加快物聯網的數據處理提供了一個很好的選擇。5G在數據傳輸速率、數據容量、可靠性等方面遠遠領先于目前的4G技術，為大數據、云計算提供了一個更快更好的發展平臺。所以物聯網的發展需要與大數據、云計算等技術共同發展，進行有效融合，朝著實現“萬物互聯”的目標努力。
3 結語
5G的實現是必然的，且相關技術已經有了初步成果，具體的實現效果還有待觀察，更多功能的開發與應用還需要科學家們繼續研究與努力。相信在不久的將來，5G將會全面滲透我們的生活。云計算、大數據等技術的同步發展會讓數據處理技術變得更符合人意，更高效快捷，為物聯網的發展提供進一步的保障，多種技術的融合能夠相互促進，共同進步。在5G時代，物聯網的進步將讓人們的生活變得智能化，“萬物互聯”的實現，可以為我們提供越來越便捷的智能設備管理方式。
作者簡介：谷碧玲（1998— ），女，江西撫州人，本科生;研究方向：通信工程。
[參考文獻]
[1]RODRIGUEZ J.5G ：開啟移動網絡新時代[M].江甲沫，韓秉君，沈霞，等，譯. 北京：電子工業出版社，2016.
[2]王珂珂.物聯網實踐技術與關鍵教程[M].北京：清華大學出版社，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
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