LTE无线通信技术与物联网技术的结合与应用

刘媛媛

（湖南高速铁路职业技术学院，湖南 衡阳 421002）

在信息技术发展的背景下，各种新技术层出不穷，物联网技术就是其中之一。它以互联网技术为基础，通过连接事物扩大互联网技术的应用范围，改善人们的生活质量，使人们的生活更加便利，同时促进工业水平的提升，实现自动化、智能化建设与发展。对于物联网的使用和发展来说，无线通信技术发挥着十分重要的作用。采用长期演进（Long Term Evolution，LTE)无线通信技术，同时应用相应的标准协议，使物联网在使用和发展中呈现出的“碎片化”问题得到有效解决，减少了物联网发展的限制，促进了物联网技术水平的提升，使其应用更加广泛，为信息化产业的发展提供了更多技术支持。本文将二者结合，达到取长补短、相互促进的效果。

1 物联网技术概述

现如今，信息技术在人们的生活、生产中广泛应用，而物联网则是该技术不可或缺的组成部分，可以确保各个物品之间的有效连接。一方面，物联网以互联网为基础，是互联网技术的延伸和扩展；另一方面，用户端可以与任何物品进行连接，进而达到信息交换、通讯的效果。在物联网运用的过程中，主要采用射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)、红外感应、GPS等信息传感设备，根据相关协议的要求，将物品连接到互联网中，从而实现物品之间的信息交换，实现智能化识别、跟踪、监控、定位等功能效果[1]。不仅可以实现本地自动化控制，而且解决了信息不对称的问题，各个行业都可以通过互联网进行合作与协调，使传统行业打破发展壁垒，从本质上实现革新和进步。物联网主要分为应用层、网络层和感知层3个层次，不同层次有不同的组成内容。

2 LTE无线通信技术的特点和创新应用

2.1 技术特点

LTE无线通信技术的应用在很大程度上提升了通信质量，实现了通信自由。TD-LET具有带宽高、延时低的特点，用户在移动的过程中也可以观看流畅、清晰的实时动画。相比于3G，LTE无线通信技术的网络通信速率明显提升。该技术的上下行峰值速率分别为100 Mb/s和50 Mb/s。相同的频谱，LTE无线通信技术的利用率可以达到100%。目前，很多用户利用无线网进行网络浏览，LTE无线通信技术时延较低，具有包容性和兼容性，涵盖了各项通信技术[2]，可以更远、更广泛地发射，有良好的应用前景。LTE无线通信技术的应用增加了信号通道中衰落传输的可靠性，可以集中一点发射信号，利用不同区域的衰减调配强弱信号在不同的通道上传输网络数据，具有较高的峰值传输速度，同时利用率也远高于传统的通信技术。

2.2 创新应用

LTE无线通信在技术上进行了全面的革新和改进，采用全新的技术结构，由Node B构成单层结构，简化技术的同时可以有效降低延迟，满足了低复杂度、低时延、低成本的要求。与传统的3GPP接入网相比，LTE无线通信技术的无线网络控制器(Radio Network Controller，RNC)节点更少。从本质上来看，LTE无线通信技术是一种全面的技术革新，其深度挖掘信道资源，促进了网络结构的简化。该技术采用了OFDMA/FDMA的解决方案，对纵向网络层次进行简化，使传输延迟有效降低。在技术方面，LTE采用频分多址系统，是对OFD-MA的改进，实现正交传输的同时实现单载波传输低峰平比，将RNC节点取消，达到网络设计简化的效果。目前，该技术的应用愈加广泛。例如，在世博会中应用LTE技术，同时配合网络移动采编播设备的使用，实现各类素材的快速传回，增强了新闻的时效性。在生活中，该技术提升了通信效率，与物联网结合进一步提升了技术的应用效果，不仅改善了人们的生活，在水利、航空等多个领域中也被广泛应用。

3 物联网业务模型分析

物联网的主流业务涵盖智能电表、智能零售、智能交通、远程医疗、环境监测、智能家居等多个领域。在智能电表方面，利用物联网可以进行周期性或根据需求上报价格信息、负载信息，每天进行50次会话，每个数据包为10 B，可以在城区或非城区范围内进行设置，比较固定。城区中的终端数量为每1 km2不到10 000个，非城区的终端则在1 000个以内。在智能零售方面，主要包括超市、便利店等零售中采用的POS机触发的数据行为，每天的会话频次约为1 000次，数据包为100 B，在城区中使用具有固定性，终端数量为每1 km2不超过1 000个。在智能交通方面，主要在汽车周期定位、特殊情况传输控制、告警数据等方面使用，会话频次为每天1 000次左右，数据包为1 500 B，可以在城区或非城区使用，具有移动性，终端数量每1 km2不超过5 000个。在远程医疗方面，主要用于周期或周期内持续大量输入与身体特征有关的数据，包括血压、心电图等。如果是周期性则会话频次为每天100次左右，如果是持续性检测则每天不超过5 000次，数据包为10～100 B，可以在城区或非城区使用，移动或固定都可以，每1 km2终端数不超过1 000个。在环境监测方面，主要在周期或根据传感数据在特殊周期中发送警告或控制数据，每天的会话频次不超过1 000次，数据包为100～5×106B，可以在城区或非城区使用，具有固定的特点，终端数量每1 km2不超过1 000个。在智能家居方面，主要提供家居安全等业务。每天会话频次不超过100次，数据包为100～1 000 B，可以在城区或非城区使用，具有静态的特点，城区中终端数量每1 km2不超过10 000个，非城区则不超过1 000个。

由此可见，物联网数据模型具有小包、高频等特点，与QQ数据业务类似。这种常在线业务会占用很多网络资源，易引发信令风暴，从而影响网络效率[3]。在物联网发展的过程中，必须要先解决数据负荷的问题，杜绝信令风暴，创新技术应用手段。

4 LTE无线通信技术与物联网技术的结合

4.1 在智慧城市中应用

在建设智慧城市的过程中，可以将LTE无线通信技术和物联网技术结合在一起，在全城范围内进行网络连接，使城市各个角落都被网络覆盖，进而满足实时监测、控制的需求，掌握智慧城市各个场景。在技术结合应用下，不仅地面可以实现网络覆盖，地铁、地下隧道等信号薄弱的区域也可以实现网络覆盖，并且保障了传输效率。可以设实时监控路灯、构筑物等设施，通过网络连接进行管理和控制，也可以对空气污染、温度、湿度等环境指数进行采集，不仅能提升设施的服务质量，还能促进生态环境的建设与改善。在传统技术的应用过程中，物联网主要采用蓝牙、Wi-Fi等技术进行网络连接，因此只能在特定的范围内覆盖。应用LTE无线通信技术之后，可以采用频分多址（Frequency Division Multiple Access/Address，FDMA）的 方 式，使OFDM/FDMA有更多空间接口，通过多进多出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）技术促进传输效率的提升，可以强化智慧城市场景中的通信能力。在4G技术应用之后，窄带LET技术与4G网络融合在一起，为物联网技术的应用和发展提供了更多技术支持。从5G发展趋势可以看出，通过技术结合，智慧城市场景监控系统会愈加完善，有助于智慧城市的建设与发展，实现智能、高效、绿色、节能的发展目标。

4.2 在智能电网中应用

在物联网应用的过程中，智能电表也是物联网技术的主要应用领域。在智能电网建设的过程中，要对端口接入方式进行简化，实现电网的精细化、智能化覆盖端管理。智能电表具有集成化的特点，可以实现远程抄表，检测客户端现场设备以及服务状态等功能，将检测数据汇集在终端平台中，采用信息监控系统对点流量进行分析，进而调整智能电网结构，确保其与用户端相符，全面提升电力系统的运作质效，保障电能的顺利供应[4]。物联网早期主要在智能电网中应用，所以已经有了丰富的经验和成熟的技术。随着智能电网建设范围的扩大，电网结构在不断改进，在这个过程中结合应用LTE无线通信技术和物联网技术，可以进一步提升智能电网的运作效率。LTE采用OFDM共享资源，运用层二调度器方式调度资源动态，上层不将信令资源释放，空口资源则不会受到影响，进而实现保留常在线的效果。调度器和无线资源控制（Radio ResourceControl，RRC）可以实现系统优化。

4.3 在智能家居中应用

在智能家居中应用物联网技术，可以提升人们的生活质量，使人们的物质需求和精神需求得到更好地满足。随着智能化家居的广泛应用，人们的生活水平不断提升。例如，智能咖啡机可以根据用户需求自动调节水温、咖啡浓度等参数，也可以通过语音发布指令，家电设备的应用控制更加便捷。在智能家居发展的过程中，物联网是核心技术，为了解决物联网在应用过程中存在的弊端，结合物联网和LTE无线通信技术，将各个家居用品都连接到网络中，同时提升操控的效果，充分发挥智能家居的作用。物联网需要将传感器、控制机连接在网络之中，应用LTE无线通信技术则可以将其作为网关接入，数据流在自组织网络回传输入到LTE网络中的时候会比较大，进而出现负荷较大的小包和频次较高的业务数据。LTE无线通信技术采用正交频分复用技术，信道被划分为多个正交子信道，高速数据流可以转换为低速子数据流，将其调制到各个信道上传输，通过层二调度器动态调度无限资源，利用LET技术达到常在线数据业务的实现。

4.4 在智能汽车中应用

随着城市的发展和进步，交通压力在不断增加，城市交通网络愈加复杂，智能网联汽车系统可以为人们的出行提供更多便利，受到了许多用户的青睐。构建智能网络平台，在平台中加入私家车辆信息，可获得平台中的各种服务，包括导航服务、租用服务等。从公共交通系统的角度来看，可以根据实际道路条件建立相应的网络覆盖方案，将物联网覆盖到整个交通网络中，进而更好地进行测量、监控和管理，确保车辆行驶的安全性和运输效率。在物联网应用的过程中结合LTE无线通信技术，可以进一步提升智能汽车的功能性，使监控效果更加明显，促进数据传输效率的提升，及时发现行车过程中潜在的隐患，在保障行车安全的同时提升其舒适度，为驾驶人员规划更加合理的操作方案等，促进我国交通运输行业的发展和进步。

5 结束语

综上所述，在智能化发展的过程中，物联网的广泛应用不仅改善了人们的生活质量，同时也促进了各个领域的发展和进步。然而，物联网技术的应用难免存在一些缺陷和问题，可以将LTE无线通信技术与物联网技术相结合，进一步提升物联网技术的应用效果，促进智能化建设与发展。