物联网背景下的5G通信技术应用研究

摘要：“万物互联”构建了智能化生活场景模式，AI智能虚拟场景、机器人管家及人脸识别等功能的呈现，带给人们极其便利且趣味十足的生活。泛互联网背景下，身为“万物互联”核心所在的5G通信技术也迎来巨大的突破。通过关联物联网连接技术、大数据计算技术和云计算技术，在5G物联网云计算方式的运用下，能够营造更便捷、智能的社会，从而促进万物互联时代趋势的体现。本文在阐述5G通信物联网架构的基础上，指出物联网及5G通信技术特点，分析物联网背景下的5G通信技术如智能化技术、直接通信技术、频效提升技术、密集网络技术、 SDN/NFV技术、毫米波技术等，并提出5G通信技术在智慧城市、虚拟无人机、智能制造与供应及医疗保健中的具体应用，以供参考与借鉴。

关键词：物联网；5G通信技术；应用

5G时代背景下，人们生产生活中无线通信技术构成的影响更大，通信技术的进步会带动信息技术水平的同步发展，而通信技术与信息技术相结合后形成的物联网，能够密切关联人们生活中涉及使用的一系列设备，在网络的基础上有效连接各种人与事物，“万物联网”时代正式来临，为人们提供更具智能化的生活。通过应用5G通信技术，有利于物联网技术智能化的提升，相应地也能深入发掘物联网技术在各领域的作用。基于此，从物联网背景出发，研究5G通信技术的应用具有极为深远的意义。

一、5G通信物联网架构

现阶段，5G通信整体容量较大，支持较多设备的连接，能为用户提供可接入网络的强大信号[1]。图1呈现了5G通信物联网总体架构，该架构中边缘计算层与传输层彼此间分离，云计算层与应用层间有解耦状态存在，各功能的设计能够妥善应对存在于传统物联网传输中的问题，从而达成整体更便捷的信息共享。

系统架构中，感知层主要体现入口的作用，通过感知层能够顺利生成各项数据信息，从而在控制器与传感器的作用下，通信收集数据信息并向感知层传输。而在传输数据的过程中，传输层主要体现媒介的作用，传输层内包含5G物联网及5G终端等，协议转换与传输的实现离不开一定的终端，感知层通信方式逐步向兼容5G通信技术的方式转换。边缘计算层是访问设备与处理数据的重要媒介，边缘计算的开展有利于核心网络负担的降低，围绕边缘计算后的数据信息展开处理，可促进网络性能的增强，雾计算连接边缘计算层能够实现无缝连接网络，因具备功能较多故而在传输数据中能够体现至关重要的作用。云计算层包含私有云与公有云两种，向云计算层中传输数据后，可在数据中心中存储和计算大部分数据。整个系统架构中，应用层属于最高级别的存在，是不同层次服务的终端，在大数据技术的基础上能够保障各项任务的顺利开展。

二、物联网和5G通信技术特点

（一）快速传输率

移动通信技术目前正处于发展速度不断提升的阶段，信息技术的进步与发展相应地也能提升信息传输速度、扩大信息传输容量。在对比5G通信技术和4G通信技术后不难发现，前者拥有优势更明显的传输容量和传输速度，被广泛应用于人们的日常生活中，且逐步形成更广阔的服务范围。凭借自身诸多优势，能够精准服务各个领域，使人们日常生活工作中的需求得到有效满足[2]。同时，在频谱利用方面5G通信技术也体现出显著的优势，能为用户提供10GB/s的体验峰值服务。

（二）全网络覆盖

不断发展与进步的物联网技术背景下，各行业对于网络传播价值形成更深刻的认知。当前，人们对今后智能生活服务的要求相对较高，物联网与5G通信技术关联后，不同行业以自身发展需求为根据进行定制通信的研发，能够提供更具智能化的服务。5G通信技术凭借自身全网覆盖能力，能够全面覆盖各个用户，并面向用户提供针对性的优质服务，使其客观需求得到有效满足。现阶段，无线网络用户数量剧增，且彼此间形成更为密切的联系，有关时延的要求也在不断提升，5G通信技术则能有效满足客户这一系列需求。因此，有必要对5G通信技术的应用予以高度重视。

三、物联网背景下的5G通信技术

（一）智能化技术

5G通信技术为物联网技术的发展注入了一定的活力。5G通信技术的基础为物联网技术的计算平台，云计算平台支持不同种类数据的迅速处理，而类型不一的处理服务器汇聚在一起形成巨大处理中心，联合相关设备后，云计算平台与其他终端设备能够实现信息通信及杀熟数据的目标。同时，5G通信技术支持海量数据信息的存储和处理，以客户需求为根据分析储存的信息数据，打造优质服务并提供给用户[3]。此外，物联网技术与5G通信技术的融合，有利于设备与数据双向信息系统的实现，可对现有5G通信技术加以优化，实现更顺利的传输，并智能化变革物联网技术，进一步突出物联网技术数据传输时效性与安全性。

（二）直接通信技术

5G通信技术中，D2D（Device-to-Device，終端到终端）的应用相当广泛，对等的两个用户节点间支持直接通信，通信网络不再过度依赖信号中继站和基站。用户节点可实现客户端与服务器两种角色的同时扮演，从而更有效地保障用户通信体验，弱化信号传输中受外界客观环境因素的干扰，能消除基站受损引起网络中断的情况。同时，该技术能够大幅缓解或有效规避无线通信系统中匮乏频谱资源的问题，能够赋予通信网络更安全、稳定的运行保障，从而满足人们在通信方面的实际需求。

（三）频效提升技术

5G通信中，频效提升技术同样实现了广泛应用，以应用大范围天线为基础接入非正式多地址，并在应用新型编码技术及传输波形后能为数据传输提供高效率的保障。5G通信模式下，引入频效提升技术后可促使通信系统形成更大的信道容量，且有利于数据传输距离的延长。而有关5G通信频效提升技术实践应用的过程中，正交频分复用波形控制体现在不可忽视的作用。频效提升技术在促进频率利用率提升的同时，同样能够有效控制抗频率选择性衰落现象。此值得一提的是，有关频率效率的提升中，非正式多地址接入技术同样发挥着可观的作用。

（四）密集网络技术

现阶段，密集网络技术在日益发展的网络技术带动下同样取得了一定的提升，蜂窝平台的增加，可促进网络运营商网络容量的增加，且能有效改善传输过度引起的网络延迟和拥堵情况。通信技术相比原始数据而言，呈现出更显著的发展速度，且大幅提升了整体数据传输速度。传统通信组网技术中，传输节点基本是以宏基站为主，此类基站尽管具备较高的功率，但覆盖密度方面却不乐观，选址难度较大，难以全面覆盖人流密集区，一定程度上阻碍了通信效果的提高及用户信息传输能效的提升[4]。而技术人员建立在宏基站这一节点的基础上，引入小功率基站至户外人流密集区域用于补充宏基站，有效优化传统扁平式、单一式的基站组网模式，形成多元立体的基站组网方案，实现人流密集區域内信息传输及通信速度与效果的提升，能够有效规避信息传输中可能出现的盲点，并改进网络环境。根据相关统计数据结果得知，5G通信网络及物联网环境下，现有通信基站数目实现不低于10倍的扩增，基站密度更大，能够有效提高单位环境下系统容量及5G通信网络频率复用率，原本人流密集区域内能够形成更优异的网络传输环境。

（五）SDN/NFV技术

日益复杂的用户使用环境及趋于多元化的信息传输需求背景下，5G通信技术同样面临着远超其他传统通信技术的安全隐患及安全风险。促进5G通信技术安防性能的提升及规避或消除产生于网络信息传输中的安全隐患，成为现阶段相关人员的重要研究课题。SDN（软件定义网络）与NFV（网络功能虚拟化）技术在5G技术应用中能够有效保障其安防性能，并大幅提升信息传输能效。SDN作为新型网络架构模式，其主要特性包含控制面集中化、控制面板与转发面互相分离、具有开放可编程接口。该网络架构由数据转发层、应用层和控制层三个层面组成，其中数据转发层主要承担转化流表数据和采集分析设备状态的功能职责，控制层则负责处理数据资源和维护网络状态，应用层则负责管理业务与网络资源及差异化的应用等。

（六）毫米波技术

现代通信模式下，毫米波表示1～10mm波长的电磁波。毫米波与其他类型的电磁波相比，具备更高的传输质量，且拥有波段范围较窄特征，在全天候通信中发挥着极为可观的作用，如图2所示。通过毫米波技术的规范应用，可实现匮乏频谱资源问题的改善，并间接性促进通信质量的提升。而在毫米波技术应用的优化方面，在建设5G通信网络框架时，需对建设超密集网络予以重视，并在基站较短间距的情况下混输数据，以促进数据传输中能够具备更强的干扰抵抗能力，从而为数据传输提供质量与效率方面的保障。

四、物联网背景下的5G通信技术实践应用

（一）智慧城市

现阶段城市发展中，智慧城市属于重要的新型理念，是在先进通信技术的运用下整合各类资源，打造更优质、丰富的服务并提供给人们，例如物联网能够串通医疗及交通等诸多领域，方便人们的生活出行。智慧城市通过5G通信技术的应用科学部署系统，结合数字化技术赋予设施更可观的自动化运行效率，在同一框架中安置城市内所有内容，并凭借通信技术规避或缓解信息不互通、滞后等现象，实现统一存储与传输信息[5]。

同时，智慧城市中着重强调科学管理能源及交通等，在车站安置物联网传感器后，能帮助有关人员实现车站人流情况的及时掌握，迅速缓解或规避拥堵现象。具有独立性的车辆定位系统中，当网络出现延迟时可能会有导航信息无法及时更新的问题出现，造成车辆驾驶受影响。而在5G通信技术的应用下，能为信息收集速率提供保障，有效交换数据，从而确保车辆导航信息更新的及时性。

（二）虚拟无人机

物联网背景下5G通信技术的应用，赋予了无人机大容量数据处理、远程低时延控制及超高清视频传输等功能，虚拟无人机也应运而生。就其应用而言，主要表现在：一是在线直播，依托全景摄像头负责采集、拼接和处理视频流，5G网络下行传输，面向用户打造通过终端随时随地感受情景变化的服务。二是远程配送，采取遥控、自动飞行的方式，结合低空无人机向目的地自动运送小型货物一类的包裹，可消除地形干扰、规避交通拥堵，并促进交付效率的提高。三是农林植保，无人机负载可实现机械化植保，在结合5G网络的前提下，数据中心与无人机之间能够交换数据。云平台负责分析负载实时采集的数据，为数据中心远程操作提供必要的支持。四是智能交通，智能交通运营商模式的诞生，实现了出行市场格局及方式的变更，能为人们提供更安全、高效、经济、便捷且绿色的出行服务。而在有利政策环境的前提下，人们日常生活中逐渐出现了无人驾驶出租车、自动驾驶出租车、公交车等自动驾驶汽车的身影，例如百度旗下的萝卜快跑自动驾驶出行服务平台，面向北京、上海、常州、深圳、广州、重庆、阳泉、长沙8个城市开设了自助出行服务，截至2022年第一季度，该平台已实现19.6万单无人车订单的供应。根据百度董事长李彦宏的论述来看，目前正在适度推进智能交通基础设施的部署，凭借5G远程控制优势，联合车路协同，有利于运输安全性及效率的提高，汽车产业也因此踏上网联化及智能化的转型升级道路。

（三）智能制造与供应

5G通信技术能够打破传统通信技术面临的桎梏，可显著提升技术水平，并实现数据的实时收集及收集效率的提高。在应用5G通信技术后，物联网设备能够形成更高的自动化操作水平，物联网领域中包含传感器在内的各个设备计算与分析水平更高，在数据高效收集与分析的前提下能够减少一定的运行成本[6]。同时，5G通信技术无缝传输数据，支持传输海量数据。供应链旨在消费者需求的满足，以消费者为导向，联合5G通信技术建立供应链管理模式，以路由节点为基础进行完整供应链数据信息的提供，可简化人工监督，并达成远程操控与跟踪的目的。

（四）医疗保健

医疗领域中每日都会有海量数据生成，处理有效性难免不够理想。通过5G通信技术的运用实时处理数据，精准、高效记录患者就诊信息，便于医护及医生间信息共享。同时，在融合物联网与5G通信技术后，可促进医疗资源配置合理性的提升，并缩短空间距离。例如华为企业2019年携手通信企业所开展的远程外科动物手术中，在5G通信技术的运用下传递高清图像数据至医生一端，面向超出50km距离的机器人下达切除猪肝小叶手术的指令；海南医院同年度在5G通信技术和物联网的运用下，实施了患者脑起搏器植入手术。这两场手术皆取得圆满的成果，是跨地区手术操作发展新历程的标志。而医疗技术与新兴技术的融合，也成为医疗领域未来发展的主要方向。

五、结束语

综上所述，物联网背景下的5G通信技术体现出诸多实际应用优势，不仅从传统工作的局限中走出来，促进物联网中通信技术应用成效的提升，且能赋予网络更加良好的有效性和安全性，实现高效、安全的数据信息传输。同时，5G通信技术可促进系统效率的提高并减少能耗，实现物联网新业务的快速部署，保障物联网系统安全，满足物联网管理需求，增强移动化及智能化。今后，5G通信技术也势必能为人们生活与工作提供更多的便捷化服务。

作者单位：赵晨 德施曼机电（中国）有限公司

参  考  文  献

[1]黄颖芳.物联网形势下的5G通信技术应用分析[J].数字通信世界，2021（09）：117-118.

[2]但枭.物联网下的5G通信技术应用[J].信息记录材料，2021，22（03）：169-170.

[3]高许雷.关于物联网形势下的5G通信技术应用[J].电子测试，2020（15）：137-138，16.

[4]于海燕.物联网形势下的5G通信技术应用探讨[J].产业与科技论坛，2022，21（01）：30-31.

[5]杨蓓.论述物联网形势下的5G通信技术应用[J].中国新通信，2022，24（06）：21-23.

[6]李徽.物联网形势下的5G通信技术应用探讨[J].模型世界，2022（02）：4-6.

赵晨（1991.05-），男，汉族，安徽宿州 ，大学本科，中级工程师 ，研究方向：电子工程技术。