物联网形势下的5G通信技术研究

　　摘 要：当今社会已进入物联网快速发展时期，5G通信技术在其中具有重要的作用。随着5G移动通信技术标准的发布及2020年5G商用，物联网将更加快速地发展。文章介绍物联网及5G通信技术的相关概念及发展概况，研究了适应物联网需求的若干5G关键技术。

　　关键词：物联网;第5代移动通信技术;移动通信

　　《物联网技术》杂志是经国家新闻出版总署批准的物联网专业科技期刊。杂志为月刊，每月20日出版，现已是中国核心期刊(遴选)数据库收录期刊，中国学术期刊网络出版总库收录期刊，中文科技期刊数据库收录期刊，龙源国际期刊网全文收录期刊，中国科技论文在线收录期刊。

　　当今社會已进入物联网快速发展时期，众多国家发布了关于物联网的发展规划。我国亦在2010年后发布了相关文件及发展规划，明确将物联网列为我国重点发展的战略性新兴产业之一，并确定在智能工业、智能农业、智能物流、智能家居、智能交通等9大重点领域开展应用示范[1]。随着物联网产业的发展，物联网对通信技术提出了更高的要求：大规模机器间连接、高可靠、低延迟、低功耗等。物联网形势下，第5代移动通信技术(5th Generation，5G)提出了若干关键技术面向物联网应用。

　　1 物联网及5G通信技术概述

　　1.1 物联网概述

　　物联网的基本思想出现于20世纪90年代，1995年Bill Gates在《未来之路》中提出了“物物互联”的概念;2005年国际电信联盟发布了研究报告《物联网》，预见无所不在的物联网通信时代即将来临;2009年IBM提出了“智慧地球=互联网+物联网”的概念。在我国，2009年温家宝总理提出了“感知中国”，之后我国明确将物联网列为重点发展的战略性新兴产业之一;2011年发布的《物联网“十二五”发展规划》大力推动了物联网的发展，物联网技术已经广泛应用到各行各业中。

　　物联网是按照约定的协议，将具有“感知、通信、计算”功能的智能物体、系统、信息资源互联起来，实现对物理世界“泛在感知、可靠传输、智慧处理”的智能服务系统。

　　可以作为物联网发展基础的技术主要有高性能计算机、云计算、大数据等计算机与软件技术;计算机网络，互联网与移动互联网，GPS，3G，4G，5G移动通信技术与机器对机器(Machine To Machine，M2M)通信模式等网络与通信技术;嵌入式技术、微机电技术(Micro Electro Mechanical System，MEMS)、传感器、射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)、智能手机、可穿戴计算设备等硬件技术;普适计算、并行计算、移动计算、嵌入式计算、基于服务的计算等计算模式;智能控制、数据挖掘、人工智能、机器学习、智能机器人等智能科学与技术。

　　本文主要介绍为适应物联网大力发展形势，5G移动通信提出相应若干关键技术。

　　1.2 5G移动通信技术概述

　　2015年，国际电信联盟明确了5G的名称等关键内容，定义了5G的3大主要应用场景：增强型移动宽带(enhanced Mobile Broadband，eMBB)、超高可靠超低时延通信(Ultra Reliable Low Latency Communications，URLLC)、海量物联(massive Machine Type Communications，mMTC)。

　　相对于4G，5G带来的是更快的速率、更低的功耗、更短的延迟、更强的稳定性，能支持更多用户使用。5G的用户体验速率可提升至1 Gbps，用户峰值速率可达10 Gbps;5G的时延低至1 ms;连接设备数可达100万连接/km2。

　　我国于2016年1月开始进行5G技术研发;2017年11月5G频段正式划定;2018年3大运营商确定2019年5G预商用，2020年5G商用;2019年8月5G手机中国上市。

　　2 物联网形势下若干5G关键技术

　　为适应万物互联，5G采用了相应的关键技术。本文介绍其中几项。

　　2.1 Massive MIMO

　　大规模天线技术(Massive MIMO)是5G提高系统容量和频谱利用率的关键技术。

　　Massive MIMO是指通过基站内的大量天线实现同一频率资源与多台空间上分离的用户终端同时通信，并进行多径传输，如图1所示。

　　图1 Massive MIMO示意

　　传统的时分双工(Time Division Duplexing，TDD)网络的天线基本是2天线、4天线或8天线，而Massive MIMO通道数可达到64，128，256个。传统的MIMO是2D-MIMO，以8天线为例，实际信号在做覆盖时，只能在水平方向移动，垂直方向不动。而Massive MIMO在水平方向和垂直方向都能随着目标UE的位置进行调整，信号的辐射状是个电磁波束，所以Massive MIMO也称为3D-MIMO。Massive MIMO不仅支持多用户波束智能赋形，同时也降低了用户之间的干扰，结合高频段毫米波技术，可以在一定程度上完善无线信号覆盖性能[2]。

　　2.2 新型网络架构

　　新型网络架构基于软件定义网络(Software Defined Network，SDN)、网络功能虚拟化(Network Functions Virtualization，NFV)、移动边缘计算(Mobile Edge Computing，MEC)和雾计算(Fog Computing)等技术，可实现以用户为中心，更灵活、智能、高效和开放的5G新型网络。

　　NFV的目标是将不同网络设备整合到工业标准的大量服务器上。SDN的基本原理是将控制面和数据面分拆，网络智能的逻辑集中化以及将物理网络通过标准接口从应用和服务中抽象出来[3]。SDN，NFV等技术实现了5G网络灵活性、延展性和面向服务的管理。

 

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文章名称： 物联网形势下的5G通信技术研究

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