基于物联网形势下的5G通信技术应用探索

鹤壁职业技术学院 冯文革 雷军丽 张玉娇

信息时代通常指的是计算机时代或数字时代。每个人都有机会自由地传递信息，并及时获得信息。物联网是“万物相连的互联网”，也称泛互联网。泛互联网与移动通信技术的高度融合是信息时代的重要标志。近年来，随着5G技术的出现，各种优势得到了发展，也构成了对4G技术的全面升级。在泛互联网发展的大背景下，5G通信技术的推广应用必将带来人们生活质量的提高。因此，本文简要介绍了泛互联和5G通信技术的基本特点和应用中存在的问题。

1 物联网与5G通信技术的概念

1.1 物联网

物联网（IoT，Internet of Things）以无线通讯技术和计算机信息技术为基础，将互联网与各种对象连接起来的网络结构的相互联通的互联网，也称之为泛互联网。

从技术架构上来看，物联网可分为三层:感知层、网络层和应用层。物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络。其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信，也就是物物相息。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，广泛应用于网络的融合中，也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。利用局部网络或互联网等通信技术把传感器、控制器、机器、人员和物等通过新的方式联在一起，形成人与物、物与物相联，实现信息化、远程管理控制和智能化的网络[1]。物联网是互联网的延伸，它包括互联网及互联网上所有的资源，兼容互联网所有的应用，但物联网中所有的元素（所有的设备、资源及通信等）都是个性化和私有化。

1.2 5G通讯技术

5G通信技术是继4G通信技术后的新一代蜂窝移动通信技术。它具有高数据速率运行、网络延时小、功耗低等优点，也是推动网络发展的重要原因。在高连通性的情况下，仍然是多个通信频段，保持了较高的可靠性和稳定性，使移动通信用户的流量数据和连接密度有了很大的提高，也提升了系统同化水平以及实现网络空间灵活的调整。基于互联网5G通信技术的广泛应用，使泛互联网概念得到了深刻的扩展，从而促进了经济的可持续发展。

2 5G技术在电力物联网中的作用

2.1 信息技术的发展

移动通信技术的发展已经有几十年的历史了，几十年来也发生了一些变革。一代通讯技术（1G）主要用于调频调制、模拟信号传输，最初用于实现无限远程呼叫。当集成电路等一系列的发展和二代通信技术（2G）的问世，数字信号传播取代了模拟信号传输，提高了抗干扰通讯性能，随之而来的是各种信息服务的出现，是通讯技术的一次质的提升。而三代和四代在二代的基础上再次提升了网络传输速度:从就真正意义上来说，三代通信技术带来了整个移动互联网。 当前，4G通信是我国应用最广泛的第四代通信方式。它大大提高了网络速度，从而进一步推动互联网的发展，使通信设备不在拘泥于通话和短信，这使得数据传输功能特别重要，给泛互联网的发展创造了足够的想象空间。

每一代通信技术的创新都将会对社会带来创新和发展机遇。当前为止，5G通信时代早已到来，从2016年开始截止到2018年就已经开始制定第五代标准。2019年成为新的5G通信元年，而2020年，5G通信已经开始大规模的商用。

2.2 5G通信技术基本原理

从二代通信技术到5G通信技术这一阶段，移动通信技术基本上都是以数字信号为主。移动通信利用电磁波在空气中的传播进行通信，它通常包括信号发生器和信号接收器，包括调制和解调等基本步骤。无线通信的电磁波与有线通信的区别在于它在空气传播途径中有反射、衍射和散射等情况，从而抵达多个路径目的地[2]。

2.3 5G通信的基本特点

根据IMT-2020推进组对5G通信的基本要求，5G通信技术在未来至少包含高速率、高容量、高可靠性、低延时与低能耗等五个方面，简单来说就是“三高两低”。

2.3.1 高速率

峰值、区域、边缘速率是五代通信速率的三个指标，峰值速率要求高于20Gbps，指最佳条件下的最大速率；区域速率就是指通信系统同时支持的总速率，通常用单位面积速率来描述，是4G通信的千倍以上。边缘速率又称5%速率，这是用户用最差的五分之一所获取的通信速率。通常，它必须在100Mbps到1Gbps之间。

2.3.2 高容量

传统的4G通信一般都是以手机为基础的，可以连接的终端数量非常有限，而5G可以连接到大量的设备，每平方公里可以支持100万个移动终端。包括家用电器和各种便携式电器与设备等。

2.3.3 高可靠性

超可靠低延迟通信（uRLLC）是3GPP（第三代合作项目）第15版定的5G新无线电（NR）标准所支持的不同类型的用例之一。垂直行业中的许多应用场景都需要Urllc来提供端到端传输安全性和99.999%的传输可靠性，同时确保低延迟。

2.3.4 低延时

信息通信时延是指从一个终端到另一个终端的时间，传统的4G通信时延约为50ms，对于人与人之间的社会互动影响并不大，但对于泛互联网中的某些人与场景来说并不适合，电力以光速传播，并存在多种协同控制场景。5G通讯端口的时延达到1ms，终端对终端则达到10ms，为电力系统的灵活响应提供了多种支持。

2.3.5 低能耗

如果传感器和通信设备经常需要更换电池或充电，这将给互联网带来很大的障碍，因此，5G通信将通过优化硬件协议和其他低功耗特性来有效地解决这一问题。

3 5G通信技术在泛互联网中的融合应用

基于泛互联网之下达到物联网需求的主要目标是5G通信技术，它在网络的设计方面更加宽广。在目前阶段，5G移动通信技术逐步在远程医疗治疗及手术方面、虚拟现实操控无人机和工业互联网等项目中展开融合。

3.1 远程医疗治疗及手术

通过5G通信技术与物联网的融合，极大的缩减了医生与患者的空间距离，实现了空间跨度来完成诊治与手术。早在2019年一月中旬，华为联合中国联通福建分公司、福建医科大、北京301、苏州康多机器人有限公司等通过5G远程外科手术成功实施了“世界首例5G远程外科手术”——外科手术动物实验。通过高清画面，实施信号传导，远程控制50公里外机器人手术钳及电刀，对福建医科大学孟超肝胆医院内的一只小猪进行了肝小叶的切除，用时一小时，并且术后良好，生命体征平稳。同年3月16日，全国首例5G远程人体手术——帕金森病“脑起搏器”植入手术成功的在我们中国人民解放军总医院海南医院完成，这场手术时通过解放军总院的神经外科的凌至培主任来亲自通过5G移动网络的指导下进行的脑起搏器植入手术操作，凌主任表示这是异常跨地区手术操作和指导，是新型的信息技术与医疗技术的新结合，不仅可以帮助患者降低医疗的成本还可以吸引优质资源，这在医疗领域有着重要的意义。

3.2 虚拟现实无人机

对于高级无人机，4G技术是远远满足不了对无人机的应用，目前无人机应用分为个人应用和行业应用，对于个人应用而言，3G/4G通信技术无法满足用户对于无人机数据实时传输的需求，这使得5G技术为无人机带来新的发展空间。以5G技术作为基础，给网联无人机带来了实时超高清图传、远程低延时控制以及海量数据处理等极为重要的能力。例如经典的5G无人机应用有仓储物流运送服务、娱乐直播、农林植保、地理测绘、基础巡检等。虽然现在5G和无人机的运用处于融合发展的初期阶段，但是目前主要进行的应用有:

3.2.1 物流运送

低空无人驾驶飞机通过遥控和自动飞行，可以自动将包裹运送到目的地，避免了交通堵塞，消除了地形干扰，提高了运送效率。

3.2.2 视频直播

360度全景镜头安装在无人机上进行视频拍摄。全景摄像机完成对视频流的捕获、拼接和处理，然后通过5G网络下行链路传输给用户。用户可以随时随地通过终端感受到人们心中的场景。

3.2.3 农林植保

通过对无人机进行个性化负载实现植保机械化，通过5G网络结合实现无人机与数据中心之间的数据交换。云平台对负载采集的实时数据进行分析，协助数据中心实现远程操作。

3.2.4 地理测绘

利用5G网络无人机可以对周围的环境生成实时的地图模型，就可以实现在应用场景下的数据的挖掘。

采集环境数据并生成实时地图模型的技术方案，可以实现在不同的环境下，应用于不同的场景下基于地图的数据挖掘，是对传统航空摄影测量的有力补充。在教育，城市规划以及科研等的场景下的应用给他们的发展提供了无限的空间。

3.2.5 基础巡检

无人机因其成本低、灵活性强、安全性高、对自然环境和地形影响小、视角好等优点在基础设施检测领域得到越来越多的应用。主要包括:建筑外墙检测、供电检测、基站检测、输油管道检测、河流检测等。

4 泛互联网技术在5G时代的发展战略

4.1 泛互联网的大数据时代

为了不断提高上述内容所描述的数据的产业能力和应用结果，广义人工智能结合了统计、计算、优化等跨学科技术，已经成为连接泛互联网和大数据之间的纽带。将5G通信技术下的大数据与AI、泛互联网相结合，完善互补运行机制，将成为当今时代最先进的生产力工具[3]。

以智能驾驶领域的无人驾驶汽车为例。由于其强大的全球传感器设备，算力架构以及车机优化，33个传感器，一套激光雷达与11个高清摄像头配合，通过人工智能将传感器数据、无限感知结论和机器视觉反馈进行结合。

4.2 5G智能化技术的运用

智能化技术是在五代通信技术的应用中极其重要的一项技术，它根据互联网现状的不断改变从而提供多种多样的服务，数据量的庞大复杂将会上传到网络终端。而5G通信技术中的新网络云计算平台可以负担一系列的传输。在泛互联网发展的基础上，5G通信技术已经达到并提供了新的智能化运营标准，能否满足物联网发展的需要。在这方面，无论是在生活中还是在经济发展中，5G通信技术都起着至关重要的作用。

5 结语

5G通信技术的出现取代了前四代通信技术，为国民经济和生产带来了更优质更高校的服务。目前，在物联网发展模式下，与4G通信技术相比，5G通信技术更适合行业的发展，物联网发展领域更为开放。在这个大数据的时代之下，推动信息生产力发展的决定性因素是信息化，而5G技术的出现使得更精确的规划和管理成为可能。实现了通信技术与经济发展的融合。使先进的电子信息技术更好地准备好控制各行业的发展，实现信息传输和网络建设的共同发展，促进经济的快速发展，实现通信技术的立体化发展。