摘 要：當(dāng)今社會已進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展時期，5G通信技術(shù)在其中具有重要的作用。隨著5G移動通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布及2020年5G商用，物聯(lián)網(wǎng)將更加快速地發(fā)展。文章介紹物聯(lián)網(wǎng)及5G通信技術(shù)的相關(guān)概念及發(fā)展概況，研究了適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)需求的若干5G關(guān)鍵技術(shù)。

　　關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);第5代移動通信技術(shù);移動通信

　　《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)》雜志是經(jīng)國家新聞出版總署批準(zhǔn)的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)科技期刊。雜志為月刊，每月20日出版，現(xiàn)已是中國核心期刊(遴選)數(shù)據(jù)庫收錄期刊，中國學(xué)術(shù)期刊網(wǎng)絡(luò)出版總庫收錄期刊，中文科技期刊數(shù)據(jù)庫收錄期刊，龍源國際期刊網(wǎng)全文收錄期刊，中國科技論文在線收錄期刊。

　　當(dāng)今社會已進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展時期，眾多國家發(fā)布了關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展規(guī)劃。我國亦在2010年后發(fā)布了相關(guān)文件及發(fā)展規(guī)劃，明確將物聯(lián)網(wǎng)列為我國重點發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，并確定在智能工業(yè)、智能農(nóng)業(yè)、智能物流、智能家居、智能交通等9大重點領(lǐng)域開展應(yīng)用示范[1]。隨著物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)對通信技術(shù)提出了更高的要求：大規(guī)模機(jī)器間連接、高可靠、低延遲、低功耗等。物聯(lián)網(wǎng)形勢下，第5代移動通信技術(shù)(5th Generation，5G)提出了若干關(guān)鍵技術(shù)面向物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

　　1 物聯(lián)網(wǎng)及5G通信技術(shù)概述

　　1.1 物聯(lián)網(wǎng)概述

　　物聯(lián)網(wǎng)的基本思想出現(xiàn)于20世紀(jì)90年代，1995年Bill Gates在《未來之路》中提出了“物物互聯(lián)”的概念;2005年國際電信聯(lián)盟發(fā)布了研究報告《物聯(lián)網(wǎng)》，預(yù)見無所不在的物聯(lián)網(wǎng)通信時代即將來臨;2009年IBM提出了“智慧地球=互聯(lián)網(wǎng)+物聯(lián)網(wǎng)”的概念。在我國，2009年溫家寶總理提出了“感知中國”，之后我國明確將物聯(lián)網(wǎng)列為重點發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一;2011年發(fā)布的《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》大力推動了物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到各行各業(yè)中。

　　物聯(lián)網(wǎng)是按照約定的協(xié)議，將具有“感知、通信、計算”功能的智能物體、系統(tǒng)、信息資源互聯(lián)起來，實現(xiàn)對物理世界“泛在感知、可靠傳輸、智慧處理”的智能服務(wù)系統(tǒng)。

　　可以作為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展基礎(chǔ)的技術(shù)主要有高性能計算機(jī)、云計算、大數(shù)據(jù)等計算機(jī)與軟件技術(shù);計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，互聯(lián)網(wǎng)與移動互聯(lián)網(wǎng)，GPS，3G，4G，5G移動通信技術(shù)與機(jī)器對機(jī)器(Machine To Machine，M2M)通信模式等網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù);嵌入式技術(shù)、微機(jī)電技術(shù)(Micro Electro Mechanical System，MEMS)、傳感器、射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)、智能手機(jī)、可穿戴計算設(shè)備等硬件技術(shù);普適計算、并行計算、移動計算、嵌入式計算、基于服務(wù)的計算等計算模式;智能控制、數(shù)據(jù)挖掘、人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、智能機(jī)器人等智能科學(xué)與技術(shù)。

　　本文主要介紹為適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)大力發(fā)展形勢，5G移動通信提出相應(yīng)若干關(guān)鍵技術(shù)。

　　1.2 5G移動通信技術(shù)概述

　　2015年，國際電信聯(lián)盟明確了5G的名稱等關(guān)鍵內(nèi)容，定義了5G的3大主要應(yīng)用場景：增強(qiáng)型移動寬帶(enhanced Mobile Broadband，eMBB)、超高可靠超低時延通信(Ultra Reliable Low Latency Communications，URLLC)、海量物聯(lián)(massive Machine Type Communications，mMTC)。

　　相對于4G，5G帶來的是更快的速率、更低的功耗、更短的延遲、更強(qiáng)的穩(wěn)定性，能支持更多用戶使用。5G的用戶體驗速率可提升至1 Gbps，用戶峰值速率可達(dá)10 Gbps;5G的時延低至1 ms;連接設(shè)備數(shù)可達(dá)100萬連接/km2。

　　我國于2016年1月開始進(jìn)行5G技術(shù)研發(fā);2017年11月5G頻段正式劃定;2018年3大運營商確定2019年5G預(yù)商用，2020年5G商用;2019年8月5G手機(jī)中國上市。

　　2 物聯(lián)網(wǎng)形勢下若干5G關(guān)鍵技術(shù)

　　為適應(yīng)萬物互聯(lián)，5G采用了相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)。本文介紹其中幾項。

　　2.1 Massive MIMO

　　大規(guī)模天線技術(shù)(Massive MIMO)是5G提高系統(tǒng)容量和頻譜利用率的關(guān)鍵技術(shù)。

　　Massive MIMO是指通過基站內(nèi)的大量天線實現(xiàn)同一頻率資源與多臺空間上分離的用戶終端同時通信，并進(jìn)行多徑傳輸，如圖1所示。

　　圖1 Massive MIMO示意

　　傳統(tǒng)的時分雙工(Time Division Duplexing，TDD)網(wǎng)絡(luò)的天線基本是2天線、4天線或8天線，而Massive MIMO通道數(shù)可達(dá)到64，128，256個。傳統(tǒng)的MIMO是2D-MIMO，以8天線為例，實際信號在做覆蓋時，只能在水平方向移動，垂直方向不動。而Massive MIMO在水平方向和垂直方向都能隨著目標(biāo)UE的位置進(jìn)行調(diào)整，信號的輻射狀是個電磁波束，所以Massive MIMO也稱為3D-MIMO。Massive MIMO不僅支持多用戶波束智能賦形，同時也降低了用戶之間的干擾，結(jié)合高頻段毫米波技術(shù)，可以在一定程度上完善無線信號覆蓋性能[2]。

　　2.2 新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

　　新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)(Software Defined Network，SDN)、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(Network Functions Virtualization，NFV)、移動邊緣計算(Mobile Edge Computing，MEC)和霧計算(Fog Computing)等技術(shù)，可實現(xiàn)以用戶為中心，更靈活、智能、高效和開放的5G新型網(wǎng)絡(luò)。

　　NFV的目標(biāo)是將不同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備整合到工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的大量服務(wù)器上。SDN的基本原理是將控制面和數(shù)據(jù)面分拆，網(wǎng)絡(luò)智能的邏輯集中化以及將物理網(wǎng)絡(luò)通過標(biāo)準(zhǔn)接口從應(yīng)用和服務(wù)中抽象出來[3]。SDN，NFV等技術(shù)實現(xiàn)了5G網(wǎng)絡(luò)靈活性、延展性和面向服務(wù)的管理。