摘 要：當今社會已進入物聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展時期，5G通信技術在其中具有重要的作用。隨著5G移動通信技術標準的發(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通信技術的相關概念及發(fā)展概況，研究了適應物聯(lián)網(wǎng)需求的若干5G關鍵技術。

　　關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);第5代移動通信技術;移動通信

　　《物聯(lián)網(wǎng)技術》雜志是經(jīng)國家新聞出版總署批準的物聯(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，中國學術期刊網(wǎng)絡出版總庫收錄期刊，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。

　　當今社會已進入物聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展時期，眾多國家發(fā)布了關于物聯(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)展的倡議性新興產(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大重點領域開展應用示范[1]。隨著物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)對通信技術提出了更高的要求：大規(guī)模機器間連接、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(5th Generation，5G)提出了若干關鍵技術面向物聯(lián)網(wǎng)應用。

　　1 物聯(lián)網(wǎng)及5G通信技術概述

　　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)展的倡議性新興產(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)技術已經(jīng)廣泛應用到各行各業(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”的智能服務系統(tǒng)。

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

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

　　1.2 5G移動通信技術概述

　　2015年，國際電信聯(lián)盟明確了5G的名稱等關鍵內(nèi)容，定義了5G的3大主要應用場景：增強型移動寬帶(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10 Gbps;5G的時延低至1 ms;連接設備數(shù)可達100萬連接/km2。

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

　　2 物聯(lián)網(wǎng)形勢下若干5G關鍵技術

　　為適應萬物互聯(lián)，5G采用了相應的關鍵技術。本文介紹其中幾項。

　　2.1 Massive MIMO

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

　　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UE的位置進行調(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，結合高頻段毫米波技術，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)絡架構

　　新型網(wǎng)絡架構基于軟件定義網(wǎng)絡(Software Defined Network，SDN)、網(wǎng)絡功能虛擬化(Network Functions Virtualization，NFV)、移動邊緣計算(Mobile Edge Computing，MEC)和霧計算(Fog Computing)等技術，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。

　　NFV的目標是將不同網(wǎng)絡設備整合到工業(yè)標準的大量服務器上。SDN的基本原理是將控制面和數(shù)據(jù)面分拆，網(wǎng)絡智能的邏輯集中化以及將物理網(wǎng)絡通過標準接口從應用和服務中抽象出來[3]。SDN，NFV等技術實現(xiàn)了5G網(wǎng)絡靈活性、延展性和面向服務的管理。