5G无线通信技术概念及相关应用解析

5Ｇ无线通信技术概念及相关应用
由技术编辑于星期三，1２/17/2０１4- 1１:45发表

作者：翟冠楠李昭勇中国移动通信集团广东有限公司珠海分公司电信网技术

随着通信网络的Ｅl益发展及3G与4G技术的推广与应用，后4Ｇ时代的通信技术被

命名为5Ｇ。５G通信技术作为概念性的技术在2０0１年由日本NTT公司提出,而我国

5G概念则是于20１2年8月在中国国际通信大会上被提出。目前，5Ｇ通信技术还没

有统一的制式标准。前不久，报道称韩国三星公司已研发出5Ｇ通信技术,该技术被命

名为NoｍａdicＬocａlArｅaWjrｅｌessAccess(简称ＮoＬA）。手机在利用该技术后无线下载速度可以达到3.6G／s。本文将简要阐述５G通信技术的概念，并结合目前通信

领域先进的技术(如云计算等)及概念性产品(如光场相机、比特币等)来阐述该技术在

未来的发展和应用前景。

1.引言

5G无线通信技术实际上就是无线互联网网络(见图1)，这个技术将支持OFDＭ（正交

频分复用)、ＭC．CDMA（多载波码分多址)、LAS-CDＭＡ(大区域同步码分多址)、UＷB(超宽带）、NＥＴWＯＲK．LＭDS(区域多点传输服务)和IＰv６(互联网协议）。事实上，

IPｖ6是４G和5G技术的基础协议。5Ｇ技术是一个完整的无线通信系统，没有任何限

制,所以我们将5G称为真正无线世界或者Wｗww(WorlｄwiｄeＷirelｅｓsWeb，世界级无线网）。

图15Ｇ网络拓扑图
2.5G移动网络

对于不同的RAN(RaｄioAcｃesｓNeｔwork,无线电接入网）,利用扁平化ＩP概念更容易使５G网络升级至一个单纳米核心网络。由于扁平化IP,我们要更关注网络安全,因此

5G网络运用纳米技术作为防护工具来保障网络安全。不可否认的是，扁平化ＩP网络

的关键概念就是使５G可以兼容所有的网络。为了满足使用者对即时数据应用的要求，

无线运营商要试图转型到扁平化IP建设中去。扁平化IＰ构架提供了一个能够通过象

征性的名称来识别终端的方法，这种方法不像分层架构那样运用正常的IP地址,这种

做法给移动网络运营商带来更多的利益。随着向扁平化ＩＰ架构的转型,移动运营商可

以做到:

●减少数据通道中的网络元素,从而减少运营成本和资本支出。

●在运用新型的应用中，一定程度上减少数据在传输过程中的损耗。

●将整个通信系统中的延迟最小化，如果无线链路中的延迟被增强,也会在系统中得

到完整的识别。

●分别独立改善无线网与核心网，使之相比从前的网络,拥有更好的拓展性,也可以建

立更灵活的网络结构。

●发展一个更灵活的核心网络，这个核心网可以作为基站，在移动终端与通用IＰ接入

网中提供更新颖的服务。

●创建一个更具有竞争力的平台，对于有线网络来说,具有价格和性能表现上的优势。

扁平化的网络结构在网络中去除了语音功能导向中的分层。为了取代覆盖在语音网

络中的数据包，可以构造更简化的数据结构，这样即可去除网络链条中多样的元素。

图２所示是5G移动系统中的网络结构设计方案的系统模型,这是一个无线与移动网

络互用的全IP网络模型。这个模型中包括了一个用户终端(这在整个全新的构造中起

到至关重要的作用)和一些独立、自主的无线电接入技术。对于每一个终端来说，每一

个无线电接人技术都可以被看做是一条IP链接,可以连通外部的Iｎtｅrnｅt网络。但是，

在移动终端中，不同的无线电接人技术需要不同的无线电接口。例如,若我们有4种

不同的无线电接入技术，我们就需要４种对应的接口植入到移动终端中,而且要求可以

同时问激活这４种无线电接入。

所谓的5Ｇ纳米核心实际上包括纳米技术、云计算、全IＰ平台(见图3)，而这3种技术

对于现今的无线网络来说，也发挥着各自的作用。

3.1.纳米技术

纳米技术作为纳米科学的重要应用之一，主要应用于纳米范围内的操作控制，纳米

范围一般为0.１～lOＯnｍ。这个领域中也包括分子纳米技术(MNT_ＭoleculeNanｏtechnｏlogy)，分子纳米技术主要应用于原子工程与分子工程中的结构控制。纳米技术

于１974年在东京制造业国际会议上被提出,它作为下一次工业革命中的重要部分,将

促使通信行业迅速地转向至下一代的通信标准。

图３5G网络结构——纳米核心

3.2.纳米终端(NE.NａｎoＥquipmeｎt)

在当今社会，移动手机不再仅仅扮演通信设备的角色,而开始慢慢转型到另一种独立

的角色。在5G 通信中，那些所谓的移动终端将被植入纳米技术的芯片,我们称这种终 端将被人们在不同的场所进行运用(比如家庭、办公室、公共场所)，因此纳米终端将

提供一个崭新的平台，这个平台将提供前所未有的感应、计算、通信能力,具体表现

如下：

● 自我清洁：终端将自我清理机身及内部结构中的尘土、硬盘中的垃圾文件,重整磁

盘结构等。

● 自我充电：终端从太阳能、水能、风能等可再生资源中获取电量。

●感应周围环境：终端自动感应周围天气与空气污染指数等。

●柔韧的机身：可弯曲折叠,却不易损坏。

●透明：可以“看穿”的终端。

3．3．云计算

云计算是一种运用于中央控制服务器上的技术，主要是在中央服务器上储存数据和

执行应用。可以运用云计算做到不在任何一个终端上储存文件和安装应用软件,而是

通过Ｉntemeｔ网络连接来进行读取与应用。同样的概念也被应用于纳米核心技术，纳米核心技术运用于云端储存技术中，用户可以通过自己的隐私账户来管理全球性云

端储存服务器中的文件。云计算的发展孕育了极大的潜力,由于云计算要依靠网络，所

以它将是网络发展的重要指标，并促使网络不断发展。同时,云计算的发展需要安全

的、可信赖的服务运营商支持,这些运营商要在网络方面有丰富的经验，他们将被允许 进入云计算平台,并被要求在云计算平台中运用统一的标准创造新的增值服务与体 验。这会使终端用户获得更多的即时应用，进而更有效地利用5G 网络。在安全性方

不必要的资源浪费，并且可以减少物理储存支出,也可以缩减为第三方储存器代理方

所提供的费用。云计算有3个主要的部分:

●应用:主要应用于即时软件,即时软件会分成不同的类别，他们拥有不同的价格与传

输于终端客户的方式，终端客户需要购买一个服务器(终端)并通过Ｉntｅmｅt来接收应

用。

●平台:主要是说用户通过中端储存器与运营商完成应用与文件同步的平台。

●基础建设:是整个云计算概念的核心支柱,运营商需要建立一个环境,并开放用户权

限,使用户可以运用某种语言自行的创造应用。云储存也是基础建设中的一个重要部

分。

5G纳米核心有效地利用上述3点,将大大地满足用户需求。云计算概念的引入也将大

大减少5G网络发展中的资本投人。这意味着，用户可以花更少的钱买到更多更好的

服务。

３.4．全IＰ网络

我们已经讨论了不同的5G纳米核心技术，现在我们需要一个平台来实现这些技术。

因此，在5G网络中,扁平化IP结构将扮演着至关重要的角色。所谓的全IP网络就是３

GＰP 系统的升级,它极大地满足了现代无线通信的需求。为了满足用户通过无线网络 案,使运营商在产品的性价比方面更具有竞争性。扁平化IP 的优点有以下5 点：

●更少的支出。

●全球性无缝链接。

●更好的用户体验。

●减少系统延迟。

●核心网络进化。

对于全ＩP网络，驱使其发展的核心是要提供严格的IＰ化设备与终端，这就要求我们

大力发展多核技术。同时,在网络基础建设不断发展的过程中，也要求运营商提供更好

的有线与无线通信服务,来满足快速发展的网络需求。

4．5G中ＯSI模型简述

５Ｇ技术的移动设备将能支持多种无线网络,因此网络层将分为两个子层,对于移动终

端来说,属于上级网络层,对于接口来说，属于下级网络层，这是互联网的初始设计，所

有的路径都有IP地址为基础，根据不同的ＩP地址来区分网络中的不同终端与设备。

在无线领域，越高的比特率会引起更高的损耗，在5G无线通信技术中,损耗是由开放

式传输协议(OpenＴrａｎsｐoｒt Prｏtoco１)来控制的。同时,5Ｇ网络中的传输层和对话层 也支持这个协议。对于不用的网络协议,应用层提供的服务管理的质量也不同(见表１）。

表1开放系统互连（OＳ１)模型实现

表25Ｇ通信技术简介

5．射束分割多址技术(BDMA)在5G中的应用

移动通信的目的是让更少的话费享受更先进、更多样化的通信服务。由于有限的频率

范围，为用户提供更多的系统空间和高质量的服务势必会给无线通信带来巨大的挑

战。应对这个挑战的方法就在于如何利用有限的频率与时隙，而多址技术能很好地

完成了这个目的。目前，多址技术包括频分多址(ＦDＭA)、时分多址(ＴDMA)、码分多

址（ＣＤＭA)、正交频分多址(ＯＦDMA)，具体如下:

●频分多址:就是分割频率资源并将其分配给不同的移动台，同时允许提供多个信道

地址。

●时分多址：就是分割时隙资源并将其分配给不同的移动台，同时允许提供多个信道 地址。

●正交频分多址:就是分割并分配正交频率资源,以最大化资源功效。

在移动通信系统中,因为有限的频率资源与时隙资源被分割,并被不同的用户使用,所