5g通信技術(shù)在我國的應(yīng)用

5g通信技術(shù)在我國的應(yīng)用

1ipv6的基礎(chǔ)協(xié)議5g無線通信技術(shù)實(shí)際上是一個無線互聯(lián)網(wǎng)（見圖1）。該技術(shù)支持uwb（超寬帶）、sds（多波處理操作）、uwb（大區(qū)域交叉操作）、tcp（互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議）。事實(shí)上,IPv6是4G和5G技術(shù)的基礎(chǔ)協(xié)議。5G技術(shù)是一個完整的無線通信系統(tǒng),沒有任何限制,所以我們將5G稱為真正無線世界或者WWWW(WorldwideWirelessWeb,世界級無線網(wǎng))。25以扁平化ip架構(gòu)發(fā)展為核心的網(wǎng)絡(luò)模型對于不同的RAN(RadioAccessNetwork,無線電接入網(wǎng)),利用扁平化IP概念更容易使5G網(wǎng)絡(luò)升級至一個單納米核心網(wǎng)絡(luò)。由于扁平化IP,我們要更關(guān)注網(wǎng)絡(luò)安全,因此5G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用納米技術(shù)作為防護(hù)工具來保障網(wǎng)絡(luò)安全。不可否認(rèn)的是,扁平化IP網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵概念就是使5G可以兼容所有的網(wǎng)絡(luò)。為了滿足使用者對即時(shí)數(shù)據(jù)應(yīng)用的要求,無線運(yùn)營商要試圖轉(zhuǎn)型到扁平化IP建設(shè)中去。扁平化IP構(gòu)架提供了一個能夠通過象征性的名稱來識別終端的方法,這種方法不像分層架構(gòu)那樣運(yùn)用正常的IP地址,這種做法給移動網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商帶來更多的利益。隨著向扁平化IP架構(gòu)的轉(zhuǎn)型,移動運(yùn)營商可以做到:●減少數(shù)據(jù)通道中的網(wǎng)絡(luò)元素,從而減少運(yùn)營成本和資本支出?！裨谶\(yùn)用新型的應(yīng)用中,一定程度上減少數(shù)據(jù)在傳輸過程中的損耗?！駥⒄麄€通信系統(tǒng)中的延遲最小化,如果無線鏈路中的延遲被增強(qiáng),也會在系統(tǒng)中得到完整的識別?！穹謩e獨(dú)立改善無線網(wǎng)與核心網(wǎng),使之相比從前的網(wǎng)絡(luò),擁有更好的拓展性,也可以建立更靈活的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。●發(fā)展一個更靈活的核心網(wǎng)絡(luò),這個核心網(wǎng)可以作為基站,在移動終端與通用IP接入網(wǎng)中提供更新穎的服務(wù)?！駝?chuàng)建一個更具有競爭力的平臺,對于有線網(wǎng)絡(luò)來說,具有價(jià)格和性能表現(xiàn)上的優(yōu)勢。扁平化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在網(wǎng)絡(luò)中去除了語音功能導(dǎo)向中的分層。為了取代覆蓋在語音網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)包,可以構(gòu)造更簡化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),這樣即可去除網(wǎng)絡(luò)鏈條中多樣的元素。圖2所示是5G移動系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的系統(tǒng)模型,這是一個無線與移動網(wǎng)絡(luò)互用的全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)模型。這個模型中包括了一個用戶終端(這在整個全新的構(gòu)造中起到至關(guān)重要的作用)和一些獨(dú)立、自主的無線電接入技術(shù)。對于每一個終端來說,每一個無線電接入技術(shù)都可以被看做是一條IP鏈接,可以連通外部的Internet網(wǎng)絡(luò)。但是,在移動終端中,不同的無線電接入技術(shù)需要不同的無線電接口。例如,若我們有4種不同的無線電接入技術(shù),我們就需要4種對應(yīng)的接口植入到移動終端中,而且要求可以同時(shí)間激活這4種無線電接入。35g結(jié)構(gòu)納米核心所謂的5G納米核心實(shí)際上包括納米技術(shù)、云計(jì)算、全I(xiàn)P平臺(見圖3),而這3種技術(shù)對于現(xiàn)今的無線網(wǎng)絡(luò)來說,也發(fā)揮著各自的作用。3.1米范圍的確定圖35G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)——納米核心納米技術(shù)作為納米科學(xué)的重要應(yīng)用之一,主要應(yīng)用于納米范圍內(nèi)的操作控制,納米范圍一般為0.1~100nm。這個領(lǐng)域中也包括分子納米技術(shù)(MNT-MoleculeNanotechnology),分子納米技術(shù)主要應(yīng)用于原子工程與分子工程中的結(jié)構(gòu)控制。納米技術(shù)于1974年在東京制造業(yè)國際會議上被提出,它作為下一次工業(yè)革命中的重要部分,將促使通信行業(yè)迅速地轉(zhuǎn)向至下一代的通信標(biāo)準(zhǔn)。3.2云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及業(yè)務(wù)在當(dāng)今社會,移動手機(jī)不再僅僅扮演通信設(shè)備的角色,而開始慢慢轉(zhuǎn)型到另一種獨(dú)立的角色。在5G通信中,那些所謂的移動終端將被植入納米技術(shù)的芯片,我們稱這種終端為“納米終端”。對于無線領(lǐng)域來說,環(huán)境智能的概念將作為中心理念之一被廣泛應(yīng)用,納米終端將以智能的方式隨時(shí)給用戶提供完美的計(jì)算和通信。當(dāng)然,這些納米終端將被人們在不同的場所進(jìn)行運(yùn)用(比如家庭、辦公室、公共場所),因此納米終端將提供一個嶄新的平臺,這個平臺將提供前所未有的感應(yīng)、計(jì)算、通信能力,具體表現(xiàn)如下:●自我清潔:終端將自我清理機(jī)身及內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的塵土、硬盤中的垃圾文件,重整磁盤結(jié)構(gòu)等?！褡晕页潆?終端從太陽能、水能、風(fēng)能等可再生資源中獲取電量。●感應(yīng)周圍環(huán)境:終端自動感應(yīng)周圍天氣與空氣污染指數(shù)等?！袢犴g的機(jī)身:可彎曲折疊,卻不易損壞?！裢该?可以“看穿”的終端。云計(jì)算是一種運(yùn)用于中央控制服務(wù)器上的技術(shù),主要是在中央服務(wù)器上儲存數(shù)據(jù)和執(zhí)行應(yīng)用?？梢赃\(yùn)用云計(jì)算做到不在任何一個終端上儲存文件和安裝應(yīng)用軟件,而是通過Internet網(wǎng)絡(luò)連接來進(jìn)行讀取與應(yīng)用。同樣的概念也被應(yīng)用于納米核心技術(shù),納米核心技術(shù)運(yùn)用于云端儲存技術(shù)中,用戶可以通過自己的隱私賬戶來管理全球性云端儲存服務(wù)器中的文件。云計(jì)算的發(fā)展孕育了極大的潛力,由于云計(jì)算要依靠網(wǎng)絡(luò),所以它將是網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的重要指標(biāo),并促使網(wǎng)絡(luò)不斷發(fā)展。同時(shí),云計(jì)算的發(fā)展需要安全的、可信賴的服務(wù)運(yùn)營商支持,這些運(yùn)營商要在網(wǎng)絡(luò)方面有豐富的經(jīng)驗(yàn),他們將被允許進(jìn)入云計(jì)算平臺,并被要求在云計(jì)算平臺中運(yùn)用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)造新的增值服務(wù)與體驗(yàn)。這會使終端用戶獲得更多的即時(shí)應(yīng)用,進(jìn)而更有效地利用5G網(wǎng)絡(luò)。在安全性方面,可以利用量子密碼學(xué)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)(注:量子密碼學(xué)根據(jù)量子的不確定性,并以量子態(tài)作為信息載體,經(jīng)由量子通道在合法的用戶之間傳送密鑰)。云計(jì)算的用戶可以避免不必要的資源浪費(fèi),并且可以減少物理儲存支出,也可以縮減為第三方儲存器代理方所提供的費(fèi)用。云計(jì)算有3個主要的部分:●應(yīng)用:主要應(yīng)用于即時(shí)軟件,即時(shí)軟件會分成不同的類別,他們擁有不同的價(jià)格與傳輸于終端客戶的方式,終端客戶需要購買一個服務(wù)器(終端)并通過Internet來接收應(yīng)用?！衿脚_:主要是說用戶通過中端儲存器與運(yùn)營商完成應(yīng)用與文件同步的平臺?！窕A(chǔ)建設(shè):是整個云計(jì)算概念的核心支柱,運(yùn)營商需要建立一個環(huán)境,并開放用戶權(quán)限,使用戶可以運(yùn)用某種語言自行的創(chuàng)造應(yīng)用。云儲存也是基礎(chǔ)建設(shè)中的一個重要部分。5G納米核心有效地利用上述3點(diǎn),將大大地滿足用戶需求。云計(jì)算概念的引入也將大大減少5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中的資本投入。這意味著,用戶可以花更少的錢買到更多更好的服務(wù)。3.4扁平化ip網(wǎng)絡(luò)我們已經(jīng)討論了不同的5G納米核心技術(shù),現(xiàn)在我們需要一個平臺來實(shí)現(xiàn)這些技術(shù)。因此,在5G網(wǎng)絡(luò)中,扁平化IP結(jié)構(gòu)將扮演著至關(guān)重要的角色。所謂的全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)就是3GPP系統(tǒng)的升級,它極大地滿足了現(xiàn)代無線通信的需求。為了滿足用戶通過無線網(wǎng)絡(luò)獲取即時(shí)數(shù)據(jù)應(yīng)用的需求,無線運(yùn)營商將提供扁平化IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),首先要做的是把精力放到數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換技術(shù)的提升上。全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)將會提供一個持續(xù)的革新方案和優(yōu)化方案,使運(yùn)營商在產(chǎn)品的性價(jià)比方面更具有競爭性。扁平化IP的優(yōu)點(diǎn)有以下5點(diǎn):●更少的支出。對于全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò),驅(qū)使其發(fā)展的核心是要提供嚴(yán)格的IP化設(shè)備與終端,這就要求我們大力發(fā)展多核技術(shù)。同時(shí),在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)建設(shè)不斷發(fā)展的過程中,也要求運(yùn)營商提供更好的有線與無線通信服務(wù),來滿足快速發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)需求。45g接口網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)●全球性無縫鏈接?！窀玫挠脩趔w驗(yàn)?！駵p少系統(tǒng)延遲?！窈诵木W(wǎng)絡(luò)進(jìn)化。5G技術(shù)的移動設(shè)備將能支持多種無線網(wǎng)絡(luò),因此網(wǎng)絡(luò)層將分為兩個子層,對于移動終端來說,屬于上級網(wǎng)絡(luò)層,對于接口來說,屬于下級網(wǎng)絡(luò)層,這是互聯(lián)網(wǎng)的初始設(shè)計(jì),所有的路徑都有IP地址為基礎(chǔ),根據(jù)不同的IP地址來區(qū)分網(wǎng)絡(luò)中的不同終端與設(shè)備。在無線領(lǐng)域,越高的比特率會引起更高的損耗,在5G無線通信技術(shù)中,損耗是由開放式傳輸協(xié)議(OpenTransportProtocol)來控制的。同時(shí),5G網(wǎng)絡(luò)中的傳輸層和對話層也支持這個協(xié)議。對于不用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,應(yīng)用層提供的服務(wù)管理的質(zhì)量也不同(見表1)。對于5G來說,最重要的表現(xiàn)在于雙向超大帶寬、擁塞少、平等的網(wǎng)絡(luò)利用率、1Gbit/s的連接速度(見表2)。5移動網(wǎng)絡(luò)建設(shè)技術(shù)移動通信的目的是讓更少的話費(fèi)享受更先進(jìn)、更多樣化的通信服務(wù)。由于有限的頻率范圍,為用戶提供更多的系統(tǒng)空間和高質(zhì)量的服務(wù)勢必會給無線通信帶來巨大的挑戰(zhàn)。應(yīng)對這個挑戰(zhàn)的方法就在于如何利用有限的頻率與時(shí)隙,而多址技術(shù)能很好地完成了這個目的。目前,多址技術(shù)包括頻分多址(FDMA)、時(shí)分多址(TDMA)、碼分多址(CDMA)、正交頻分多址(OFDMA),具體如下:●頻分多址:就是分割頻率資源并將其分配給不同的移動臺,同時(shí)允許提供多個信道地址?！駮r(shí)分多址:就是分割時(shí)隙資源并將其分配給不同的移動臺,同時(shí)允許提供多個信道地址?！翊a分多址:就是將正交碼分配給不同的移動臺,并允許提供多個信道地址?！裾活l分多址:就是分割并分配正交頻率資源,以最大化資源功效。在移動通信系統(tǒng)中,因?yàn)橛邢薜念l率資源與時(shí)隙資源被分割,并被不同的用戶使用,所以有限的頻率與時(shí)隙決定了移動通信系統(tǒng)的容量。所以,不斷地增加移動基站數(shù)量與各自基站的數(shù)據(jù)量是未來網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的趨勢。但是,由于頻率與時(shí)隙資源的有限性,這就要求我們必須發(fā)展新的技術(shù),而這種技術(shù)并不是通過頻率與時(shí)隙資源來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)容量增加的。5.1移動站的通信當(dāng)基站與移動臺之間產(chǎn)生通信連接時(shí),一個正交的射束就會被分配給每一個移動臺。目前的射束分割多址技術(shù)主要內(nèi)容是根據(jù)移動臺的位置,將一個天線射束分割,并允許移動臺提供多個信道,這樣會有效地提高系統(tǒng)的容量。當(dāng)移動臺與某個基站清楚地明確彼此的位置的時(shí)候,它們就會在同一瞄準(zhǔn)線上,這樣,就可以通過直接傳輸射束到彼此的位置上來進(jìn)行通信,這樣可以避免干擾小區(qū)內(nèi)其他移動臺。當(dāng)不同的移動臺跟基站形成不同的方向角時(shí),基站會根據(jù)不同的方向角同時(shí)發(fā)送射束來實(shí)現(xiàn)對不同的移動站發(fā)送數(shù)據(jù)。任何一個移動站不能利用唯一的一個射束,但是可以與其他相似角度的移動站分享同一個射束來實(shí)現(xiàn)與基站的通信連接。這些分享同一個射束的移動站被分割成同樣的頻率與時(shí)隙資源,并利用同樣的正交資源。根據(jù)不同的移動站的通信環(huán)境,基站可以更好地改變射束的方向、數(shù)量和帶寬。射束可以被分割成三維,這樣,頻率與時(shí)隙資源的空間將被最大化的利用。在通信建立的初始化階段,基站與移動站并不知道彼此的位置,這時(shí)移動站將會探測它們的位置和移動速度,并將探測到的位置與移動速度傳送給基站。接著,基站會根據(jù)移動站傳輸來的數(shù)據(jù)計(jì)算出一個下行射束的方向與帶寬。隨后,基站將根據(jù)計(jì)算出的方向與帶寬將這個下行射束發(fā)送到之前提供信息的移動站上。當(dāng)移動基站接收到這個計(jì)算過方向和帶寬的下行射束時(shí),它會追蹤這個下行射束的方向,并根據(jù)這個方向產(chǎn)生一個上行射束,然后按著這個方向傳送這個上行射束。當(dāng)移動站產(chǎn)生上行射束后,在移動站與基站之間會形成一個周期性的射束傳輸系統(tǒng)。65高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)與通信隨著目前電子制造業(yè)與軟件業(yè)的快速發(fā)展,越來越多的革新產(chǎn)品層出不窮,此時(shí)通信行業(yè)不僅要提供優(yōu)越的服務(wù),更要提供高質(zhì)量的通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境?，F(xiàn)代通信不但要滿足日常的語音與短信業(yè)務(wù),還要提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。5G技術(shù)的發(fā)展可以給客戶帶來的最直的觀感就是高速度、高兼容性。6.15高清視頻格式的未來發(fā)展趨勢根據(jù)目前4G中TD-LTE的官方統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看TD-LTE可以帶來40Mbit/s的下載速度,這樣的速度可以滿足高清視頻,高質(zhì)量的音樂等大數(shù)據(jù)量傳輸?shù)臄?shù)據(jù)業(yè)務(wù)。而5G的下載速度可以達(dá)到3.6G/s,也就是28.8Gbit/s。就目前市面上的硬盤讀寫速度來說,普通的硬盤讀寫速度達(dá)到了100M/s,而所謂突破了讀寫瓶頸的固態(tài)硬盤的讀寫速度達(dá)到了250M/s。可以看出,5G的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了硬盤的讀寫速度,這意味著,傳統(tǒng)的儲存設(shè)備將在5G網(wǎng)絡(luò)中失去位置。我們可以做個大膽的假設(shè),未來的移動終端是沒有儲存設(shè)備的,所有儲存將通過“云技術(shù)”實(shí)現(xiàn)。同樣,從新型的4k顯像技術(shù)來看,未來的視頻像素將達(dá)到超視網(wǎng)膜的顯示程度,這必然將視頻的數(shù)據(jù)大小提高到新的程度,所以對于在線視頻觀看的要求就要更高,3.6G/s的下載速度可以完全滿足這樣高清視頻的在線應(yīng)用。下面介紹幾個具體應(yīng)用。(1)5G高速度在安卓系統(tǒng)(Android)的應(yīng)用安卓系統(tǒng)是一種基于Linux的自由及開放源代碼的操作系統(tǒng),主要使用于移動設(shè)備(如智能手機(jī)和平板電腦)。Android的系統(tǒng)架構(gòu)和其操作系統(tǒng)一樣,采用了分層的架構(gòu)。從架構(gòu)看(見表3),Android分為4個層,從高層到低層分別是應(yīng)用程序?qū)?、?yīng)用程序框架層、系統(tǒng)運(yùn)行庫層和系統(tǒng)內(nèi)核層。其中,在系統(tǒng)內(nèi)核層中可以運(yùn)用5G納米核心技術(shù),來完成Android基礎(chǔ)文件與硬件驅(qū)動的完美分離。由于5G高速無線傳輸?shù)奶攸c(diǎn)可以無縫隙地將硬件驅(qū)動從云儲存端同步于終端,不但節(jié)省了終端的儲存空間,也極大地豐富了終端的硬件外設(shè)裝置。由于安卓系統(tǒng)本身的開放性會導(dǎo)致安全性的降低,這往往對通信中的保密性要求帶來考驗(yàn),5G納米技術(shù)中的高保密性可以通過量子密碼學(xué)的相關(guān)加密,對安卓終端在通訊中的信息泄露形成保護(hù)。(2)光場相機(jī)光場相機(jī)就是一種可以先拍照后對焦的照相設(shè)備,通過光場技術(shù)的應(yīng)用,拍照的時(shí)候只需要構(gòu)圖即可,不需要對焦(因?yàn)檫@個可以在拍照完后在電腦上對焦),這將會改變現(xiàn)在的拍照習(xí)慣。而這類相機(jī)將成為抓拍利器:無論抓拍的照片模糊與否,只要在相機(jī)的焦距范圍內(nèi),對焦點(diǎn)都可以在拍完之后隨意選擇,因?yàn)橄鄼C(jī)在拍照的時(shí)候就已經(jīng)把焦距范圍內(nèi)所有光學(xué)信息都記錄在內(nèi)了。因此,光場照片的容量將極大,一張照片可達(dá)到200~500M左右,這需要強(qiáng)大的傳輸速度與儲存空間作為支持,5G的高速和云存儲的概念將大大滿足需求。該類產(chǎn)品對于將來的安防監(jiān)控工作也會產(chǎn)生巨大作用。對于用戶來說,5G技術(shù)將提供更多的儲存空間與安全服務(wù);對于營運(yùn)商來說,5G終端將帶來更多的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。6.25g網(wǎng)絡(luò)的無線通信技術(shù)向5G作為未來通信發(fā)展的趨勢,勢必承擔(dān)著統(tǒng)一通信行業(yè)的重任,根據(jù)5G技術(shù)的設(shè)計(jì)方向,將來的5G技術(shù)是一個可以囊括4G、3G、2G中所有通信協(xié)議以及Wi-Fi、NFC、BLUETOOTH等無線通信技術(shù)的全能通信平臺。高兼容性的通信平臺不但為運(yùn)營商及設(shè)備商提供了更好的資源整合解決方案,大量地節(jié)約資本開支,更能大幅減少維護(hù)成本。6.2.1數(shù)字維護(hù)及交易安全隨著NFC(近距離無線技術(shù))等無接觸技術(shù)的廣泛使用,5G技術(shù)更能滿足高兼容性、安全的支付方式,由此衍生出的一系列概念型產(chǎn)品也將慢慢受到世界各國金融界的認(rèn)可,比特幣就是其中一個代表。比特幣是一種由開源的P2P軟件產(chǎn)生的電子貨幣,是一種網(wǎng)絡(luò)虛擬貨幣。比特幣不依靠特定貨幣機(jī)構(gòu)發(fā)行,而是通過特定算