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Nomadic Local Area Wjreless Access(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 (WorldwideWireless Web，世界级无线网)。

图1 5G网络拓扑图

2. 5G移动网络

对于不同的RAN(Radio Access Network，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。

图2 5G移动网络

3. 5G结构——纳米核心

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_Molecule Nanotechnology)，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1 974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3 5G网络结构——纳米核心

3.2. 纳米终端(NE．Nano Equipment)

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，我们称这种终端为“纳米终端”。对于无线领域来说，环境智能的概念将作为中心理念之一被广泛应用，纳米终端将以智能的方式随时给用户提供完美的计算和通信。当然，这些纳米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。在安全性方面，可以利用量子密码学进行实现(注：量子密码学根据量子的不确定性，并以量子态作为信息载体，经由量子通道在合法的用户之间传送密钥)。云计算的用户可以避免不必要的资源浪费，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。