移動通信5G技術研究

中國聯合網絡通信有限公司濱州市分公司 劉明霞

1 引言

人們可能會期望，不久之后除了3G、2G、WLAN、藍牙等適配器，許多手機也將擁有WAX適配器。在4G方面，技術重點是將GSM和3G等蜂窩網絡完美地融合在一起，多模式被視為4G必須具備的功能，但在特殊無線技術中，能否對特殊安全機制和特殊操作系統支持仍然是一個考驗。盡管如此，不同的無線網絡(如PLMN和WLAN)之間的集成仍然在實踐中得以實現。

開放式無線架構(OWA)旨在提供具有開放接口參數的開放基帶處理模塊。OWA與未來的MAC/PHY(4G)手機有關。5G終端將會有軟件定義的無線電調制方案，新的錯誤控制方案可以從互聯網上下載。5G移動終端將同時使用不同的無線技術，這就要求5G移動終端應該能夠合并來自不同技術的特殊流，而且該網絡在用戶移動中的性能方面仍然是可靠的。5G終端將在不同的移動接入網絡提供商的服務做出最終選擇[1]。

2 4G技術面臨的問題和挑戰

1)多模式用戶終端。通過4G技術，我們需要設計一個能在不同無線網絡中運行的單一用戶終端，解決設計上的問題，比如限制用戶的設備尺寸、成本和功率利用，這些問題可以用無線電軟件來調制解決[2]。

2)各種無線系統的選擇。每個無線系統都有其獨特的特點和作用，在特定地點和特定時間為特定服務選擇最合適的技術，這將適用于根據QoS(服務質量)要求為消費者做出最佳選擇。

3)安全。應該設計可重構、自適應和輕量級的保護機制。

4)網絡基礎設施和QoS支持。集成當前的非ip和基于ip的系統，并為涉及不同系統的端到端服務提供QoS保證是一項挑戰。

5)干擾和欺騙。例如假的GPS信號被發送出去，在這種情況下，GPS接收器認為信號來自衛星并計算出錯誤的坐標。當發射機以相同的頻率向GPS信號發送信號時，就會產生干擾。

6)數據加密。如果GPS接收器將與主發射機通信，那么這兩者之間的通信鏈路就不難破解，消費者必須對數據進行加密處理。

3 5G理論框架

在許多人看來，5G是一種完整的無線通信，幾乎沒有任何限制，因此，人們也常稱之為真正的無線世界。比前幾代發送數據快得多，人們可以觀看更高清晰度的電視等多媒體，而且沒有更多的區域訪問限制問題。使用互聯網IPv6，根據位置和連接的網絡分配移動IP地址，可以用在具有人工智能功能的可穿戴設備上。更重要的是，5G技術擁有一個統一的全球標準，5G可以提供無處不在的網絡、無處不在的計算，用戶可以同時使用多個無線接入技術，并在它們之間無縫地切換，這些接入技術可以是2.5G、3G、4G或5G移動網絡、Wi-Fi、PAN或任何未來的接入技術。5G技術通過自適應地發現未使用的頻譜，并根據當前共享頻譜的技術的要求調整傳輸方案，允許不同的無線電技術之間有效地共享相同的頻譜，這種動態的無線電資源管理是以分布式的方式實現的，是基于軟件定義的[3]。（參見IEEE 802.22無線區域網絡標準）

4 5G技術概念

我們可以將5G網絡分為如下幾個層次。

4.1 物理/ MAC層

物理和介質訪問控制層，即OSI第1層和OSI層2，定義無線技術。對于這兩層，5G移動網絡很可能是基于開放式的無線架構。

4.2 網絡層

網絡層是IP (Internet Protocol)。IPv4在世界范圍內廣泛使用，但它有幾個突出的問題，比如地址空間有限，并且沒有實現每個流的QoS支持。這些問題在IPv6中得到了解決，相應的，交換的數據包頭也變大很多。在5G網絡中，移動設備可以同時連接到多個移動無線網絡，在這種情況下，它將為每個無線電接口維護不同的IP地址，而這些IP地址中的每一個都是放置在手機中的CoA地址。固定IPv6將由5G手機制造商在移動電話中實現。5G移動電話需要維護虛擬的多無線網絡環境。為此，5G移動中應該將網絡層分成兩個子層，即:下網層(每個接口)，上網層(移動終端)。這是由于Internet的最初設計中，所有路由都基于IP地址的，在全世界的每個IP網絡中，設備IP地址應該是不同的。上層和下層網絡層之間的中間件，應該使得從上層網絡地址(IPv6)到不同下層網絡IP地址(IPv4或IPv6)的可以實現地址轉換，反之亦然。

4.3 開放傳輸協議層

移動無線網絡在傳輸層上與有線網絡不同。在目前TCP版本中，丟失的片段常常是由于網絡擁塞造成的，而在無線網絡中，數據丟失常常是由于無線電接口中的比特誤碼率較高而造成的，因此，對于移動無線網絡，需要對TCP進行適當修改：它只在無線鏈路上重新傳輸丟失或損壞的TCP段。對于5G移動終端來說，使用開放傳輸協議——OTP。

4.4 應用程序層

關于應用，5G移動終端的最終要求是提供各種網絡的智能QoS管理。如今，在移動電話中，用戶手動選擇特定Internet服務的無線接口，而不可能使用QoS歷史來為給定的服務中選擇最佳的無線連接。而在5G技術下，手機記錄網絡服務的信息的質量QoS參數，如延遲、抖動、損失、帶寬等，并將其存儲在一個數據庫中，目的是使用智能算法，根據QoS和個人成本約束選擇最好的無線連接。IPv4地址預計將很快耗盡，因此，5G對IPv6支持是必不可少的。

5 結論與展望

本文研究了移動通信5G技術。從物理層到應用程序，5G技術被設計成不同層上的開放平臺。目前的工作是在使用5G移動設備同時使用一種或多種無線技術為指定服務提供最佳操作系統和最低成本的模塊。5G技術到來預示著一場新革命即將開始，在移動通信領域，從1G、2G、3G、4G，與之前的技術相比，即將推出的5G新技術在市場上具有價格低廉、峰值預期高、可靠性高等優勢，使得其即將開啟移動通信的新紀元。更重要的是，5G移動設備將可以在同一時間使用不同的無線技術，能夠合并來自不同技術的流量。5G技術為手機用戶提供了更高分辨率的視聽盛宴，并且不會有任何干擾。5G技術的普及，將極大帶動移動嵌入式技術的發展。