移动通信5G技术研究

中国联合网络通信有限公司滨州市分公司 刘明霞

1 引言

人们可能会期望，不久之后除了3G、2G、WLAN、蓝牙等适配器，许多手机也将拥有WAX适配器。在4G方面，技术重点是将GSM和3G等蜂窝网络完美地融合在一起，多模式被视为4G必须具备的功能，但在特殊无线技术中，能否对特殊安全机制和特殊操作系统支持仍然是一个考验。尽管如此，不同的无线网络(如PLMN和WLAN)之间的集成仍然在实践中得以实现。

开放式无线架构(OWA)旨在提供具有开放接口参数的开放基带处理模块。OWA与未来的MAC/PHY(4G)手机有关。5G终端将会有软件定义的无线电调制方案，新的错误控制方案可以从互联网上下载。5G移动终端将同时使用不同的无线技术，这就要求5G移动终端应该能够合并来自不同技术的特殊流，而且该网络在用户移动中的性能方面仍然是可靠的。5G终端将在不同的移动接入网络提供商的服务做出最终选择[1]。

2 4G技术面临的问题和挑战

1)多模式用户终端。通过4G技术，我们需要设计一个能在不同无线网络中运行的单一用户终端，解决设计上的问题，比如限制用户的设备尺寸、成本和功率利用，这些问题可以用无线电软件来调制解决[2]。

2)各种无线系统的选择。每个无线系统都有其独特的特点和作用，在特定地点和特定时间为特定服务选择最合适的技术，这将适用于根据QoS(服务质量)要求为消费者做出最佳选择。

3)安全。应该设计可重构、自适应和轻量级的保护机制。

4)网络基础设施和QoS支持。集成当前的非ip和基于ip的系统，并为涉及不同系统的端到端服务提供QoS保证是一项挑战。

5)干扰和欺骗。例如假的GPS信号被发送出去，在这种情况下，GPS接收器认为信号来自卫星并计算出错误的坐标。当发射机以相同的频率向GPS信号发送信号时，就会产生干扰。

6)数据加密。如果GPS接收器将与主发射机通信，那么这两者之间的通信链路就不难破解，消费者必须对数据进行加密处理。

3 5G理论框架

在许多人看来，5G是一种完整的无线通信，几乎没有任何限制，因此，人们也常称之为真正的无线世界。比前几代发送数据快得多，人们可以观看更高清晰度的电视等多媒体，而且没有更多的区域访问限制问题。使用互联网IPv6，根据位置和连接的网络分配移动IP地址，可以用在具有人工智能功能的可穿戴设备上。更重要的是，5G技术拥有一个统一的全球标准，5G可以提供无处不在的网络、无处不在的计算，用户可以同时使用多个无线接入技术，并在它们之间无缝地切换，这些接入技术可以是2.5G、3G、4G或5G移动网络、Wi-Fi、PAN或任何未来的接入技术。5G技术通过自适应地发现未使用的频谱，并根据当前共享频谱的技术的要求调整传输方案，允许不同的无线电技术之间有效地共享相同的频谱，这种动态的无线电资源管理是以分布式的方式实现的，是基于软件定义的[3]。（参见IEEE 802.22无线区域网络标准）

4 5G技术概念

我们可以将5G网络分为如下几个层次。

4.1 物理/ MAC层

物理和介质访问控制层，即OSI第1层和OSI层2，定义无线技术。对于这两层，5G移动网络很可能是基于开放式的无线架构。

4.2 网络层

网络层是IP (Internet Protocol)。IPv4在世界范围内广泛使用，但它有几个突出的问题，比如地址空间有限，并且没有实现每个流的QoS支持。这些问题在IPv6中得到了解决，相应的，交换的数据包头也变大很多。在5G网络中，移动设备可以同时连接到多个移动无线网络，在这种情况下，它将为每个无线电接口维护不同的IP地址，而这些IP地址中的每一个都是放置在手机中的CoA地址。固定IPv6将由5G手机制造商在移动电话中实现。5G移动电话需要维护虚拟的多无线网络环境。为此，5G移动中应该将网络层分成两个子层，即:下网层(每个接口)，上网层(移动终端)。这是由于Internet的最初设计中，所有路由都基于IP地址的，在全世界的每个IP网络中，设备IP地址应该是不同的。上层和下层网络层之间的中间件，应该使得从上层网络地址(IPv6)到不同下层网络IP地址(IPv4或IPv6)的可以实现地址转换，反之亦然。

4.3 开放传输协议层

移动无线网络在传输层上与有线网络不同。在目前TCP版本中，丢失的片段常常是由于网络拥塞造成的，而在无线网络中，数据丢失常常是由于无线电接口中的比特误码率较高而造成的，因此，对于移动无线网络，需要对TCP进行适当修改：它只在无线链路上重新传输丢失或损坏的TCP段。对于5G移动终端来说，使用开放传输协议——OTP。

4.4 应用程序层

关于应用，5G移动终端的最终要求是提供各种网络的智能QoS管理。如今，在移动电话中，用户手动选择特定Internet服务的无线接口，而不可能使用QoS历史来为给定的服务中选择最佳的无线连接。而在5G技术下，手机记录网络服务的信息的质量QoS参数，如延迟、抖动、损失、带宽等，并将其存储在一个数据库中，目的是使用智能算法，根据QoS和个人成本约束选择最好的无线连接。IPv4地址预计将很快耗尽，因此，5G对IPv6支持是必不可少的。

5 结论与展望

本文研究了移动通信5G技术。从物理层到应用程序，5G技术被设计成不同层上的开放平台。目前的工作是在使用5G移动设备同时使用一种或多种无线技术为指定服务提供最佳操作系统和最低成本的模块。5G技术到来预示着一场新革命即将开始，在移动通信领域，从1G、2G、3G、4G，与之前的技术相比，即将推出的5G新技术在市场上具有价格低廉、峰值预期高、可靠性高等优势，使得其即将开启移动通信的新纪元。更重要的是，5G移动设备将可以在同一时间使用不同的无线技术，能够合并来自不同技术的流量。5G技术为手机用户提供了更高分辨率的视听盛宴，并且不会有任何干扰。5G技术的普及，将极大带动移动嵌入式技术的发展。