4. 5G中OSI模型簡述

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，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(OpenTransport Protoco1)來控制的。同時，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、lGbit／s的連接速度(見表2)。

5. 射束分割多址技術(shù)(BDMA)在5G中的應用

移動通信的目的是讓更少的話費享受更先進、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)。應對這個挑戰(zhàn)的方法就在于如何利用有限的頻率與時隙，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，同時允許提供多個信道地址。

●時分多址：就是分割時隙資源并將其分配給不同的移動臺，同時允許提供多個信道地址。

●碼分多址：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。

●正交頻分多址：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，因為有限的頻率資源與時隙資源被分割，并被不同的用戶使用，所以有限的頻率與時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，由于頻率與時隙資源的有限陛，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隙資源來實現(xiàn)系統(tǒng)容量增加的。

5.1. 射束分割多址的概念

當基站與移動臺之間產(chǎn)生通信連接時，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。當移動臺與某個基站清楚地明確彼此的位置的時候，它們就會在同一瞄準線上，這樣，就可以通過直接傳輸射束到彼此的位置上來進行通信，這樣可以避免干擾小區(qū)內(nèi)其他移動臺。當不同的移動臺跟基站形成不同的方向角時，基站會根據(jù)不同的方向角同時發(fā)送射束來實現(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)計算出一個下行射束的方向與帶寬。隨后，基站將根據(jù)計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。當移動基站接收到這個計算過方向和帶寬的下行射束時，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)。

6. 5G的應用

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。

6.1. 5G的高速度

根據(jù)目前4G中TD．LTE的官方統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，TD—LTE可以帶來40Mbi~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的下載速度可以達到3．6G／s，也就是28．8Gbifs。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)硬盤的讀寫速度達到了250M／s?？梢钥闯?，5G的速度遠遠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用。下面介紹幾個具體應用。

(1)5G高速度在安卓系統(tǒng)(Android)的應用

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用程序?qū)?、應用程序框架層、系統(tǒng)運行庫層和系統(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。

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表3 Android架構(gòu)

由于安卓系統(tǒng)本身的開放性會導致安全性的降低，這往往對通信中的保密性要求帶來考驗，5G納米技術(shù)中的高保密性可以通過量子密碼學的相關(guān)加密，對安卓終端在通訊中的信息泄露形成保護。

(2)光場相機

光場相機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)的應用，拍照的時候只需要構(gòu)圖即可，不需要對焦(因為這個可以在拍照完后在電腦上對焦)，這將會改變現(xiàn)在的拍照習慣。而這類相機將成為抓拍利器：無論抓拍的照片模糊與否，只要在相機的焦距范圍內(nèi)，對焦點都可以在拍完之后隨意選擇，因為相機在拍照的時候就已經(jīng)把焦距范圍內(nèi)所有光學信息都記錄在內(nèi)了。因此，光場照片的容量將極大，一張照片可達到200—500M左右，這需要強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)；對于營運商來說，5G終端將帶來更多的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

6.2. 5G的高兼容性

5G作為未來通信發(fā)展的趨勢，勢必承擔著統(tǒng)一通信行業(yè)的重任，根據(jù)5G技術(shù)的設(shè)計方向，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，更能大幅減少維護成本。

6.2.1. 利用5G高兼容性實現(xiàn)比特幣應用

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構(gòu)發(fā)行，而是通過特定算法的大量計算產(chǎn)生。比特幣經(jīng)濟使用整個P2P網(wǎng)絡(luò)中眾多節(jié)點構(gòu)成的分布式數(shù)據(jù)庫來確認并記錄所有的交易行為，P2P的去中心化特性與算法本身可以確保無法通過大量制造比特幣來人為操控幣值。

比特幣作為一種虛擬貨幣，慢慢被世界認可，并帶有了自身價值。隨著全球經(jīng)濟一體化，比特幣為世界經(jīng)濟貿(mào)易提供了一個新的支付平臺與方式。5G通信技術(shù)的安全、兼容性，可以為比特幣的交易提供一個有力的保障。

7. 結(jié)束語

5G通信技術(shù)的研發(fā)，勢必給通信行業(yè)帶來新一代的革新。根據(jù)目前中國運營商的運營收入成分來看，大多集中于語音、SMS服務(wù)上，所謂的高速數(shù)據(jù)服務(wù)還在一個相對緩慢的發(fā)展期，即將商業(yè)化的4G通信技術(shù)將會有效地緩解運營商資本支出與收入不匹配的尷尬境遇。但是，隨著網(wǎng)絡(luò)的日益強大，用戶對網(wǎng)絡(luò)的要求也更高，5G的研發(fā)與發(fā)展也被業(yè)內(nèi)重視起來。

5G通信技術(shù)帶來的不僅僅是高速、安全的網(wǎng)絡(luò)，更多地是帶來全球化網(wǎng)絡(luò)的無縫連接，5G的兼容性，給各國通信行業(yè)帶來了一個新的平臺。在平等的條件下，中國的營運商如何提高服務(wù)，如何合理地建設(shè)網(wǎng)絡(luò)、調(diào)整運營策略，就變成了新的挑戰(zhàn)和任務(wù)。5G的兼容性也可以把終端生產(chǎn)廠商統(tǒng)一到一個平臺上，不同制式、規(guī)格的無線終端將被集成，這為全球的通信發(fā)展制定了統(tǒng)一的道路。

在5G通信技術(shù)發(fā)展的道路上，中國可以更好地引領(lǐng)世界經(jīng)濟共同發(fā)展，更好地同步信息，促進全球經(jīng)濟一體化。5G的未來對軍事、醫(yī)療、建筑、教育等各個方面都會帶來前所未有的信息便利，整個世界將建成更加智能、完善的移動網(wǎng)絡(luò)。