高速度带来的高耗损 - 简析5g通信的结构和OSI模型

4. 5G中OSI模型简述

5G技术的移动设备将能支持多种无线网络，因此网络层将分为两个子层，对于移动终端来说，属于上级网络层，对于接口来说，属于下级网络层，这是互联网的初始设计，所有的路径都有IP地址为基础，根据不同的IP地址来区分网络中的不同终端与设备。

在无线领域，越高的比特率会引起更高的损耗，在5G无线通信技术中，损耗是由开放式传输协议(OpenTransport Protoco1)来控制的。同时，5G网络中的传输层和对话层也支持这个协议。对于不用的网络协议，应用层提供的服务管理的质量也不同(见表1)。

对于5G来说，最重要的表现在于双向超大带宽、拥塞少、平等的网络利用率、lGbit／s的连接速度(见表2)。

5. 射束分割多址技术(BDMA)在5G中的应用

移动通信的目的是让更少的话费享受更先进、更多样化的通信服务。由于有限的频率范围，为用户提供更多的系统空间和高质量的服务势必会给无线通信带来巨大的挑战。应对这个挑战的方法就在于如何利用有限的频率与时隙，而多址技术能很好地完成了这个目的。目前，多址技术包括频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)、正交频分多址(OFDMA)，具体如下：

●频分多址：就是分割频率资源并将其分配给不同的移动台，同时允许提供多个信道地址。

●时分多址：就是分割时隙资源并将其分配给不同的移动台，同时允许提供多个信道地址。

●码分多址：就是将正交码分配给不同的移动台，并允许提供多个信道地址。

●正交频分多址：就是分割并分配正交频率资源，以最大化资源功效。

在移动通信系统中，因为有限的频率资源与时隙资源被分割，并被不同的用户使用，所以有限的频率与时隙决定了移动通信系统的容量。所以，不断地增加移动基站数量与各自基站的数据量是未来网络建设的趋势。但是，由于频率与时隙资源的有限陛，这就要求我们必须发展新的技术，而这种技术并不是通过频率与时隙资源来实现系统容量增加的。

5.1. 射束分割多址的概念

当基站与移动台之间产生通信连接时，一个正交的射束就会被分配给每一个移动台。目前的射束分割多址技术主要内容是根据移动台的位置，将一个天线射束分割，并允许移动台提供多个信道，这样会有效地提高系统的容量。当移动台与某个基站清楚地明确彼此的位置的时候，它们就会在同一瞄准线上，这样，就可以通过直接传输射束到彼此的位置上来进行通信，这样可以避免干扰小区内其他移动台。当不同的移动台跟基站形成不同的方向角时，基站会根据不同的方向角同时发送射束来实现对不同的移动站发送数据。任何一个移动站不能利用唯一的一个射束，但是可以与其他相似角度的移动站分享同一个射束来实现与基站的通信连接。这些分享同一个射束的移动站被分割成同样的频率与时隙资源，并利用同样的正交资源。根据不同的移动站的通信环境，基站可以更好地改变射束的方向、数量和带宽。射束可以被分割成三维，这样，频率与时隙资源的空间将被最大化的利用。在通信建立的初始化阶段，基站与移动站并不知道彼此的位置，这时移动站将会探测它们的位置和移动速度，并将探测到的位置与移动速度传送给基站。接着，基站会根据移动站传输来的数据计算出一个下行射束的方向与带宽。随后，基站将根据计算出的方向与带宽将这个下行射束发送到之前提供信息的移动站上。当移动基站接收到这个计算过方向和带宽的下行射束时，它会追踪这个下行射束的方向，并根据这个方向产生一个上行射束，然后按着这个方向传送这个上行射束。当移动站产生上行射束后，在移动站与基站之间会形成一个周期性的射束传输系统。

6. 5G的应用

随着目前电子制造业与软件业的快速发展，越来越多的革新产品层出不穷，此时通信行业不仅要提供优越的服务，更要提供高质量的通信网络环境。现代通信不但要满足日常的语音与短信业务，还要提供强大的数据业务。5G技术的发展可以给客户带来的最直的观感就是高速度、高兼容性。

6.1. 5G的高速度

根据目前4G中TD．LTE的官方统计数据来看，TD—LTE可以带来40Mbi~s的下载速度，这样的速度可以满足高清视频，高质量的音乐等大数据量传输的数据业务。而5G的下载速度可以达到3．6G／s，也就是28．8Gbifs。就目前市面上的硬盘读写速度来说，普通的硬盘读写速度达到了100M／s，而所谓突破了读写瓶颈的固态硬盘的读写速度达到了250M／s。可以看出，5G的速度远远超过了硬盘的读写速度，这意味着，传统的储存设备将在5G网络中失去位置。我们可以做个大胆的假设，未来的移动终端是没有储存设备的，所有储存将通过“云技术”实现。同样，从新型的4k显像技术来看，未来的视频像素将达到超视网膜的显示程度，这必然将视频的数据大小提高到新的程度，所以对于在线视频观看的要求就要更高，3．6G／s的下载速度可以完全满足这样高清视频的在线应用。下面介绍几个具体应用。

(1)5G高速度在安卓系统(Android)的应用

安卓系统是一种基于Linux的自由及开放源代码的操作系统，主要使用于移动设备(如智能手机和平板电脑)。Android的系统架构和其操作系统一样，采用了分层的架构。从架构看(见表3)，Android分为4个层，从高层到低层分别是应用程序层、应用程序框架层、系统运行库层和系统内核层。其中，在系统内核层中可以运用5G纳米核心技术，来完成Android基础文件与硬件驱动的完美分离。由于5G高速无线传输的特点可以无缝隙地将硬件驱动从云储存端同步于终端，不但节省了终端的储存空间，也极大地丰富了终端的硬件外设装置。

 

表3 Android架构

由于安卓系统本身的开放性会导致安全性的降低，这往往对通信中的保密性要求带来考验，5G纳米技术中的高保密性可以通过量子密码学的相关加密，对安卓终端在通讯中的信息泄露形成保护。

(2)光场相机

光场相机就是一种可以先拍照后对焦的照相设备，通过光场技术的应用，拍照的时候只需要构图即可，不需要对焦(因为这个可以在拍照完后在电脑上对焦)，这将会改变现在的拍照习惯。而这类相机将成为抓拍利器：无论抓拍的照片模糊与否，只要在相机的焦距范围内，对焦点都可以在拍完之后随意选择，因为相机在拍照的时候就已经把焦距范围内所有光学信息都记录在内了。因此，光场照片的容量将极大，一张照片可达到200—500M左右，这需要强大的传输速度与储存空间作为支持，5G的高速和云存储的概念将大大满足需求。该类产品对于将来的安防监控工作也会产生巨大作用。对于用户来说，5G技术将提供更多的储存空间与安全服务；对于营运商来说，5G终端将带来更多的数据业务。

6.2. 5G的高兼容性

5G作为未来通信发展的趋势，势必承担着统一通信行业的重任，根据5G技术的设计方向，将来的5G技术是一个可以囊括4G、3G、2G中所有通信协议以及Wi．Fi、NFC、BLUETOOTH等无线通信技术的全能通信平台。高兼容性的通信平台不但为运营商及设备商提供了更好的资源整合解决方案，大量地节约资本开支，更能大幅减少维护成本。

6.2.1. 利用5G高兼容性实现比特币应用

随着NFC(近距离无线技术)等无接触技术的广泛使用，5G技术更能满足高兼容性、安全的支付方式，由此衍生出的一系列概念型产品也将慢慢受到世界各国金融界的认可，比特币就是其中一个代表。

比特币是一种由开源的P2P软件产生的电子货币，是一种网络虚拟货币。比特币不依靠特定货币机构发行，而是通过特定算法的大量计算产生。比特币经济使用整个P2P网络中众多节点构成的分布式数据库来确认并记录所有的交易行为，P2P的去中心化特性与算法本身可以确保无法通过大量制造比特币来人为操控币值。

比特币作为一种虚拟货币，慢慢被世界认可，并带有了自身价值。随着全球经济一体化，比特币为世界经济贸易提供了一个新的支付平台与方式。5G通信技术的安全、兼容性，可以为比特币的交易提供一个有力的保障。

7. 结束语

5G通信技术的研发，势必给通信行业带来新一代的革新。根据目前中国运营商的运营收入成分来看，大多集中于语音、SMS服务上，所谓的高速数据服务还在一个相对缓慢的发展期，即将商业化的4G通信技术将会有效地缓解运营商资本支出与收入不匹配的尴尬境遇。但是，随着网络的日益强大，用户对网络的要求也更高，5G的研发与发展也被业内重视起来。

5G通信技术带来的不仅仅是高速、安全的网络，更多地是带来全球化网络的无缝连接，5G的兼容性，给各国通信行业带来了一个新的平台。在平等的条件下，中国的营运商如何提高服务，如何合理地建设网络、调整运营策略，就变成了新的挑战和任务。5G的兼容性也可以把终端生产厂商统一到一个平台上，不同制式、规格的无线终端将被集成，这为全球的通信发展制定了统一的道路。

在5G通信技术发展的道路上，中国可以更好地引领世界经济共同发展，更好地同步信息，促进全球经济一体化。5G的未来对军事、医疗、建筑、教育等各个方面都会带来前所未有的信息便利，整个世界将建成更加智能、完善的移动网络。