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移动通信技术发展

发布日期:2020-06-11 08:26 来源:和记h88 发布人:和记娱乐 点击:

  第一代移动通信有很多不足之处,如容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通话质量不高、不能提供数据业务和不能提供自动漫游等。第一代移动通信系统主要用于提供模拟语音业务。

  美国摩托罗拉公司的工程师马丁·库珀于1976年首先将无线电应用于移动电话。同年,国际无线 MHz频段用于移动电话的频率分配方案。在此之后一直到20世纪80年代中期,许多国家都开始建设基于频分复用技术(FDMA,Frequency Division Multiple Access)和模拟调制技术的第一代移动通信系统(1G,1st Generation)。

  说起第一代移动通信系统,就不能不提大名鼎鼎的贝尔实验室。1978年底,美国贝尔试验室研制成功了全球第一个移动蜂窝电话系统—先进移动电话系统(AMPS,Advanced Mobile Phone System)。5年后,这套系统在正式投入商用并迅速在全美推广,获得了巨大成功。同一时期,欧洲也不甘示弱,纷纷建立起自己的第一代移动通信系统。等北欧4国在1980年研制成功了NMT-450移动通信网并投入使用;联邦在1984年完成了C网络(C-Netz);英国则于1985年开发出频段在900MHz的全接入通信系统(TACS,Total Access Communications System)。

  在各种1G系统中,美国AMPS制式的移动通信系统在全球的应用最为广泛,它曾经在超过72个国家和地区运营,直到1997年还在一些地方使用。同时,也有近30个国家和地区采用英国TACS制式的1G系统。这两个移动通信系统是世界上最具影响力的1G系统。

  中国的第一代模拟移动通信系统于1987年11月18日在广东第六届全运会上开通并正式商用,采用的是英国TACS制式。从中国电信1987年11月开始运营模拟移动电线月底中国移动关闭模拟移动通信网,1G系统在中国的应用长达14年,用户数最高曾达到了660万。如今,1G时代那像砖头一样的手持终端——大哥大,已经成为了很多人的回忆。

  由于采用的是模拟技术,1G系统的容量十分有限。此外,安全性和干扰也存在较大的问题。1G系统的先天不足,使得它无法真正大规模普及和应用,价格更常昂贵,成为当时的一种奢侈品和财富的象征。与此同时,不同国家的各自为政也使得1G的技术标准各不相同,即只有“国家标准”,没有“国际标准”,国际漫游成为一个突出的问题。这些缺点都随着第二代移动通信系统的到来得到了很大的改善。

  在中国,以GSM为主,IS-95、CDMA为辅的第二代移动通信系统只用了十年的时间,就发展了近2.8亿用户,并超过固定电线年代以来,以数字技术为主体的第二代移动通信系统得到了极大的发展,短短的十年,其用户就超过了十亿。当今世界市场的第二代数字无线标准,包括GSM、D-AMPS、PDC(日本数字蜂窝系统)和IS-95CDMA等,均仍然是窄带系统。现有的移动通信网络主要以第二代的GSM和CDMA为主,采用GSM GPRS、CDMA的IS-95B技术,数据提供能力可达115.2kbit/s,全球移动通信系统(GSM)采用增强型数据速率(EDGE)技术,速率可达384kbit/s。

  二十世纪80年代以来,世界加速开发数字移动通信技术,其中采用TDMA多址方式的代表性制式有

  1982年,欧洲邮电大会(CEPT)成立了一个新的标准化组织GSM(Group Special Mobile),其目的是制定欧洲900MHz数字TDMA蜂窝移动通信系统(GSM系统)技术规范,从而使欧洲的移动电话用户能在欧洲境内自动漫游。通信网数字化发展和模拟蜂窝移动通信系统应用说明,欧洲国家呈现多种制式分割的局面,不能实现更大范围覆盖和跨国联网。

  1986年,泛欧11个国家为GSM提供了8个实验系统和大量的技术,并就GSM的主要技术规范达成共识。1988年,欧洲电信标准协会(ETSI)成立。

  1990年,GSM第一期规范确定,系统试运行。英国发放许可证建立个人通信网(PCN),将GSM标准推广应用到1800MHz 频段改成为DCS1800数字蜂窝系统,频宽为2×75MHz。1991年,GSM系统在欧洲开通运行;DCS1800规范确定,可以工作于微蜂窝,与现有系统重叠或部分重叠覆盖。

  1992年,ADC(IS-54)投入使用,日本PDC投入使用;FCC批准了CDMA(IS-95)系统标准,并继续进行现场实验;GSM系统重新命名为全球移动通信系统(Global System For Mobile Communication)。1993年,GSM系统已覆盖泛欧及等地区,六十七个国家已成为GSM。

  1992年开始在欧洲商用,最初仅为泛欧标准,随着该系统在全球的广泛应用,其含义已成为全球移动通信系统。GSM系统具有标准化程度高、接口的特点,强大的联网能力推动了国际漫游业务,用户识别卡的应用,真正实现了个人移动性和终端移动性。现在已有120多个国家,250多个运营者采用GSM系统,全球GSM用户数已超过2.5亿。我国从1995年开始建设GSM网络,到99年底已覆盖全国31个省会城市、300多个地市,到2000年3月全国GSM用户数已突破5000万,并实现了与近60个国家的国际漫游业务。

  窄带CDMA,也称cdmaOne、IS-95等,1995年在开通第一个商用网。CDMA技术具有容量大、覆盖好、话音质量好、辐射小等优点,但由于窄带CDMA技术成熟较晚,标准化程度较低,在全球的市场规模远不如GSM系统。目前窄带CDMA全球用户约4000万,其中约70%的用户在韩国、日本等亚太地区国家。窄带CDMA技术在我国经历了曲折的发展过程,我国从1996年开始,原中国电信长城网在4个城市进行800MHz CDMA的商用试验,现在已有商用用户10多万。

  目前人们所谈论的CDMA有两个含义,一是指一种移动通信多址技术,即码分多址技术。如窄带CDMA和宽带CDMA技术;也常用来特指窄带CDMA系统,或称cdmaOne 、IS-95 CDMA系统等,即第二代的移动通信技术。本文用“CDMA技术”和“窄带CDMA”来区分上述两个含义。

  与第一代模拟蜂窝移动通信相比,第二代移动通信系统提供了更高的网络容量,改善了话音质量和保密性,并为用户提供无缝的国际漫游。具有保密性强、频谱利用率高、能提供丰富的业务、标准化程度高等特点。

  第二代移动通信系统主要采用的是数字的时分多址(TDMA)技术和码分多址(CDMA)技术。主要业务是语音,其主特性是提供数字化的话音业务及低速数据业务。它克服了模拟移动通信系统的弱点,话音质量、保密性能得到大的提高,并可进行省内、省际自动漫游。

  第二代移动通信替代第一代移动通信系统完成模拟技术向数字技术的转变,但由于第二代采用不同的制式,移动通信标准不统一,用户只能在同一制式覆盖的范围内进行漫游,因而无法进行全球漫游,由于第二代数字移动通信系统带宽有限,了数据业务的应用,也无法实现高速率的业务如移动的多业务。

  3G全称为第三代移动通信,能够处理图像、音乐、视频流等多种形式,提供包括网页浏览、电话会议、电子商务。

  3G的数据传输速度有了大幅提升,能够处理图像、音乐、视频流等多种形式,提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。

  与第一代模拟移动通信和第二代数字移动通信相比,第三代移动通信是覆盖全球的多移动通信。它的主要的特点之一是可实现全球漫游,使任意时间、任意地点、任意人之间的交流成为可能。也就是说,每个用户都有一个个人通信号码,带着手机,走到世界任何一个国家,人们都可以找到你,而反过来,你走到世界任何一个地方,都可以很方便地与国内用户或他国用户通信,与在国内通信时毫无分别。

  能够实现高速数据传输和宽带多服务是第三代移动通信的另一个主要特点。这就是说,用第三代手机除了可以进行普通的寻呼和通话外,还可以上网读,查信息、下载文件和图片;由于带宽的提高,第三代移动通信系统还可以传输图象,提供可视电话业务。

  短信业务是3G系统的业务平台提供的一种数据业务,它为移动终端提供收发一定大小的文本和数据的业务,并利用SMSC(短信业务中心)为短信提供“存储转发”的功能。

  WAP业务是移动数据业务和internet融合的基本业务,用户通过手机和其他无线终端的浏览器查看从服务器收到的信息,室移动终端持有者可以像internet用户一样,访问internet内容和其他数据服务。具体有可以分为PULL业务和PUSH业务两种类型。

  移动通信技术,外语缩写:4G。,随着数据通信与多业务需求的发展,适应移动数据、移动计算及移动多运作需要的移动通信开始兴起。

  4G技术即就是LTE技术,该技术包括TD-LTE和FDD-LTE两种制式,FDD主要用于大范围的覆盖,TD主要用于数据业务。(严格意义上来讲,LTE只是3.9G,尽管被宣传为4G无线GPP认可为国际电信联盟(ITU)所描述的下一代无线通讯标准IMT-Advanced,因此在严格意义上其还未达到4G的标准。只有升级版的LTE Advanced才满足国际电信联盟对4G的要求)。

  2013年12月4日下午,工业和信息化部(以下简称“工信部”)向中国移动、中国电信、中国联通正式发放了移动通信业务牌照(即4G牌照),中国移动、中国电信、中国联通三家均获得TD-LTE牌照,此举标志着中国电信产业正式进入了4G时代。

  4G是集3G与WLAN于一体,并能够快速传输数据、高质量、音频、视频和图像等。4G能够以100Mbps以上的速度下载,比家用宽带ADSL(4兆)快25倍,并能够满足几乎所有用户对于无线G可以在DSL和电视调制解调器没有覆盖的地方部署,然后再扩展到整个地区。很明显,4G有着不可比拟的优越性。

  随着数据通信与多业务需求的发展,适应移动数据、移动计算及移动多运作需要的移动通信开始兴起,因此有理由期待这种移动通信技术给人们带来更加美好的未来。另一方面,4G也因为其拥有的超高数据传输速度,被中国物联网校企联盟誉为机器之间当之无愧的“高速对线G通人们不仅可以随时随地通信,更可以双向下载传递资料、图画、影像,当然更可以和从未谋面的陌生人网上联线对打游戏。也许有被网上定位系统永远锁定无处遁形的苦恼,但是与它据此提供的地图带来的便利和安全相比,这简直可以忽略不计。

  通信速度快:由于人们研究4G通信的最初目的就是提高蜂窝电话和其他移动装置无线访问Internet的速率,因此4G通信给人印象最深刻的特征莫过于它具有更快的无线通信速度。从移动通信系统数据传输速率作比较,第一代模拟式仅提供语音服务;第二代数位式移动通信系统传输速率也只有9.6Kbps,最高可达32Kbps,如PHS;第三代移动通信系统数据传输速率可达到2Mbps;而移动通信系统传输速率可达到20Mbps,甚至最高可以达到高达100Mbps,这种速度会相当于2009年最新手机的传输速度的1万倍左右,第三代手机传输速度的50倍。

  网络频谱宽:要想使4G通信达到100Mbps的传输,通信营运商必须在3G通信网络的基础上,进行大幅度的和研究,以便使4G网络在通信带宽上比3G网络的蜂窝系统的带宽高出许多。据研究4G通信的AT&T的执行官们说,估计每个4G信道会占有100MHz的频谱,相当于W-CDMA3G网络的20倍。

  通信灵活:从严格意义上说,4G手机的功能,已不能简单划归“电话机”的范畴,毕竟语音资料的传输只是4G移动电话的功能之一而已,因此未来4G手机更应该算得上是一只小型电脑了,而且4G手机从外观和式样上,会有更惊人的突破,人们可以想象的是,眼镜、手表、化妆盒、旅游鞋,以方便和个性为前提,任何一件能看到的物品都有可能成为4G终端,只是人们还不知应该怎么称呼它。

  智能性能高:移动通信的智能性更高,不仅表现于4G通信的终端设备的设计和操作具有智能化,例如对菜单和滚动操作的依赖程度会大大降低,更重要的4G手机可以实现许多难以想象的功能。例如4G手机能根据、时间以及其他设定的因素来适时地提醒手机的主人此时该做什么事,或者不该做什么事,4G手机可以把电影院票房资料,直接下载到PDA之上,这些资料能够把售票情况、座位情况显示得清清楚楚,大家可以根据这些信息来进行在线购买自己满意的电影票;4G手机可以被看作是一台手提电视,用来看体育比赛之类的各种现场直播。LG G3支持双卡,支持2014年的主流4G,并内置可拆卸式3000毫安时电池。

  兼容性好:要使4G通信尽快地被人们接受,不但考虑的它的功能强大外,还应该考虑到现有通信的基础,以便让更多的现有通信用户在投资最少的情况下就能很轻易地过渡到4G通信。因此,从这个角度来看,未来的移动通信系统应当具备全球漫游,接口,能跟多种网络互联,终端多样化以及能从第二代平稳过渡等特点。

  提供增值服务:4G通信并不是从3G通信的基础上经过简单的升级而演变过来的,它们的核心建设技术根本就是不同的,3G移动通信系统主要是以CDMA为核心技术,而4G移动通信系统技术则以正交多任务分频技术(OFDM)最受瞩目,利用这种技术人们可以实现例如无线区域环(WLL)、数字音讯(DAB)等方面的无线通信增值服务;不过考虑到与3G通信的过渡性,移动通信系统不会在未来仅仅只采用OFDM一种技术,CDMA技术会在移动通信系统中,与OFDM技术相互配合以便发挥出更大的作用,甚至未来的移动通信系统也会有新的整合技术如OFDM/CDMA产生,前文所提到的数字音讯,其实它真正运用的技术是OFDM/FDMA的整合技术,同样是利用两种技术的结合。因此未来以OFDM为核心技术的移动通信系统,也会结合两项技术的优点,一部分会是以CDMA的延伸技术。

  高质量通信:尽管第三代移动通信系统也能实现各种多通信,为此未来的移动通信系统也称为“多移动通信。

  移动通信不仅仅是为了因应用户数的增加,更重要的是,必须要因应多的传输需求,当然还包括通信品质的要求。总结来说,首先必须可以容纳市场庞大的用户数、改善现有通信品质不良,以及达到高速数据传输的要求。

  频率效率高:相比第三代移动通信技术来说,移动通信技术在开发研制过程中使用和引入许多功能强大的突破性技术,例如一些光纤通信产品公司为了进一步提高无线因特网的主干带宽宽度,引入了交换层级技术,这种技术能同时涵盖不同类型的通信接口,也就是说主要是运用由技术(Routing)为主的网络架构。由于利用了几项不同的技术,所以无线频率的使用比第二代和第三代系统有效得多。按照最乐观的情况估计,这种有效性可以让更多的人使用与以前相同数量的无线频谱做更多的事情,而且做这些事情的时候速度相当快。研究人员说,下载速率有可能达到5Mbps到10Mbps。

  费用便宜:由于4G通信不仅解决了与3G通信的兼容性问题,让更多的现有通信用户能轻易地升级到4G通信,而且4G通信引入了许多尖端的通信技术,这些技术了4G通信能提供一种灵活性非常高的系统操作方式,因此相对其他技术来说,4G通信部署起来就容易迅速得多;同时在建设4G通信网络系统时,通信营运商们会考虑直接在3G通信网络的基础设施之上,采用逐步引入的方法,这样就能够有效地降低运行者和用户的费用。据研究人员,4G通信的无线即时连接等某些服务费用会比3G通信更加便宜。对于人们来说,未来的4G通信的确显得很神秘,不少人都认为无线通信网络系统是人类有史以来发明的最复杂的技术系统。的确,无线通信网络在具体实施的过程中出现大量令人头痛的技术问题,大概一点也不会使人们感到意外和奇怪。无线通信网络存在的技术问题多和互联网有关,并且需要花费好几年的时间才能解决。

  2001年12月~2003年12月,开展Beyond 3G/4G蜂窝通信空中接术研究,完成Beyond 3G/4G系统无线传输系统的核心硬、软件研制工作,开展相关传输实验,向ITU提交有关;

  2004年1月~2005年12月,使Beyond 3G/4G空中接术研究达到相对成熟的水平,进行与之相关的系统总体技术研究(包括与无线自组织网络、游牧无线接入网络的互联互通技术研究等),完成联网试验和演示业务的开发,建成具有Beyond 3G/4G技术特征的演示系统,向ITU提交初步的新一代无线通信体制标准;

  2006年1月~2010年12月,设立有关重大专项,完成通用无线的体制标准研究及其系统实用化研究,开展较大规模的现场试验。

  2010年是海外主流运营商规模建设4G的元年,多数机构预计海外4G投资时间还将持续3年左右。

  2012年国家工业和信息化部部长苗圩表示:4G的脚步越来越近,4G牌照在一年左右时间中就会下发。

  2013年,谷歌光纤概念开始在全球发酵,在美国国内成功推行的同时,谷歌光纤开始向非洲、东南亚等地推广,给全球4G网络建设再次添柴加火。同年8月,国务院总理李克强日前主持召开国务院常务会议,要求提升3G网络覆盖和服务质量,推动年内发放4G牌照。12月4日正式向三大运营商发布4G牌照,中国移动、中国电信和中国联通均获得TD-LTE牌照,不过中国联通和中国电信热切期待的FDD-LTE牌照,暂未发放。

  2013年12月18日,中国移动在广州宣布,将建成全球最大4G网络。2013年年底前,、上海、广州、深圳等16个城市可享受4G服务;预计到2014年年底,4G网络将覆盖超过340个城市。

  2014年1月,京津城际高铁作为全国首条实现移动4G网络全覆盖的铁,实现了300公里时速高铁场景下的数据业务高速下载,一部2G大小的电影只需要几分钟。原有的3G信号也得到增强。

  2014年1月20日,中国联通已在珠江三角洲及深圳等十余个城市和地区开通42M,实现全网升级,升级后的3G网络均可以达到42M标准,同时将在今年年内完成全国360多个城市和大部分地区3G网络的42M升级。

  2014年7月21日中国移动在召开的新闻发布会上又提出包括持续加强4G网络建设、实施清晰透明的订购收费、大力治理垃圾信息等六项服务承诺。中移动表示,将继续降低4G资费门槛。

  截至2015年12月底,全国电线G用户在移动电线年上半年通信业经济运行情况》报告显示,4G用户总数达到11.1亿户,占移动电线通信技术简介:

  接入方式和多址方案:(正交频分复用)是一种无线下的高速传输技术,其主要思想就是在频域内将给定信道分成许多正交子信道,在每个子信道上使用一个子载波进行调制,各子载波并行传输。尽管总的信道平坦的,即具有频率选择性,但是每个子信道是相对平坦的,在每个子信道上进行的是窄带传输,信号带宽小于信道的相应带宽。OFDM技术的优点是可以消除或减小信号波形间的干扰,对多径衰落和多普勒频移不,提高了频谱利用率,可实现低成本的单波段接收机。OFDM的主要缺点是功率效率不高。

  调制与编码技术:4G移动通信系统采用新的调制技术,如多载波正交频分复用调制技术以及单载波自适应均衡技术等调制方式,以频谱利用率和延长用户终端电池的寿命。4G移动通信系统采用更高级的信道编码方案(如Turbo码、级连码和LDPC等)、自动重发请求(ARQ)技术和分集接收技术等,从而在低Eb/N0条件下系统足够的性能。

  高性能的接收机:4G移动通信系统对接收机提出了很高的要求。Shannon给出了在带宽为BW的信道中实现容量为C的可靠传输所需要的最小SNR。按照Shannon,可以计算出,对于3G系统如果信道带宽为5MHz,数据速率为2Mb/s,所需的SNR为l.2dB;而对于4G系统,要在5MHz的带宽上传输20Mb/s的数据,则所需要的SNR为12dB。可见对于4G系统,由于速率很高,对接收机的性能要求也要高得多。

  智能天线技术:智能天线具有信号干扰、自动以及数字波束调节等智能功能,被认为是未来移动通信的关键技术。智能天线应用数字信号处理技术,产生空间定向波束,使天线主波束对准用户信号到达方向,旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向,达到充分利用移户信号并消除或干扰信号的目的。这种技术既能改善信号质量又能增加传输容量。

  MIMO技术:(多输入多输出)技术是指利用多发射、多接收天线进行空间分集的技术,它采用的是分立式多天线,能够有效的将通信链分解成为许多并行的子信道,从而大大提高容量。信息论已经证明,当不同的接收天线和不同的发射天线之间互不相关时,MIMO系统能够很好地提高系统的抗衰落和噪声性能,从而获得巨大的容量。例如:当接收天线dB时,链容量可以高达42bps/Hz,这是单天线多倍。因此,在功率带宽受限的无线信道中,MIMO技术是实现高数据速率、提高系统容量、提高传输质量的空间分集技术。在无线频谱资源相对匮乏的今天,MIMO系统已经体现出其优越性,也会在4G移动通信系统中继续应用。

  软件无线电技术:软件无线电是将标准化、模块化的硬件功能单元经过一个通用硬件平台,利用软件加载方式来实现各种类型的无线电通信系统的一种具有式结构的新技术。软件无线电的核心思想是在尽可能靠近天线的地方使用宽带A/D和D/A变换器,并尽可能多地用软件来定义无线功能,各种功能和信号处理都尽可能用软件实现。其软件系统包括各类无线信令规则与处理软件、信号流变换软件、信源编码软件、信道纠错编码软件、调制解调算法软件等。软件无线电使得系统具有灵活性和适应性,能够适应不同的网络和空中接口。软件无线电技术能支持采用不同空中接口的多模式手机和基站,能实现各种应用的可变QoS。

  基于IP的核心网:移动通信系统的核心网是一个基于全IP的网络,同已有的移动网络相比具有根本性的优点,即:可以实现不同网络间的无缝互联。核心网于各种具体的无线接入方案,能提供端到端的IP业务,能同已有的核心网和PSTN兼容。核心网具有的结构,能允许各种空中接口接入核心网;同时核心网能把业务、控制和传输等分开。采用IP后,所采用的无线接入方式和协议与核心网络(CN)协议、链层是分离的。IP与多种无线接入协议相兼容,因此在设计核心网络时具有很大的灵活性,不需要考虑无线接入究竟采用何种方式和协议。

  多用户检测技术:多用户检测是宽带通信系统中抗干扰的关键技术。在实际的CDMA通信系统中,各个用户信号之间存在一定的相关性,这就是多址干扰存在的根源。由个别用户产生的多址干扰固然很小,可是随着用户数的增加或信号功率的增大,多址干扰就成为宽带CDMA通信系统的一个主要干扰。传统的检测技术完全按照经典直接序列扩频理论对每个用户的信号分别进行扩频码匹配处理,因而抗多址干扰能力较差;多用户检测技术在传统检测技术的基础上,充分利用造成多址干扰的所有用户信号信息对单个用户的信号进行检测,从而具有优良的抗干扰性能,解决了远近效应问题,降低了系统对功率控制精度的要求,因此可以更加有效地利用链频谱资源,显著提高系统容量。随着多用户检测技术的不断发展,各种高性能又不是特别复杂的多用户检测器算法不断提出,在4G实际系统中采用多用户检测技术将是切实可行的。

  网络结构:4G移动系统网络结构可分为三层:物理网络层、中间层、应用网络层。物理网络层提供接入和由选择功能,它们由无线和核心网的结合格式完成。中间层的功能有QoS映射、地址变换和完全性管理等。

  物理网络层与中间层及其应用之间的接口是的,它使发展和提供新的应用及服务变得更为容易,提供无缝高数据率的无线服务,并运行于多个频带。

  4G标准:LTE (Long Term Evolution,长期演进) 项目是3G的演进,它改进并增强了3G的空中接入技术,采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准。根据4G牌照发布的,国内三家运营商中国移动、中国电信和中国联通,都拿到了TD-LTE制式的4G牌照。

  主要特点是在20MHz频谱带宽下能够提供下行100Mbit/s与上行50Mbit/s的峰值速率,相对于3G网络大大的提高了小区的容量,同时将网络延迟大大降低:内部单向传输时延低于5ms,控制平面从睡眠状态到激活状态迁移时间低于50ms,从驻留状态到激活状态的迁移时间小于100ms。并且这一标准也是3GPP长期演进 (LTE) 项目,是近两年来3GPP启动的最大的新技术研发项目,其演进的历史如下:

  由于WCDMA网络的升级版HSPA和HSPA+均能够演化到FDD-LTE这一状态,所以这一4G标准获得了最大的支持,也将是未来4G标准的主流。TD-LTE与TD-SCDMA实际上没有关系不能直接向TD-LTE演进。该网络提供媲美固定宽带的网速和移动网络的切换速度,网络浏览速度大大提升。LTE终端设备当前有耗电太大和价格昂贵的缺点,按照摩尔定律测算,估计至少还要6年后,才能达到当前3G终端的量产成本。

  如果严格的讲,LTE作为3.9G移动互联网技术,那么LTE-Advanced作为4G标准更加确切一些。LTE-Advanced的入围,包含 TDD和FDD两种制式,其中TD-SCDMA将能够进化到TDD制式,而WCDMA网络能够进化到FDD制式。移动主导的TD-SCDMA网络期望能够 直接绕过HSPA+网络而直接进入到LTE。

  对无线网络来说,这的确是一个惊人的进步。WiMAX逐步实现宽带业务的移动化,而3G则实现移动业务的宽带化,两种网络的融合程度会越来越高,这也是未来移动世界和固定网络的融合趋势。

  802.16工作的频段采用的是无需授权频段,范围在2GHz至66GHz之间,而802.16a则是一种采用2G至11GHz无需授权频段的宽带无线接入系统,其频道带宽可根据需求在1.5M至20MHz范围进行调整,具有更好高速移动下无缝切换的IEEE 802.16m的技术正在研发。因此,802.16所使用的频谱可能比其它任何无线技术更丰富。

  (3)WiMax所能实现的50公里的无线信号传输距离是无线局域网所不能比拟的,网络覆盖面积是3G发射塔的10倍,只要少数基站建设就能实现全城覆盖,能够使无线网络的覆盖面积大大提升。

  不过WiMax网络在网络覆盖面积和网络的带宽上优势巨大,但是其移动性却有着先天的缺陷,无法满足高速(≧50km/h)下的网络的无缝链接,从这个意义上讲,WiMax还无法达到3G网络的水平,严格地说并不能算作移动通信技术,而仅仅是无线局域网的技术。但是WiMax的希望在于IEEE 802.11m技术上,将能够有效的解决这些问题,也正是因为有中国移动、英特尔、Sprint各大厂商的积极参与,WiMax成为呼声仅次于LTE的4G网络手机。关于IEEE 802.16m这一技术,我们将留在最后作详细的阐述。

  Wimax当前全球使用用户大约800万,其中60%在美国。Wimax其实是最早的4G通信标准,大约出现于2000年。

  WirelessMAN-Advanced有5种网络数据规格,其中极低速率为16kbps,低数率数据及低速多为144kbps,中速多媒 体为2Mbps,高速多为30Mbps超高速多则达到了30Mbps--1Gbps。但是该标准可能会被率先被军方所采用,IEEE方面表示军方 的介入将能够促使WirelessMAN-Advanced更快的成熟和完善,而且军方的今天就是民用的明天。不论怎样,WirelessMAN- Advanced得到ITU的认可并成为4G标准的可能性极大。

  ITU在收到候选技术以后,组织世界和国际组织进行了技术评估。在2010年10月份,在中国重庆,ITU-R下属的WP5D工作组最终确定了IMT-Advanced的两大关键技术,即LTE-Advanced和802.16m。中国提交的候选技术作为LTE-Advanced的一个组成部分,也包含在其中。在确定了关键技术以后,WP5D工作组继续完成了电联的编写工作,以及各个标准化组织的确认工作。此后WP5D将文件提交上一级机构审核,SG5审核通过以后,再提交给全会讨论通过。

  在此次会议上,TD-LTE正式被确定为4G国际标准,也标志着中国在移动通信标准制定领域再次走到了世界前列,为TD-LTE产业的后续发展及国际化提供了重要基础。

  日本软银、沙特阿拉伯STC、mobily、巴西sky Brazil、波兰Aero2等众多国际运营商已经开始商用或者预商用TD-LTE网络。印度Augere预计2012年2月开始预商用。审议通过后,将有利于TD-LTE技术进一步在全球推广。同时,国际主流的电信设备制造商基本全部支持TD-LTE,而在芯片领域,TD-LTE已吸引17家厂商加入,其中不乏高通等国际芯片市场的领导者。

  支持LTE/3G多模多频是LTE终端的明确发展方向,也是国内运营商的发展思。目前国内某些运营商已经公开表示将建设TDD/FDD融合组网,这对多模多频也提出了很高要求。中国移动也多次强调,TDD/FDD混合组网、支持5模10频、5模12频及Band 41是中国移动发展LTE智能终端的重点。

  关于多模多频,业界普遍认为频段不统一是当今全球LTE终端设计的最大障碍——当前,全球2G、3G 和4G LTE网络频段的多样性对移动终端开发构成了挑战。全球2G和3G技术各采用4到5个不同的频段,加上4G LTE,网络频段的总量将近40个。要支持多模多频,首先就需要终端集成能同时支持多种制式和频段的芯片。

  从4G芯片的发展来看,4G芯片应该具备高度集成、多模多频、强大的数据与多处理能力。全球4G手机大多数采用高通的芯片。博通、Marvell、英特尔、联发科、联芯科技、创毅视讯、展迅、海思等芯片厂商也有4G基带芯片产品推出,主要运用于MIFI、CPE等数据终端中。

  在2013年8月初最新公布的中国移动2013年度TD-LTE终端采购的芯片使用上,采用高通芯片的比例超过60%,甚至有的预期称可能会占到中国移动2013年所有采购的4G终端产品的70%左右。

  高通的LTE芯片强调高集成度和多模多频支持,高通所有LTE芯片组均同时支持LTETDD和LTE FDD,而在LTE/3G多模方面,以第三代调制解调器Gobi MDM9x25为例,支持LTERel10、HSPA+ Rel10、1x/DO、TD-SCDMA、GSM/EDGE;此外强调“高集成”和“单芯片”的骁龙800系列处理器也集成了Gobi 9x25调制解调方案。而目前有超过150款采用高通第三代调制解调方案的智能终端正在研发中。 此外,2013年年初推出的RF360前端解决方案还首次实现单个终端支持所有LTE制式和频段的设计,支持七种网络制式(FDD、TD-LTE、WCDMA、EV-DO、CDMA1x、TD-SCDMA和GSM/EDGE)。

  2016年11月16日,举办于浙江省嘉兴市桐乡市乌镇的第三届世界互联网大会 ,美国高通公司带来的可以实现“互联”的5G技术原型入选15项“黑科技”——世界互联网领先。高通5G向千兆移动网络和人工智能迈进 。

  第五代移动电话行动通信标准,也称第五代移动通信技术,外语缩写:5G。也是4G之后的延伸,正在研究中。目前还没有任何电信公司或标准订定组织(像3GPP、WiMAX论坛及ITU-R)的公开规格或文件提到5G。

  2017年12月21日,在国际电信标准组织3GPP RAN第78次全体会议上,5G NR首发版本正式冻结并发布。

  2018年2月23日,沃达丰和华为完成首次5G通线日,美国联邦通讯委员会(FCC)周四发布高频段频谱的竞拍,这些频谱将用于开发下一代5G无线日,韩国三大运营商SK、KT与LG U+同步在韩国部分地区推出5G服务,这也是新一代移动通信服务在全球首次实现商用。12月7日,工信部同意联通集团自通知日至2020年6月30日使用3500MHz-3600MHz频率。12月10日工信部正式对外公布,已向中国电信、中国移动、中国联通发放了5G系统中低频段试验频率使用许可。2018年12月20日,5G当选为2018年度科技类十大流行语。

  简单解释:速度快,相当于我们用5G看蓝光的电视剧或者电影,在几秒钟就可以下载一部电影;泛在网,就是覆盖的范围,网络无处不在;低功耗,手机联网也不会这么耗电,使用周期长,这一点在IoT中极为重要;低时延,自动驾驶或者说无人驾驶,其在控制领域的反应时延比人的大脑反应时延更低;互联,就是不仅仅局限于人与人之间,而是为更多的智能设备联机,进行智能化的交互管理。

  5G也是4G之后的延伸。中国(华为)、韩国(三星电子)、日本、欧盟都在投入相当的资源研发5G网络。

  2016年11月,举办于乌镇的第三届世界互联网大会 [1] ,美国高通公司带来的可以实现“互联”的5G技术原型入选15项“黑科技”——世界互联网领先.高通5G 向千兆移动网络和人工智能迈进 。

  早在2009年,华为就已经展开了相关技术的早期研究,并在之后的几年里向展示了5G原型机基站。华为在2013年11月6日宣布将在2018年前投资6亿美元对5G的技术进行研发与创新,并预言在2020年用户会享受到20Gbps的商用5G移动网络。

  2013年2月,欧盟宣布,将拨款5000万欧元。加快5G移动技术的发展,计划到2020年推出成熟的标准。

  2013年5月13日,韩国三星电子有限公司宣布,已成功开发第5代移动通信(5G)的核心技术,这一技术预计将于2020年开始推向商业化。该技术可在28GHz超高频段以每秒1Gbps以上的速度传送数据,且最长传送距离可达2公里。相比之下,当前的长期演进(4GLTE)服务的传输速率仅为75Mbps。而此前这一传输瓶颈被业界普遍认为是一个技术难题,而三星电子则利用64个天线单元的自适应阵列传输技术破解了这一难题。与韩国目前4G技术的传送速度相比,5G技术预计可提供比4G长期演进(LTE)快100倍的速度。利用这一技术,下载一部高画质(HD)电影只需十秒钟。

  2014年5月8日,日本电信营运商NTT DoCoMo正式宣布将与 Ericsson、Nokia、Samsung 等六家厂商共同合作,开始测试现有 4G 网络 1000 倍网络承载能力的高速 5G 网络,传输速度可望提升至 10Gbps。预计在2015年展开户外测试,并期望于 2020 年开始运作。

  2015年3月1日,英国《每日邮报》报道,英国已成功研制5G网络,并进行100米内的传送数据测试,每秒数据传输高达125GB,是4G网络的6.5万倍,理论上1秒钟可下载30部电影,并称于2018年投入测试,2020年正式投入商用。

  诺基亚与运营商Bell Canada合作,完成首次5G网络技术的测试。测试中使用了73GHz范围内频谱,数据传输速率为现有4G网络的6倍。鉴于两者的合作,分析很有可能将在5年内启动5G网络的全面部署。

  由于物联网(IoT)尤其是互联网汽车等产业的快速发展,其对网络速度有着更高的要求,这无疑成为推动5G网络发展的重要因素。因此无论是还是全球各地,均在大力推进5G网络,以迎接下一波科技浪潮。不过,从目前情况来看5G网络离商用预计还需1左右年时间。

  2015年3月3日,欧盟数字经济和社会委员古泽·奥廷格正式公布了欧盟的5G公司合作愿景,力求确保欧洲在下一代移动技术全球标准中的线G公私合作愿景不仅涉及光纤、无线甚至卫星通信网络相互整合,还将利用软件定义网络(SDN )、网络功能虚拟化(NFV)、移动边缘计算(MEC)和雾计算(Fog Computing)等技术。在频谱领域,欧盟的5G公私合作愿景还将划定数百兆赫用于提升网络性能,60 GHz及更高频率的频段也将被纳入考虑。

  中国5G技术研发试验将在2016-2018年进行,分为5G关键技术试验、5G技术方案验证和5G系统验证三个阶段实施。

  2016年3月,工信部副部长陈肇雄表示:5G是新一代移动通信技术发展的主要方向,是未来新一代信息基础设施的重要组成部分。与4G相比,不仅将进一步提升用户的网络体验,同时还将满足未来互联的应用需求。

  从用户体验看,5G具有更高的速率、更宽的带宽,预计5G网速将比4G提高10倍左右,只需要几秒即可下载一部高清电影,能够满足消费者对虚拟现实、超高清视频等更高的网络体验需求。

  从行业应用看,5G具有更高的可靠性,更低的时延,能够满足智能制造、自动驾驶等行业应用的特定需求,拓宽融合产业的发展空间,支撑经济社会创新发展。

  从发展态势看,5G目前还处于技术标准的研究阶段,今后几年4G还将保持主导地位、实现持续高速发展。但5G 有望2020 年正式商用。

  上海市与中国移动通信集团公司21日在沪签署共同推进“互联网+”战略合作框架协议。“十三五”期间,中国移动计划在沪投入2

  根据国际惯例,总部位于、主管信息通信技术事务的联合国专门机构——国际电信联盟将是5G标准的最终决定机构。该机构负责分配和管理全球无线电频谱、制定全球电信标准,在全球信息通信领域发挥重要作用。

  国际电信联盟目前已经启动5G标准研究工作,并明确了“IMT(国际移动通信系统)-2020及展望”项目的工作计划,其中2016年将开展5G技术性能需求和评估方法研究,2017年底启动5G候选方案征集,2020年底完成标准制定。在这个过程中,包括欧盟在内的各方均可向国际电信联盟递交申请。

  欧盟已旗帜鲜明地强调,希望能确立全球统一的5G技术标准,而不再是多种标准并存,以实现全球互通性和规模经济。事实上,由于5G技术与未来的物联网产业息息相关,蕴含着巨大的经济和战略利益,欧美日韩等国都希望能在技术标准上占据主导权,因此也都早早进行了相应的技术研发和布局。

  早在2012年11月,欧盟就已启动总投资达2700万欧元的大型科研项目METIS,研发5G技术。该项目组研发阵容强大,现阶段29个中包括阿尔卡特朗讯、爱立信、华为、诺基亚西门子等五家设备厂商,电信、DoCoMo、法国电信、意大利电信、西班牙电信五家运营商,以及欧洲众多的学术机构和宝马集团,还有大约80名专家全职参与该项目。

  除了欧盟外,美国、韩国、日本也联合国内运营商和电信设备制造商,开展了相应的技术研究和产业布局。目前,在5G标准领域的争夺战正日益激烈。5月31日,在召开的首届全球5G大会,的5G标准制定机构均透露了各自研发的最新进展。

  日本5GMF秘书长佐腾效平介绍,经过一年半的工作,日本近期推出了《5GMF》,其目标之一是到2020年,在东京奥运会期间使用5G服务。他认为,5G标准化工作还在开始阶段,目前日本运营商DoCoMo已经进行了一些网络试验,在提出5G标准时,日本将具有一定的优势。

  韩国在5G发展上态度积极,韩国5G论坛执行委员会Youngnam Han表示,韩国的5G商用进程将以服务2018年平昌冬奥会为关键时间节点,未来两年5G论坛将着重研究第二阶段的测试工作,同时包括VR、AR以及系统开发等方面的工作。认为,如果韩国能够在2018年率先应用5G网络,将在5G标准制定方面占据主动。

  美国5G AmericasChrispearson介绍,该组织已经进行了很多测试工作,运营商AT&T会在2016年下半年进行测试。

  除了系统性的展开技术研发外,行业主流公司也已在5G领域发力。近期,手机芯片制造商高通就表示,正在加快5G芯片的研发,目前高通已经完成了各类技术测试,预计到2018年将根据最终的5G国际标准,正式推出量产的5G手机芯片。此外,华为、中兴、诺基亚、爱立信等电信设备制造商也透露,正在加快5G关键技术的研发,并已和电信运营商展开相关合作。

  在5G这个没有硝烟的战场上,我国当然也不甘落后。工信部总工程师张峰此前就表示,我国将在2020年实现5G网络商用。

  近期,张峰再度透露了下一阶段我国5G发展的相关工作:加快研发创新,加大5G技术、标准与产品研发的力度,构建国际化5G试验平台;强化频率统筹,依托国际电信联盟加强沟通和协调,力争形成更多5G统一频段;深化务实合作,建立广泛和深入的交流合作机制,在国际框架下积极推进形成全球统一的5G标准;促进融合发展,加强5G与垂直行业的融合创新研究,以工业互联网、车联网等重点行业应用为突破口,构建支撑行业发展的5G网络。

  事实上,早在2013年2月,工信部、发改委、科技部就联合成立IMT-2020(5G)推进组,对我国5G愿景与需求、5G频谱问题、5G关键技术、5G标准化等问题展开研究和布局。这一推进组的组织架构基于原IMT-Advanced(4G)推进组,下设多个工作组,包括需求工作组、频谱工作组、无线技术工作组、网络技术工作组、若干标准工作组以及知识产权工作组。

  IMT-2020(5G)组长单位国家无线G)推进组的部署下,中心深入开展了一系列5G研发工作,主要承担了频谱需求、候选频段、电磁兼容分析、频谱使用效率评估等研究任务,包括牵头承担“IMT-2020候选频段分析与评估”,重点参与“后IMT-Advanced移动通信技术及发展策略研究”等国家科技重大专项,以及“第五代移动通信(5G)系统前期研究开发”。

  在候选频段方面,国家无线电监测中心频谱管理研究处处长赵栓来介绍,2014年9月,中心与GS协会联合召开未来移动通信频谱国际研讨会,就我国450MHz-5GHz无线电频谱监测分析、下一代移动通信与频谱等内容发布了合作研究报告。报告对下一代移动网络(NGMN)将要使用的450MHz-5GHz频谱资源提出了优化方案,并对我国NGMN可能使用的6GHz以上频谱资源进行了研究,提出我国NGMN频谱布局的。

  国家无线电监测中心博士王坦介绍,在移动通信的演进历程中,我国不断转变角色,依次经历了“2G,3G突破,4G同步”的各个阶段。在5G时代,我国率先在亚太地区成立IMT-2020(5G)推进组,整合产、学、研、用精锐力量,积极向国际电信联盟等国际组织输出观点。

  “目前,我国正在稳步推进5G研发工作,并已适当地领先于国际电信联盟工作时间表。相信中国在5G标准化过程中发挥的作用将比4G时期进一步提高,将为全球5G产业发展做出不可替代的贡献。”国家无线电监测中心副总工程师黄标这样表示。

  除了国家层面的研究外,包括中移动、华为、中兴在内的中国企业都已积极展开5G技术的研发和布局。2014年2月,中国移动就公开表示,中国移动将全力支持5G项目发展,并希望通过努力引导产业界5G技术研发和技术标准的制定,在移动通信标准领域继续发挥引领性作用。而在今年的多个世界级移动通信展会上,中国移动还与日本DoCoMo、韩国KT共同发布5G合作联合声明,宣布三家运营商将共同针对亚洲市场研究和丰富5G的需求,探索5G的新业务、新垂直市场,开展5G关键技术及系统验证,并与全球标准化组织合作,以实现全球协调一致的频谱规划和统一的5G标准。

  近期,国内三大运营商还透露,均已制定了2020年启动5G网络商用的计划,最快将于明年展开试验网络的建设和相关测试。如果前期工作进展顺利,三大运营商将有可能在2018年开始投入5G网络建设,到2020年正式启动商用。

  也有业内人士表示,在5G战略制高点的争夺中,我国企业任重道远。鼎宏元正知识产权代理事务所高级合伙人对5G技术进行专利检索发现,截至2015年4月1日,相关申请人在中国提交的关于5G技术的专利申请为211件,在美国提交的专利申请为179件。世界主要申请人中,提交5G专利申请数量最多的是日本电报电话公司(NTT),申请量为61件;三星排在第二位,提交的专利申请量为53件;美国阿尔卡特朗讯公司作为传统的通信业领导者,也提交了41件专利申请。

  “我国华为在5G技术方面提交的相关专利申请为30件,东南大学、中兴通讯(000063,股吧)、电信科学技术研究院等对5G技术也有一定的专利积累。从专利数量分布看,相较于日、韩、欧、美等国家和地区而言,我国的研发力量不够集中,研发水平有待进一步提升。”坦言,相比我国在2G时代技术全面落后的局面,以华为、中兴通讯和大唐电信(600198,股吧)等为代表的中国企业在5G时代正迅速缩小与世界先进水平的差距。

  未来 5G 网络正朝着网络多元化、 宽带化、 综合化、 智能化的方向发展。随着各种智能终端的普及,面向 2020 年及以后,移动数据流量将呈现爆炸式增长。在未来 5G 网络中, 减小小区半径, 增加低功率节点数量,是未来 5G 网络支持 1 000 倍流量增长的核心技术之一 。因此, 超密集异构网络成为未来 5G 网络提高数据流量的关键技术 。

  未来无线网络将部署超过现有站点 10 倍以上的各种无线节点,在宏站覆盖区内,站点间距离将保持 10 m 以内,并且支持在每 1 km2 范围内为 25 000个用户提供服务 。同时也可能出现活跃用户数和站点数的比例达到 1∶ 1的现象, 即用户与服务节点一一对应。密集部署的网络拉近了终端与节点间的距离,使得网络的功率和频谱效率大幅度提高,同时也扩大了网络覆盖范围,扩展了系统容量,并且增强了业务在不同接入技术和各覆盖层次间的灵活性。虽然超密集异构网络架构在 5G 中有很大的发展前景,但是节点间距离的减少,越发密集的网络部署将使得网络拓扑更加复杂, 从而容易出现与现有移动通信系统不兼容的问题。在 5G 移动通信网络中,干扰是一个必须解决的问题。

  网络中的干扰主要有:同频干扰, 共享频谱资源干扰, 不同覆盖层次间的干扰等。现有通信系统的干扰协调算法只能解决单个干扰源问题, 而在 5G 网络中,相邻节点的传输损耗一般差别不大,这将导致多个干扰源强度相近,进一步恶化网络性能,使得现有协调算法难以应对。此外, 由于业务和用户对 QoS需求的差异性很大,5G 网络需要采用一些列措施来保障系 统 性 能, 主 要 有: 不同业务在网络中的实现,各种节点间的协调方案,网络的选择 , 以及节能配置方法等 。

  准确有效地相邻节点是实现大规模节点协作的前提条件。在超密集网络中, 密集地部署使得小区边界数量剧增,加之形状的不规则,导致频繁复杂的切换。为了满足移动性需求, 势必出现新的切换算法;另外, 网络动态部署技术也是研究的重点。由于用户部署的大量节点的和关闭具有突发性和随机性, 使得网络拓扑和干扰具有大范围动态变化特性;而各小站中较少的服务用户数也容易导致业务的空间和时间分布出现剧烈的动态变化。

  传统移动通信网络中, 主要依靠人工方式完成网络部署及运维,既耗费大量人力资源又增加运行成本,而且网络优化也不理想。在未来 5G 网络中,将面临网络的部署、 运营及的挑战, 这主要是由于网络存在各种无线接入技术, 且网络节点覆盖能力各不相同,它们之间的关系错综复杂。因此,自组织网络(self-organizing network, SON) 的智能化将成为 5G 网络必不可少的一项关键技术。

  自配置即新增网络节点的配置可实现即插即用,具有低成本、 安装简易等优点。自优化的目的是减少业务工作量, 达到提升网络质量及性能的效果, 其方法是通过 UE 和eNB 测量,在本地 eNB 或网络管理方面进行参数自优化。自愈合指系统能自动检测问题、 定位问题和排除故障,大大减少成本并避免对网络质量和用户体验的影响。自规划的目的是动态进行网络规划并执行,同时满足系统的容量扩展、 业务监测或优化结果等方面的需求。目前,主要有集中式、 分布式以及混合式 3 种自组织网络架构。

  其中, 基于网管系统实现的集中式架构具有控制范围广、 冲突小等优点,但也存在着运行速度慢、 算法复杂度高等方面的不足;而分布式恰恰相反, 主要通过 SON 分布在eNB 上来实现, 效率和响应速度高, 网络扩展性较好,对系统依懒性小, 缺点是协调困难;混合式结合集中式和分布式 2 种架构的优点,缺点是设计复杂。SON 技术应用于移动通信网络时, 其优势体现在网络效率和方面, 同时减少了运营商的资本性支出和运营成本投入。由于现有的 SON 技术都是从各自网络的角度出发, 自部署、 自配置、 自优化和自愈合等操作具有性和封闭性, 在多网络之间缺乏协作。因此,研究支持异构网络协作的 SON 技术具有深远意义。

  在未来 5G 中, 面向大规模用户的音频、 视频、图像等业务急剧增长, 网络流量的爆炸式增长会极大地影响用户访问互联网的服务质量 。如何有效地分发大流量的业务内容, 降低用户获取信息的时延,成为网络运营商和内容提供商面临的一题。仅仅依靠增加带宽并不能解决问题, 它还受到传输中由阻塞和延迟、 网站服务器的处理能力等因素的影响,这些问题的出现与用户服务器之间的距离有密切关系。内容分发网络 (content distribution network, CDN) 会对未来 5G 网络的容量与用户访问具有重要的支撑作用。

  CDN 网络架构在用户侧与源 server 之间构建多个 CDN代理 server,可以降低延迟、 提高 QoS(quality of service)。当用户对所需内容发送请求时, 如果源服务器之前接收到相同内容的请求, 则该请求被 DNS 重定向到离用户最近的 CDN 代理服务器上, 由该代理服务器发送相应内容给用户。因此, 源服务器只需要将内容发给各个代理服务器, 便于用户从就近的带宽充足的代理服务器上获取内容, 降低网络时延并提高用户体验。随着云计算、 移动互联网及动态网络内容技术的推进, 内容分发技术逐步趋向于专业化、 定制化,在内容由、 管理、 推送以及安全性方面都面临新的挑战 [9] 。

  在未来 5G 网络中, 随着智能移动终端的不断普及和快速发展的应用服务, 用户对移动数据业务需求量将不断增长, 对业务服务质量的要求也不断提升。CDN 技术的优势正是为用户快速地提供信息服务,同时有助于解决网络拥塞问题。因此,CDN技术成为 5G 必备的关键技术之一。

  在未来 5G 网络中, 网络容量、 频谱效率需要进一步提升,更丰富的通信模式以及更好的终端用户体验也是 5G 的演进方向。设备到设备通信 ( device-to-device communication,D2D) 具有潜在的提升系统性能、 增强用户体验、 减轻基站压力、 提高频谱利用率的前景。因此, D2D 是未来 5G 网络中的关键技术之一。

  D2D 通信是一种基于蜂窝系统的近距离数据直接传输技术。D2D 会话的数据直接在终端之间进行传输, 不需要通过基站转发, 而相关的控制信令,如会话的建立、 维持、 无线资源分配以及计费、 鉴权、 识别、 移动性管理等仍由蜂窝网络负责 。蜂窝网络引入 D2D 通信, 可以减轻基站负担, 降低端到端的传输时延, 提升频谱效率, 降低终端发射功率。当无线通信基础设施损坏, 或者在无线网络的覆盖盲区,终端可借助 D2D 实现端到端通信甚至接入蜂窝网络。在 5G 网络中, 既可以在授权频段部署 D2D 通信,也可在非授权频段部署。

  M2M(machine to machine, M2M)作为物联网在现阶段最常见的应用形式, 在智能电网、 安全监测、城市信息化、 监测等领域实现了商业化应用。3GPP 已经针对 M2M 网络制定了一些标准, 并已立项开始研究 M2M 关键技术。根据美国咨询机构FORRESTER 预测估计, 到 2020 年, 全球物与物之间的通信将是人与人之间通信的 30 倍。IDC 预测,在未来的 2020 年,500 亿台 M2M 设备将活跃在全球移动网络中。M2M 市场蕴藏着巨大的商机。因此,研究 M2M 技术对 5G 网络具有非比寻常的意义。

  M2M 的定义主要有广义和狭义 2 种。广义的M2M 主要是指机器对机器、 人与机器间以及移动网络和机器之间的通信, 它涵盖了所有实现人、 机器、系统之间通信的技术;从狭义上说, M2M 仅仅指机器与机器之间的通信。智能化、 交互式是 M2M 有别于其它应用的典型特征, 这一特征下的机器也被赋予了更多的“智慧” 。

  随着实时音频、 高清视频等服务的日益激增,基于通信的传统 TCP /IP 网络无法满足海量数据流量分发的要求。网络呈现出以信息为中心的发展趋势。信 息 中 心 网 络 ( information-centric network,ICN)的思想最早是 1979 年由 Nelson 提出来的 ,后来被 Baccala 强化 。目前, 美国的 CCN、 DONA和 NDN 等多个组织对 ICN 进行了深入研究。作为一种新型网络体系结构,ICN 的目标是取代现有的 IP。

  ICN 所指的信息包括实时流、 网页服务、 多通信等,而信息中心网络就是这些片段信息的总集合。因此,ICN 的主要概念是信息的分发、 查找和传递,不再是目标主机的可连通性。不同于传统的以主机地址为中心的 TCP /IP 网络体系结构,ICN 采用的是以信息为中心的网络通信模型, 忽略 IP 地址的作用, 甚至只是将其作为一种传输标识。全新的网络协议栈能够实现网络层解析信息名称、 由缓存信息数据、 多播传递信息等功能, 从而较好地解决计算机网络中存在的扩展性、 实时性以及动态性等问题。

  首先,内容提供方向网络发布自己所拥有的内容,网络中的节点就明白当收到相关内容的请求时如何响应该请求。然后,当第一个订阅方向网络发送内容请求时,节点将请求转发到内容发布方,内容发布方将相应内容发送给订阅方, 带有缓存的节点会将经过的内容缓存。其他订阅方对相同内容发送请求时,邻近带缓存的节点直接将相应内容响应给订阅方。因此,信息中心网络的通信过程就是请求内容的匹配过程。传统 IP 网络中, 采用的是“推” 传输模式,即服务器在整个传输过程中占主导地位, 忽略了用户的地位, 从而导致用户端接收过多的垃圾信息。

  ICN 网络正好相反, 采用“拉” 模式, 整个传输过程由用户的实时信息请求触发, 网络则通过信息缓存的方式,实现快速响应用户。此外,信息安全只与信息自身相关,而与存储容器无关。针对信息的这种特性,ICN 网络采用有别于传统网络安全机制的基于信息的安全机制。这种机制更加合理可信, 且能实现更细的安全策略粒度。和传统的 IP 网络相比,ICN 具有高效性、 高安全性且支持客户端移动等优势。目前比较典型的 ICN 方案有 CCN, DONA,NetInf,INS 和 TRIAD。

  移动云计算是一种全新的 IT 资源或信息服务的交付与使用模式, 它是在移动互联网中引入云计算的产物。移动网络中的移动智能终端以按需、 易扩展的方式连接到远端的服务提供商, 获得所需资源,主要包含基础设施、 平台、 计算存储能力和应用资源。SaaS 软件服务为用户提供所需的软件应用,终端用户不需要将软件安装在本地的服务器中,只需要通过网络向原始的服务提供者请求自己所需要的功能软件。PaaS 平台的功能是为用户提供创建、 测试和部署相关应用等服务。PaaS 自身不仅拥有很好的市场应用场景, 而且能够推进 SaaS。而 IaaS 基础设施提供基础服务和应用平台。

  随着网络通信技术和计算机技术的发展, 互联网 + 、 三网融合、 云计算服务等新兴产业对互联网在可扩展性、 安全性、 可控可管等方面提出了越来越高的要求。SDN(software-defined networking, 软件定义网络) /NFV(network function virtualization,网络功能虚拟化)作为一种新型的网络架构与构建技术, 其的控制与数据分离、 软件化、 虚拟化思想, 为突破现有网络的困境带来了希望。在欧盟公布的 5G 愿景中, 明确提出将利用 SDN /NFV 作为基础技术支撑未来 5G 网络发展。

  SDN 架构的核心特点是性、 灵活性和可编程性。主要分为 3 层:基础设施层位于网络最底层,包括大量基础网络设备,该层根据控制层下发的规则处理和转发数据;中间层为控制层,该层主要负责对数据转发面的资源进行编排,控制网络拓扑、 收集全局状态信息等;最上层为应用层,该层包括大量的应用服务,通过的北向 API 对网络资源进行调用。

  SDN 将网络设备的控制平面从设备中分离出来, 放到具有网络控制功能的控制器上进行集中控制。控制器掌握所有必需的信息, 并通过的 API 被上层应用程序调用。这样可以消除大量手动配置的过程,简化管理员对全网的管理, 提高业务部署的效率。SDN 不会让网络变得更快, 但他会让整个基础设施简化,降低运营成本, 提升效率。未来 5G 网络中需要将控制与转发分离,进一步优化网络的管理,以 SDN 驱动整个网络生态系统。

  目前,无线网络面临着一系列的挑战。首先,无线网络中存在大量的异构网络, 如: LTE、 Wimax、UMTS、 WLAN 等,异构无线网络并存的现象将持续相当长的一段时间。目前, 异构无线网络面临的主要挑战是难以互通,资源优化困难,无线资源浪费,这主要是由于现有移动网络采用了垂直架构的设计模式。此外, 网络中的一对多模型( 即单一网络特性对多种服务),无法针对不同服务的特点提供定制的网络保障,降低了网络服务质量和用户体验。因此,在无线网络中引入 SDN 思想将打破现有无线网络的封闭现象,彻底改变无线网络的困境。

  软件定义无线网络保留了 SDN 的核心思想, 即将控制平面从分布式网络设备中解耦, 实现逻辑上的网络集中控制,数据转发规则由集中控制器统一下发。软件定义无线 个层面。在软件定义无线网络中, 控制平面可以获取、更新、预测全网信息,例如:用户属性、动态网络需求以及实时网络状态。因此,控制平面能够很好地优化和调整资源分配、转发策略、流表管理等,简化了网络管理,加快了业务创新的步伐。

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