5G WISDOM 无线通信的力量

技术史上开启了一个新时代，服务于速度的世纪，新数字时代的通信有望体验到现有通信网络无法想象的高数据速率。据统计，到2024年，5G网络将覆盖全球40%的人口，处理25%的移动流量数据。

本文将带您了解以下部分：

1. History Of Wireless Technology
2. Overview Of 5G
3. WISDOM (Wireless Innovative System for Dynamically Operating Mega Communication)
4. GIMCV (Global Information Multimedia Communication)
5. Requirements Of 5G
6. Cyber Security Challenges
7. Summary

第一次无线传输；它只不过是使用无线电波传输摩尔斯电码。但无线通信的转折点是可以无线通信的手持设备的发明。这项发明导致了技术的发展。让我们来看看移动无线技术一代：

• 1G — 第一代移动通信系统。
• 2G — 第二代通信系统。
• 3G — 第三代通信系统。
• 4G — 第四代通信系统。
• 5G——第五代通信系统。

1G — 第一代移动通信系统

第一代通信系统（1G）采用模拟系统，日本电话电报公司于1978年在日本投入使用。该模拟系统使用的频率范围在800MHz到900MHz之间，带宽为10MHz . 1G 系统提供纯语音服务，其接入技术为频分多址（FDMA）。但是1G系统不可避免的缺点是：

1. 复用流量
2. 无法在不同国家之间运作
3. 安全性较低

2G — 第二代通信系统

第二代通信系统是一种数字蜂窝系统，可以定义为标准的全球移动通信系统（GSM）。数字系统通信是2G系统的关键特性之一；它允许更有效地使用频谱，并减少语音通信的带宽。缺点之一是它最多只能处理 9.6 kbps，这对 Internet 相关服务不利。

随后推出了 2.5G 和 2.7G。 2.5G 系统使用通用分组无线服务 (GPRS) 标准，它支持一系列特性——无线应用协议、多媒体消息服务、短消息服务、手机游戏等。而 2.7G 使用 EDGE——GSM 演进的增强数据速率；与 2.5 G 相比，它提供了更高的数据速率。

3G — 第三代通信系统

第三代通信系统 (3G) 提供高速互联网接入，突发模式下为 384 kbps。 3G提供的服务有视频通话、宽带无线数据、移动电视、GPS、视频广播服务等。但是，3G 系统的一些缺点是：

1. 需要更高的带宽来支持更高的数据速率
2. 昂贵的基础设施
3. 频谱许可证很贵

4G——第四代通信系统

第四代通信系统提供 100 Mbps 的高速互联网接入，因此可以提供高质量的视频和音频流。 4G的两个主要标准是：

1. 全球微波互操作性
2. WiMax 和长期演进 (LTE)

与 4G 系统相关的一些技术挑战是：

1. 高数据速率——OFDM、失真、MC-CDMA
2. 涡轮、LDPC
3. 多输入多输出设备
4. 认知无线电
5. 智能天线系统

5G概述

5G被称为第五代技术标准，可确保更快的通信和无处不在的连接。第五代通信网络基于WISDOM(Wireless Innovation System for Dynamically Operating Mega Communication)，提供增强型移动宽带(eMBB)、超可靠低时延通信(URLLC)、海量机器类通信(MMTC)等增强能力。 ）。让我们详细讨论一下。

增强型移动宽带 (eMBB)

Enhanced Mobile 品牌在广泛的覆盖范围内提供更快的数据传输。因此，eMBB 可以确保为数据丰富的应用程序和引人注目的数字媒体提供更高的用户体验。它为 5G 用户提供流畅且灵活的技术相关服务。他们之中有一些是：

1. 超高显示。
2. 360 度视频流。
3. 沉浸式 VR 和 AR 应用程序。
4. 可穿戴移动设备的高端功能。
5. 移动云。
6. 智能导航。
7. 实时互动游戏等。

从以上特点可以看出，eMBB不仅仅是提供多媒体内容，它还为基于云的应用提供了更高的用户体验；它为智能办公应用定义了新标准，例如具有 360 度视频的虚拟会议、实时翻译等。

超可靠低延迟通信 (URLLC)

URLLC 确保超可靠和低延迟的通信，可用于关键任务应用——远程手术、远程患者诊断、智能交通系统、智能电网等。它不仅提供不间断和强大的数据交换，而且还确保端到端的安全性和可靠性。
5G网络实现URLLC是一项具有挑战性的任务； 5G 需要对现有电信基础设施进行修改，因为 URLLC 的 QoS 要求（空中接口延迟和系统可靠性）因应用而异。让我们考虑空口延迟的场景，它取决于信道质量和专用带宽，根据应用而变化。另一方面，实现可靠性也是一项具有挑战性的任务，因为不同的移动应用程序依赖于不同的重传方法。

大规模机器类型通信 (MMTC)

大规模机器类型通信 (MMTC) 是一种通信范式，其中机器类型设备向其他机器发送信息，而人工干预较少或为零。这种 M2M 数据共享可以表征为自动化数据生成、智能机器之间的驱动等。而且，它为包含物联网 (IoT) 的各种连接设备定义了新标准。
MMTC 不同于现有的通信模型，因为它包含一组功率受限的设备，并且还表现出不同的流量模式。不同的设备类型和不同的流量模式有助于实现工业4.0、物联网、车联网、更有效的安全监控、POS等多样化需求。
简而言之，eMBB 提供了广泛的覆盖范围； URLLC 确保超可靠和低延迟的通信，而 MMTC 为数十亿 M2M 设备提供高效、安全的无线连接和网络。这些应用共同定义了 5G。

WISDOM（动态操作巨型通信的无线创新系统）

WISDOM 是解释 5G 的重要概念。简单来说，我们可以将 5G 系统定义为 4G 和 WISDOM 技术的结合。 WISDOM 可以提供高达 Terahertz 的频率和高达 Tera bps 的数据速率。在这里，它通过使用毫米波实现 Tera bps。让我们来看看以下部分。

1. WISDOM Objectives
2. Five Independent Vectors
3. Pillars of WISDOM
4. WISDOM Architecture
5. WISDOM Benefits
6. WISDOM Challenges

智慧目标

WISDOM 的主要目标是为以人为中心的大型通信提供无线基础设施，通过以更高的容量和性能弥合不同部门的通信差距，从而有助于将不同部门互连。这可以通过以下方式实现：

1. 设计可提供 3 到 5 倍信道效率的空中接口。
2. 创建新颖的跨层和跨网络域优化。
3. 开发融合的 WISDOM 系统。
4. 利用更小尺寸的小区和虚拟小区以及优化的动态频谱管理。

五个独立向量

五个独立向量如下图所示：

有五个独立的向量有助于 WISDOM 的概念。他们是-

1. 沟通。
2. 连通性。
3. 收敛。
4. 内容。
5. 合作。

它可以通过确保快速数据传输、用于全球连接的单一 IP、远程业务通信等来满足当代需求。

智慧的支柱

WISDOM 的主要目标是通过以更高的容量和性能弥合不同部门的通信差距来互连不同部门。它还旨在为最终用户提供丰富的数字体验。 WISDOM 支柱在满足这一需求方面发挥着重要作用。

WISDOM 的顶层设计是基于3 个创始支柱设计的。它们如下：

1. 信息论性能/容量估计：在这里，考虑来自不同类型网络范式的信息来确定设计过程的效率和容量。

2.端到端性能优化：这种性能优化提供了高可靠的通信链路，比基于经典分层设计的效率高得多。为了实现这种优化，它使用了一种新颖的传输协议，该协议与网络的有线部分（光纤）兼容。

3. 认知网络原则：这些原则使得可以考虑广泛的使用场景，而不管它们的复杂性。它还在最小化频谱和能源需求方面发挥着重要作用。融合 WISDOM 架构中的自组织/自愈无线接入网络基于认知网络原理。

智慧建筑

WISDOM 架构具有三个主要组件。

1. 人对机器 (P2M)： WISDOM 架构中的 P2M 组件使人类以令人难以置信的方式与机器交互和连接成为可能。它可以克服当今的挑战——例如带宽需求、新系统的异构和集成以及不同的网络范式——并且可以提供无缝的人机通信体验。它利用毫米波和亚太赫兹点对点 MIMO，并提供高达 1 Tbit/s 的低比特率。 P2M 组件的一些应用包括物联网、无线传感器网络 (WSN)、MANET 等。
2. 短程（WPAN 和 WLAN）： WISDOM 短程组件具有多个定向天线，可向同一终端传输。该技术有助于创建空间多样性并减弱视线 (LoS) 阻塞。它促进了无线个人区域网络 (WPAN) 和无线局域网 (WLAN)。该组件使用毫米波、多无线电、多跳、室内和无线网状网络等通信方法，并提供可持续的 10 Gbit/s 和突发 1 Terabit/sec 链接。一些应用是智能家居、儿童监控、沉浸式增强现实和游戏、智能头盔、智能汽车、绿色信息通信技术 (GICT)、个性化药物、智能机器人、触觉互联网、RFID 等。
3. 蜂窝和 WMAN 范围：该组件提供由无线电小区网络组成的下一代蜂窝网络。它有助于设计融合架构和网络解决方案，以促进未来网络上以人为本的大型通信。通过这个组件，WISDOM 专注于连接使用不同技术的网络节点，并支持一些新颖的解决方案。它考虑了一种基于传输、信令和调制技术的新通信系统。它利用毫米波频段中的 MIMO 和虚拟 MIMO 链路以及不同类型的波束成形在高频下生成高度定向的链路。此 WISDOM 组件提供可持续的对称 300 Mbps 链接（1 Gbit/s 峰值）和完全移动性。

智慧的好处

广泛的技术可以从 WISDOM 中受益。它们如下：

1. 多媒体通信：智慧科技专注于机器对机器（M2M）和点对点（P2P）领域，从而确保家庭网络、智慧城市和技术社交系统的效率。
2. 认知通信：认知通信包括教育、办公、应急、商业、智能交通系统等广泛的服务。
3. 个性化医疗：该领域包括生物信息学、身体传感器、多传感器网络、数据保护等。
4. 定位和定位：定位和定位包括——导航系统、无处不在的协同定位、地理标记、机器人技术等。
5. 未来网络： WISDOM可以标准化物理安全、协同通信、物联网等未来网络流程。
6. 动态运行大型通信： WISDOM 的另一个优势是它能够根据地理位置的变化动态切换通信网络。让我们指出它的主要特点：
   • 有希望的频谱。
   • 新型使能技术。
   • 降低运营成本。
   • 覆盖范围和电力成本较低。
   • 可扩展和灵活的技术选项。

WISDOM 在广泛的覆盖范围内提供更快的数据速率；它通过形成全球信息多媒体通信 (GIMCV)来确保这种覆盖。

智慧挑战

让我们来看看 WISDOM 面临的挑战。

1. 在短距离内实现更高的数据速率 (1 Tera bps)

在短距离内实现 T bit/s 通信的一些主要挑战是：

• 利用超高频频段实现更高数据速率的挑战。这些包括有限的技术支持、缺乏额外的高频信道特性、在传输技术中考虑 CMOS 组件的限制以及数字设备的通带不允许使用带宽高于 2 GHz 的信道。
• 需要新颖的 PHY 技术和先进的认知网络架构，以促进向同一终端传输的多个方向天线

2. 完全移动的户外移动通信

实现完全移动的户外移动通信（300 Mbps到完全移动的个人用户）

• 需要基于传输、信令和调制技术来考虑新的通信系统。
• 它需要 MIMO、虚拟 MIMO 和各种类型的波束成形来建立高度定向的链路。
• 使用小型小区和虚拟小区。

3. 融合架构

设计融合架构可实现无处不在的太比特无线连接，以实现以人为本的大型通信。一些挑战是：

• 提出一种新颖的解决方案，解决整个网络架构和使用不同技术的网络节点的互连。
• 在各种频谱分配和干扰条件下运行。
• 在融合架构的有线和无线部分之间提供无缝互连。
• 设计本地网络和全球互联级别的网络算法和协议。

GIMCV（全球信息多媒体通信）

WISDOM 通过形成全球信息多媒体通信提供广泛的覆盖范围。它的范围从城市到州，再到国家和世界。在进入 GIMCV 之前，让我们先了解一下蜂窝网络。

蜂窝网络由小区组成，每个小区代表一个地理区域。此处，小区站点或基站收发器为每个小区提供网络覆盖。一个小区可以使用多个频率，范围从f1到f6，条件是相邻小区不应该使用同一个频率（同频干扰）。如果我们看一下蜂窝网络层次结构，它由宏蜂窝（范围达 35 公里）、微蜂窝（范围达 2 公里）、微微蜂窝（范围达 200 米）和毫微微蜂窝（10 米）组成。

全球信息多媒体通信 (GIMCV) 包括国家和国际区域，以宏小区表示。每个宏小区进一步划分为微小区（城市网络），微小区由微微小区（家庭网络）组成。该模型可以提供一种有效的结构，用于对附近的设备进行分组。

5G的要求

要实现1Tbit/s的数据速率，基于WISDOM的5G需要一定的要求。它们如下：

1. 单一ID移动终端，实现无缝网络连接
2. 需要分布式天线系统 (DAS) 和多输入和大规模多输出 (MIMO) 天线
3. D2D 在基于 WISDOM 的 5G 中的利用
4. 需要不用于现有蜂窝通信的频段
5. 可见光通信
6. 认知无线电技术

网络安全挑战

让我们讨论一些网络安全挑战

• 统一技术避免了网络边界的需要。因此，维护运营法规更具挑战性。
• 统一网络允许用户直接从 CPS 访问信息。这种直接访问会导致 CPS 网络攻击的巨大增加。
• 统一导致难以区分合法和非法活动
• 使用 M2M 通信，一台机器可以利用另一台机器进行非法活动。今天没有任何管辖法律来解决这种情况。
• 恶意设备可以在协作实现频谱共享、频谱感知、频谱管理和频谱移动性等功能的同时攻击节点。

概括

5G通过使能5G智能核心、泛在连接、泛在组网，满足世纪速度的需求，带来又一次革命。但是，另一方面，我们仍然不清楚 5G 电磁辐射的生物效应。