移動通信的歷史及發(fā)展

1、一、移動通信的發(fā)展歷程第一代一模擬移動通信技術(shù)(1g)笫一代移動通信系統(tǒng)(1g)是在20世紀(jì)80年代初提出的，它完成于20世紀(jì)90年代初，如 nmt和amps, nmt于1981年投入運(yùn)營。第一代移動通信系統(tǒng)是基于模擬傳輸?shù)模涮攸c(diǎn) 是業(yè)務(wù)量小、質(zhì)蜃差、交全性差、沒有加密和速度低。1g主要基于蜂貞結(jié)構(gòu)組網(wǎng)，肓接使 用模擬語音調(diào)制技術(shù)，傳輸速率約2. 4kbit/s0不同國家采用不同的工作系統(tǒng)。第二代一數(shù)字移動通信技術(shù)(2g)笫二代移動通信技術(shù)(2g)起源于90年代初期。歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會在1996年提岀了 gsm phase 2+, 口的在于擴(kuò)展和改進(jìn)gsm phase 1及phase 2屮原定

2、的業(yè)務(wù)和性能。它主要包扌舌cmael(客 戶化應(yīng)用移動網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)邏輯),s0(支持最佳路由)、立即計費(fèi),gsm 900/1800雙頻段工作等內(nèi)容, 也包含了與全速率完全兼容的增強(qiáng)型話音編解碼技術(shù)，使得話音質(zhì)量得到了質(zhì)的改進(jìn)；半速 率編解碼器可使gsm系統(tǒng)的容量提近一倍。在gsm phase2+階段中，采用更密集的頻率復(fù) 用、多復(fù)用、多重復(fù)用結(jié)構(gòu)技術(shù)，引入智能天線技術(shù)、雙頻段等技術(shù)，有效地克服了隨著業(yè) 務(wù)雖劇增所引發(fā)的gsm系統(tǒng)容量不足的缺陷；自適應(yīng)語音編碼(amr)技術(shù)的應(yīng)用，極人提高 了系統(tǒng)通話質(zhì)量;gprs/edge技術(shù)的引入,使gsm與計算機(jī)通信/internet有機(jī)相結(jié)合,數(shù) 據(jù)傳送速率

3、可達(dá)115/384kbit/s,從而使gsm功能得到不斷增強(qiáng)，初步貝-備了支持多媒體業(yè) 務(wù)的能力。盡管2g技術(shù)在發(fā)展中不斷得到完善，但隨著用戶規(guī)模和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大, 頻率資源己接近枯竭，語音質(zhì)彙不能達(dá)到用戶滿意的標(biāo)準(zhǔn),數(shù)據(jù)通信速率太低，無法在真正 意義上滿足移動多媒體業(yè)務(wù)的需求。第三代一3g技術(shù)第三代移動通信系統(tǒng)(3g),也稱imt2000,是正在全力開發(fā)的系統(tǒng)，其最基本的特征是智能 信號處理技術(shù)，智能信號處理單元將成為基木功能模塊，支持話咅和多媒體數(shù)據(jù)通信，它可 以提供前兩代產(chǎn)品不能捉供的各種寬帶信息業(yè)務(wù)，例如高速數(shù)據(jù)、慢速圖像與電視圖像等。 如wcdma的傳輸速率在用戶靜止時最人為2m

4、bps,在用戶高速移動是最人支持144kbps, 說占頻帶寬度5mhz左右。但是，第三代移動通信系統(tǒng)的通信標(biāo)準(zhǔn)共冇wcdma, cdma2000 和td-scdma三大分支，共同組成一個imt 2000家庭，成員間存在相互兼容的問題，因此 已有的移動通信系統(tǒng)不是真正意義上的個人通信和全球通信；再者，3g的頻譜利用率還比 較低，不能充分地利川寶貴的頻譜資源；第三，3g支持的速率還不夠高，如單載波只支持 最大2fdps的業(yè)務(wù)，等等。這些不足點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)未來移動通信發(fā)展的需要，因此尋求 一種既能解決現(xiàn)冇問題，乂能適應(yīng)未來移動通信的盂求的新技術(shù)(即新一代移動通信：next gen-eration m

5、obile communication)是必要|的。二、4g簡介(一)4g定義隨著社會的不斷發(fā)展與科技的不斷進(jìn)步，第三代移動通信技術(shù)也不能滿足人們的需求，因此, 發(fā)展新一代移動通信技術(shù)迫在眉睫。所謂4g,是指達(dá)到以下兒種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的移動通信技術(shù)：一、數(shù)據(jù)速率從2mb/s提高到1 oomb/s,移動速率從步行到車速以上。2、支持高速數(shù)據(jù)和 高分辨率多媒體服務(wù)的需要。寬帶局域網(wǎng)應(yīng)能與b-isdn和atm兼容，實現(xiàn)寬帶多媒體通信， 形成綜合寬帶通信網(wǎng)。3、對全速移動用戶能夠提供150mb/s的高質(zhì)最影像等多媒體業(yè)務(wù)。（二）4g技術(shù)簡介1、接入系統(tǒng)4g移動通信接入系統(tǒng)的顯著特點(diǎn)是，智能化多模式終端（mu

6、lti mode terminal）基于公共平臺, 通過各種接入技術(shù)，在各種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（平臺）z間實現(xiàn)無縫連接和協(xié)作。在4g移動通信中， 各種專門的接入系統(tǒng)都基于一個公共平臺，相互協(xié)作，以最優(yōu)化的方式工作，來滿足不同用 戶的通信需求。當(dāng)多模式終端接入系統(tǒng)時，網(wǎng)絡(luò)會自適應(yīng)分配頻帶、給出最優(yōu)化路由，以達(dá) 到最住通信效果?？谇埃?g移動通信的主要接入技術(shù)有：無線蜂窩移動通信系統(tǒng)（例如2g、 3g）；無繩系統(tǒng)（如dect）；短距離連接系統(tǒng)（如藍(lán)牙）；wlan系統(tǒng)；固定無線接入系統(tǒng); 衛(wèi)星系統(tǒng)；平流層通信（sts）；廣播電視接入系統(tǒng)（如dab、dvbt、catv）o隨著技術(shù)發(fā)展 和市場需求變化，新的接入技

7、術(shù)將不斷出現(xiàn)。不同類型的接入技術(shù)針對不同業(yè)務(wù)而設(shè)計，因此，我們根據(jù)接入技術(shù)的適用領(lǐng)域、移動小 區(qū)半徑和工作環(huán)境，對接入技術(shù)進(jìn)行分層。*分配層：主要由平流層通信、衛(wèi)星通信和廣播電視通信組成，服務(wù)范i節(jié)i覆蓋而積人。*蜂窩層：主要由2g、3g通信系統(tǒng)組成，服務(wù)范圍覆蓋面積較大。*熱點(diǎn)小區(qū)層：主耍由wlan網(wǎng)絡(luò)組成，服務(wù)范圍集屮在校園、社區(qū)、會議中心等，移動 通信能力很有限。*個人網(wǎng)絡(luò)層：主要應(yīng)用于家庭、辦公室等場所，服務(wù)范圍覆蓋面積很小。移動通信能力 有限，但可通過網(wǎng)絡(luò)接入系統(tǒng)連接具他網(wǎng)絡(luò)層。*固定網(wǎng)絡(luò)層：主要指雙絞線、同軸電纜、光纖組成的固定通信系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)接入系統(tǒng)在整個移動網(wǎng)絡(luò)屮處于十分重要的位

8、置。未來的接入系統(tǒng)將主要在以下三個 方血進(jìn)行技術(shù)革新和突破:（1）為最大限度開發(fā)利用有限的頻率資源，在接入系統(tǒng)的物理層， 優(yōu)化調(diào)制、信道編碼和信號傳輸技術(shù)，提高信號處理算法、信號檢測和數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，并在 頻譜共享和新型天線方而做進(jìn)一步研究。（2）為提高網(wǎng)絡(luò)性能,在接入系統(tǒng)的高層協(xié)議方而， 研究網(wǎng)絡(luò)白我優(yōu)化和h動重構(gòu)技術(shù)，動態(tài)頻譜分配和資源分配技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)管理和不同接入系 統(tǒng)間協(xié)作。（3）提高和擴(kuò)展ip技術(shù)在移動網(wǎng)絡(luò)屮的應(yīng)用；加強(qiáng)軟件無線電技術(shù)；優(yōu)化無線 電傳輸技術(shù)，如支持實時和非實時業(yè)務(wù)、無縫連接和網(wǎng)絡(luò)安全。4g移動通信的軟件系統(tǒng)v 4g移動通信的軟件系統(tǒng)趨于標(biāo)準(zhǔn)化、復(fù)雜化、智能化。軟件系 統(tǒng)的

9、首要任務(wù)是，創(chuàng)建一個公共的軟件平臺，使不同通信系統(tǒng)和終端的應(yīng)用軟件，通過此平 臺“互連互通”；并通過此軟件平臺，實現(xiàn)對不同通信系統(tǒng)和終端的悸理和監(jiān)控。因此， 建立一個統(tǒng)一的軟件標(biāo)準(zhǔn)和互連協(xié)議，是4g移動通信軟件系統(tǒng)的關(guān)鍵。軟件系統(tǒng)將逐步采用web服務(wù)模式，以代替現(xiàn)行的客戶/服務(wù)器模式。新的計算機(jī)語言如xml, 將用于未來的這種基于web的分布式服務(wù)。另一方面，軟件系統(tǒng)還將在網(wǎng)絡(luò)安全上做進(jìn)一 步研究，以保障通信網(wǎng)絡(luò)的正常工作、數(shù)據(jù)完整和英他特殊需要。2、關(guān)鍵技術(shù)（1）ofdm技術(shù)。它實際上是多載波調(diào)制mcm的一種.其主耍原理是：將待傳輸?shù)母咚?串行數(shù)據(jù)經(jīng)串/并變換，變成在n個子信道上并行傳輸?shù)牡?/p>

10、速數(shù)據(jù)流，再用n個相互正交 的載波進(jìn)行調(diào)制，然后疊加一起發(fā)送。接收端用相十載波進(jìn)行相干接收，再經(jīng)并/串變換恢 復(fù)為原高速數(shù)據(jù)。（2）多輸入多輸dj（mimo）技術(shù)。多輸入多輸出（mimo）技術(shù)是無線移動通信領(lǐng)域儕能天線技 術(shù)的重大突破。該技術(shù)能在不增加帶寬的情況下成倍地提高通信系統(tǒng)的容雖和頻譜利用率， 是下一代移動通信系統(tǒng)的核心技術(shù)乙一。mimo系統(tǒng)采用空時處理技術(shù)進(jìn)行信號處理，在豐 富的散射壞境卜.，空分復(fù)用mimo系統(tǒng)（如blast結(jié)構(gòu)）可以獲得與犬線數(shù)成正比的容量增長， 從而極人地捉高頻譜效率，增加系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率。但是當(dāng)散射程度欠佳吋，會引起信道 間的空間相關(guān)，尤其在室外環(huán)境下，由于

11、棊站的天線較高，從而角度擴(kuò)展較小，其空間相關(guān) 難以避免，在這種情況下mimo不可能獲得所期望的數(shù)據(jù)傳輸速率。（3）切換技術(shù)。切換技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)移動終端在不同小區(qū)z間跨越和在不同頻率z間通信以 及在信號質(zhì)量降低時如何選擇信道。它是未來移動終端在眾多通信系統(tǒng)、移動小區(qū)之間建立 可靠通信的某礎(chǔ)。主要劃分為駛切換、軟切換和更軟切換.硬切換發(fā)生在不同頻率的某站或 不同系統(tǒng)z間。第4代移動通信中的切換技術(shù)正朝著軟切換和硬切換和結(jié)合的方向發(fā)展。（4）軟件無線電技術(shù)。軟件無線電是將標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的硬件功能單元經(jīng)過一個通用硬件 平臺，利川軟件加載方式來實現(xiàn)各種類型的無線電通信系統(tǒng)的一種具有開放式結(jié)構(gòu)的新技術(shù)。 通

12、過下載不同的軟件程序，在便件平臺上可實現(xiàn)不同功能，用以實現(xiàn)在不同系統(tǒng)中利用單一 的終端進(jìn)行漫游，它是解決移動終端在不同系統(tǒng)中工作的關(guān)鍵技術(shù)。軟件無線電技術(shù)主要涉 及數(shù)字信號處理硬(digital signal process hardware , dsph)、現(xiàn)場可編程器件(field programmable gate array, fpga) 數(shù)字信號處理(digital signalprocessor, dsp)等。(5) ipv6協(xié)議技術(shù)。3g網(wǎng)絡(luò)采用的主要是蜂窩纟fl網(wǎng)，而4g系統(tǒng)將是一個基于全ip的移動 通信網(wǎng)絡(luò)，可以實現(xiàn)不同類型的接入系統(tǒng)和通信網(wǎng)絡(luò)z間的無縫連。為了給用戶提供更為

13、廣 泛的業(yè)務(wù)，使運(yùn)營商管理更加方便、靈活，4g中將取代現(xiàn)有的ipv4協(xié)議，釆用全分組方式 傳送數(shù)據(jù)的ipv6協(xié)議。3、4g技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)(1) 兼容性能更平滑：第四代移動通信系統(tǒng)具備全球漫游，接口開放，能跟多種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)， 終端多樣化以及能從第二代平穩(wěn)過渡等特點(diǎn)。(2) 提供各種增值服務(wù)：4g移動通信系統(tǒng)技術(shù)以正交多任務(wù)分頻技術(shù)(ofdm)最受囑日， 利用這種技術(shù)人們可以實現(xiàn)例如無線區(qū)域環(huán)路(wll)、數(shù)字音訊廣播(dab)等方面的無線通信 增殖服務(wù)。(3)實現(xiàn)更高質(zhì)量的多媒體通信：4g通信能滿足第三代移動通信技術(shù)尚不能 達(dá)到的在覆蓋范i韋i、通信質(zhì)量、造價上支持的高速數(shù)據(jù)和高分辨率多媒體服務(wù)的需要，它又 被稱為“多媒體移動通信”。(4)頻率使用效率更高：第四代移動通信可以讓更多的人使 用與以前相同數(shù)量的無線頻譜做更多的事情，而且做這些事情的吋候速度相當(dāng)快。(5)通信費(fèi)用更加便宜：通信營運(yùn)商們會考慮采用逐步引入的方法，有效地降低運(yùn)行者和 用戶的費(fèi)用。三、移動通信技術(shù)的未來展望第一代移動通信技術(shù)己退出我們的視線，2g與3g技術(shù)依然為人多數(shù)人目前所使用。4g移 動通信還只處于實驗室研究開發(fā)階段。具體的設(shè)備和技術(shù)還沒有完全成型，后續(xù)的軟件開發(fā) 還沒有啟動