移動通信技術(shù)的發(fā)展歷程及3G技術(shù)的優(yōu)越性(完)

1、陜礪理N軟統(tǒng)ShaanxiUniversityofTechnology移動通信技術(shù)的發(fā)展歷程及3G技術(shù)的優(yōu)越性姓煤名專業(yè)班級學煤號院賽系郭軍龍通信0810813024013物理與電信工程學院2010/10/25移動通信技術(shù)作為當今社會信息化革命的先鋒，已經(jīng)成為最受矚目的通信技術(shù)。近年來移動通信技術(shù)的發(fā)展十分迅猛,各種新技術(shù)、新標準的問世，讓人眼花繚亂，目不暇接。3G剛剛商用，4G的標準就已經(jīng)呼之欲出。移動通信業(yè)務(wù)之所以發(fā)展迅猛主要是其滿足了人們在任何時間。任何地點與任何個人進行通信的愿望。移動通信是實現(xiàn)未來理想的個人通信服務(wù)的必由之路。在信息支撐技術(shù)、市場競爭和需求的共同作用下，移動通信技術(shù)的

2、發(fā)展更是突飛猛進，呈現(xiàn)出以下幾大趨勢：網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)化、分組化，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)寬帶化，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)智能化，更高的頻段，更有效利用頻率，各種網(wǎng)絡(luò)趨于融合。了解、掌握這些趨勢對移動通信運營商和設(shè)備制造商均具有重要的現(xiàn)實意義。近年來，人們對通信的需求也越來越高，不滿足于現(xiàn)狀，Internet網(wǎng)的不斷普遍，高速數(shù)據(jù)傳輸通道，這加速了移動通信技術(shù)的發(fā)展，使移動通信技術(shù)日新月異，新標準、新技術(shù)的出現(xiàn)周期越來越短，未來移動通信技術(shù)的發(fā)展將更快。技術(shù)的發(fā)展、市場需求的變化、市場競爭的加劇以及市場管制政策的放松將使移動通信網(wǎng)、計算機網(wǎng)、電信網(wǎng)、電視網(wǎng)等加快融合為一體，寬帶IP技術(shù)成為多網(wǎng)融合的支撐和結(jié)合點。未來的網(wǎng)絡(luò)將向?qū)?/p>

3、帶化、智能化、個人化方向發(fā)展，形成統(tǒng)一的綜合寬帶通信網(wǎng)，最終移動通信技術(shù)將與其他網(wǎng)絡(luò)進行融合，并形成信息技術(shù)的統(tǒng)一。移動通信技術(shù)的發(fā)展歷程與3G的優(yōu)越性移動通信技術(shù)的發(fā)展在過去的20年中，世界電信發(fā)生了巨大的變化，移動通信特別是蜂窩小區(qū)的迅速發(fā)展，使用戶徹底擺脫終端設(shè)備的束縛、實現(xiàn)完整的個人移動性、可靠的傳輸手段和接續(xù)方式。進入21世紀，移動通信將逐漸演變成社會發(fā)展和進步的必不可少的工具。第一代第一代移動通信系統(tǒng)（1G）是在20世紀80年代初提出的，它完成于20世紀90年代初，如NMT和AMPS,NMT于1981年投入運營。第一代移動通信系統(tǒng)是基于模擬傳輸?shù)?，其特點是業(yè)務(wù)量小、質(zhì)量差、交全性差

4、、沒有加密和速度低。1G主要基于蜂窩結(jié)構(gòu)組網(wǎng)，直接使用模擬語音調(diào)制技術(shù)，傳輸速率約2.4kbit/s。不同國家采用不同的工作系統(tǒng)。第二代第二代移動通信系統(tǒng)（2G）起源于90年代初期。歐洲電信標準協(xié)會在1996年提出了GSMPhase2+,目的在于擴展和改進GSMPhase1及Phase2中原定的業(yè)務(wù)和性能。它主要包括CMAEL（客戶化應(yīng)用移動網(wǎng)絡(luò)增強邏輯），S0（支持最佳路由卜立即計費，GSM900/1800雙頻段工作等內(nèi)容，也包含了與全速率完全兼容的增強型話音編解碼技術(shù)，使得話音質(zhì)量得到了質(zhì)的改進；半速率編解碼器可使GSM系統(tǒng)的容量提近一倍。在GSMPhase2+階段中，采用更密集的頻率復用

5、、多復用、多重復用結(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)量劇增所引發(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，極大提高了系統(tǒng)通話質(zhì)量；GPRS/EDGE技術(shù)的引入，使GSM與計算機通信/Internet有機相結(jié)合，數(shù)據(jù)傳送速率可達115/384kbit/s,從而使GSM功能得到不斷增強，初步具備了支持多媒體業(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)模的不斷擴大，頻率資源己接近枯竭，語音質(zhì)量不能達到用戶滿意的標準，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1、3G技術(shù)第三代移動通信系統(tǒng)（3G）,也稱I

6、MT2000,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本功能模塊，支持話音和多媒體數(shù)據(jù)通信，它可以提供前兩代產(chǎn)品不能提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大為2Mbps,在用戶高速移動是最大支持144Kbps,說占頻帶寬度5MHz左右。但是，第三代移動通信系統(tǒng)的通信標準共有WCDMA,CDMA2000和TD-SCDMA三大分支，共同組成一個IMT2000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，不能充分地利用寶貴的頻譜

7、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。這些不足點遠遠不能適應(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)有問題，又能適應(yīng)未來移動通信的需求的新技術(shù)（即新一代移動通信：nextgenerationmobilecommunication）是必要的。2、高速鐵路移動通信和3G技術(shù)一般來說，在高速移動的物體上，當速度超過時速150千米時，2G/3G的快速功率控制效果不佳，此時就要看哪種通信制式的抗衰落手段多，且衰落儲備量大。TD-SCDMA對高速移動情況不太適應(yīng)，主要是因為技術(shù)性能先進的只能天線沒有在高鐵上全面普及和覆蓋，且系統(tǒng)的增益又不高，再加上使用終端的功

8、率不大，使得在高鐵上，對于覆蓋邊緣由于衰落儲備不足而掉話；現(xiàn)在，GSM制式在高鐵系統(tǒng)中還沒有啟用功控裝置，不過GSM制式只提供語音通話，信道編碼糾錯技術(shù)在這種情況下的作用顯著，在通信基站功率達到40W,終端功率達到2W,且基站距離較短的情況下，衰落儲備量發(fā)揮作用，高鐵的應(yīng)用效果還可以。GSM系統(tǒng)中的EDGE制式在高鐵中的效果不好，主要是由于EDGE在高速數(shù)據(jù)時的編碼效率為1,沒有編碼冗余度，對應(yīng)的信道編碼增益相對較低，此外，高階的數(shù)據(jù)8PSK調(diào)制，會使得解調(diào)EDGE數(shù)據(jù)的信噪比較高，導致EDGE邊緣的覆蓋電壓需要更高，其衰落儲備要更大；但在實際的高鐵系統(tǒng)中，兩個基站覆蓋區(qū)之間的衰落儲備一般都不

9、足，使得傳輸?shù)臄?shù)據(jù)率會迅速下降。所以，就要尋求新的技術(shù)體系來解決高鐵中的移動通信問題。3G通信技術(shù)在我國的發(fā)展是日新月異。2009年1月7日，我國同時發(fā)放了三張3G拍照，即：TD-SCDMA、WCDMA、CDMA200,標志著我國正式進入了3G時代。3G網(wǎng)絡(luò)運行的兩年多時間里，在拉動我國GDP增長的同時，還為國內(nèi)創(chuàng)造了大量的就業(yè)機會。從技術(shù)角度來分析，3G移動通信網(wǎng)絡(luò)相對于2G網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢在于更大的系統(tǒng)容量和更好的通信質(zhì)量，且能夠?qū)崿F(xiàn)全球范圍的無縫漫游，為通信用戶提供包括語音、數(shù)據(jù)和多媒體等多種形式的通信服務(wù)。在國際移動通信領(lǐng)域，國際電聯(lián)對3G網(wǎng)絡(luò)有其最低的要求和標準，即：在高速移動的地面物體上

10、，3G網(wǎng)絡(luò)所能提供的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為64144kb/s，要能夠適應(yīng)500km/h的移動環(huán)境。針對該標準，我國現(xiàn)行的3種3G網(wǎng)絡(luò)中，WCDMA和CDMA2000主要采用軟切換”技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)移動終端在時速500km時的正常通信，即能夠?qū)崿F(xiàn)在與另一個新基站通信時，首先不中斷跟原基站的聯(lián)系，而是在跟新的基站連接好后，再中斷跟原基站的連接，這也是3G網(wǎng)絡(luò)優(yōu)于2G網(wǎng)絡(luò)的一個突出特點；WCDMA技術(shù)已經(jīng)解決了高速運動物體的無縫覆蓋問題；此外，TD-SCDMA也對高鐵通信的覆蓋方案進行了研究。因此，3G移動通信網(wǎng)絡(luò)在技術(shù)層面上已經(jīng)具有為高鐵提供通信保障的基本條件，為我國高鐵發(fā)展過程中移動通信問題的完滿解決奠定了堅

11、實基礎(chǔ)。3G移動通信系統(tǒng)與2G的比較第三代移動通信系統(tǒng)(IMT-2000),在第二代移動通信技術(shù)基礎(chǔ)上進一步演進的以寬帶CDMA技術(shù)為主，并能同時提供話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的移動通信系統(tǒng)亦即未來移動通信系統(tǒng)，是一代有能力徹底解決第一、二代移動通信系統(tǒng)主要弊端的最選進的移動通信系統(tǒng)。第三代移動通信系統(tǒng)一個突出特色就是，要在未來移動通信系統(tǒng)中實現(xiàn)個人終端用戶能夠在全球范圍內(nèi)的任何時間、任何地點，與任何人，用任意方式、高質(zhì)量地完成任何信息之間的移動通信與傳輸。可見，第三代移動通信十分重視個人在通信系統(tǒng)中的自主因素，突出了個人在通信系統(tǒng)中的主要地位，所以又叫未來個人通信系統(tǒng)。眾所周知，在第二代數(shù)字移動通信系統(tǒng)

12、中，通信標準的無序性所產(chǎn)生的百花齊放局面，雖然極大地促進了移動通信前期局部性的高速發(fā)展，但也較強地制約了移動通信后期全球性的進一步開拓，即包括不同頻帶利用在內(nèi)的多種通信標準并存局面，使得全球通”漫游業(yè)務(wù)很難真正實現(xiàn)，同時現(xiàn)有帶寬也無法滿足信息內(nèi)容和數(shù)據(jù)類型日益增長的需要。第二代移動通信所投入的巨額軟硬件資源和已經(jīng)占有的寵大市場份額決定了第三代移動通信只能與第二代移動通信在系統(tǒng)方面兼容地平滑過渡，同時也就使得第三代移動通信標準的制定顯得復雜多變，難以確定。伴隨芬蘭赫爾辛基國際電聯(lián)(ITU)大會帷幕的徐徐落下，在由中國所制訂的TD-SCDMA、美國所制訂的CDMA2000和歐洲所制訂的WCDMA所

13、組成的最后三個提案中，幾經(jīng)周折后，最終將確定一個提案或幾個提案兼容來作為第三代移動通信的正式國際標準(IMT-2000)。其中，中國的TD-SCDMA方案完全滿足國際電聯(lián)對第三代移動通信的基本要求，在所有提交的標準提案中，是唯一采用智能天線技術(shù)，也是頻譜利用率最高的提案，可以縮短運營商從第二代移動通信過渡到第三代系統(tǒng)的時間，在技術(shù)上具有明顯的優(yōu)勢。更重要的是，中國的標準一旦被采用，將會改變我國以往在移動通信技術(shù)方面受制于人的被動局面；在經(jīng)濟方面可減少、甚至取消昂貴的國外專利提成費，為祖國帶來巨大的經(jīng)濟利益；在市場方面則會徹底改變過去只有運營市場沒有產(chǎn)品市場的畸形布局，從而使我國獲得與國際同步發(fā)

14、展移動通信的平等地位。TD-SCDMA技術(shù)方案是我國首次向國際電聯(lián)提出的中國建議，是一種基于CDMA,結(jié)合智能天線、軟件無線電、高質(zhì)量語音壓縮編碼等先進技術(shù)的優(yōu)秀方案。TD-SCDMA技術(shù)的一大特點就是引入了SMAP同步接入信令，在運用CDMA技術(shù)后可減少許多干擾，并使用了智能天線技術(shù)。另一大特點就是在蜂窩系統(tǒng)應(yīng)用時的越區(qū)切換采用了指定切換的方法，每個基站都具有對移動臺的定位功能，從而得知本小區(qū)各個移動臺的準確位置，做到隨時認定同步基站。TD-SCDMA技術(shù)的提出，對于中國能夠在第三代移動通信標準制定方面占有一席之地起到了關(guān)鍵作用。顯然，第三代移動通信系統(tǒng)以寬帶CDMA系統(tǒng)為主，所謂CDMA,

15、即碼分多址技術(shù)。移動通信的特點要求采用多址技術(shù)，多址技術(shù)實際上就是指基站周圍的移動臺以何種方式搶占信道進入基站和從基站接收信號的技術(shù)，移動臺只有占領(lǐng)了某一信道，才有可能完成移動通信。目前已經(jīng)實用的多址技術(shù)有應(yīng)用于第一代和第二代移動通信中的頻分多址（FDMA）、時分多址（TDMA）和窄帶碼分多址（CDMA）三種。FDMA是不同的移動臺占用不同的頻率。TDMA是不同的移動臺占用同一頻率，但占用的時間不同。CDMA是不同的移動臺占用同一頻率，但各帶有不同的隨機碼序，以示區(qū)分布進行擴頻，因此同一頻率所能服務(wù)的移動臺數(shù)量是由隨機碼的數(shù)量來決定的。多址技術(shù)的性能比較見表1所示。寬帶CDMA不僅具有CDMA

16、所擁有的一切優(yōu)點，而且運行帶寬要寬得多，抗干擾能力也很強，傳遞信號功能更趨完善，能實現(xiàn)無線系統(tǒng)大容量和高密度地覆蓋漫游，也更容易管理系統(tǒng)。第三代移動通信所采用的寬帶CDMA技術(shù)完全能夠滿足現(xiàn)代用戶的多種需要，滿足大容量的多媒體信息傳送，具有更大的靈活性。隨著第三代移動通信系統(tǒng)標準的最后敲定，其終端設(shè)備也已初見端倪，浮出水面。愛立信公司最近推出的R320雙頻手機具有內(nèi)置Modem、紅外接口、可進行圖形Internet瀏覽、游戲、語音撥號及短信息服務(wù)。諾基亞公司推出的7100系列手機則可支持GSM網(wǎng)上的9.6kb/s數(shù)字通信和CDMA網(wǎng)上的14.4kb/s的數(shù)字通信，也具備了游戲、語音撥號和短信息

17、功能（圖1）;另一款由諾基亞最新推出的媒體移動電話MP（MediaPhone）,則可以提供簡單的Web瀏覽。而Alcatel公司不僅為無線IP提供了WAP網(wǎng)點，還推出了口袋大小”的Internet移動電話OneTouchPocket。該話機尺寸僅有116mm<59mm<15mm,可提供全屏幕顯示，采用鋰電池，通話時間可達3小時，待機時間為80小時，用戶使用該手機，可從中心局存儲、管理和恢復E-mail、語音郵件和傳真信息，用戶還可利用文本-語音”新技術(shù)從該手機中收聽E-mail話音郵件，完成轉(zhuǎn)送傳真到任何一部傳真機上的工作。最近，摩托羅拉公司又推出了具有未來移動通信意義上的手機芯片

18、，該芯片可以安裝在任何手機上，可使安裝了該芯片的手機在全球任何地方通信。總之，第三代移動通信設(shè)備不管是從功能方面、還是從外觀方面都將為用戶帶來新的技術(shù)革命。移動通信技術(shù)的發(fā)展歷程與3G的優(yōu)越性移動通信技術(shù)（4G）的框架4G是第四代移動通信及其技術(shù)的簡稱，是集3G與WLAN于一體并能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像以及圖像傳輸質(zhì)量與高清晰度電視不相上下的技術(shù)產(chǎn)品。4G系統(tǒng)能夠以100Mbps的速度下載，比撥號上網(wǎng)快2000倍，上傳的速度也能達到20Mbps,并能夠滿足幾乎所有用戶對于無線服務(wù)的要求。而在用戶最為關(guān)注的價格方面，4G與固定寬帶網(wǎng)絡(luò)在價格方面不相上下，而且計費方式更加靈活機動，用戶完全可以根據(jù)自身的需求確定所需的服務(wù)。此外,4G可以在DSL和有線電視調(diào)制解調(diào)器沒有覆蓋的地方部署，然后再擴展到整個地區(qū)。很明顯，4G有著不可比擬的優(yōu)越性。4G移動系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可分為三層：物理網(wǎng)絡(luò)層、中間環(huán)境層、應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層。物理網(wǎng)絡(luò)層提供接入和路由選擇功能，它們由無線和核心網(wǎng)的結(jié)合格式完成。中間環(huán)境層的功能有QoS映