現(xiàn)代通信發(fā)展階段

現(xiàn)代通信發(fā)展階段

在過去的十幾年中，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(jì)，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(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年投入運營。第一代移動通信系統(tǒng)是基于模擬傳輸?shù)模涮攸c是業(yè)務(wù)量小、質(zhì)量差、交全性差、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)。第一代移動通信技術(shù)（1G）是指最初的模擬、僅限語音的蜂窩電話標(biāo)準(zhǔn)，制定于上世紀(jì)80年代。Nordic移動電話（NMT）就是這樣一種標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用于Nordic國家、東歐以及俄羅斯。其它還包括美國的高級移動電話系統(tǒng)（AMPS），英國的總訪問通信系統(tǒng)（TACS）以及日本的JTAGS，西德的C-Netz，法國的Radiocom2000和意大利的RTMI。模擬蜂窩服務(wù)在許多地方正被逐步淘汰。下面我們來了解更多第一代移動通信技術(shù)的知識。第一代移動通信卞要采用的是模擬技術(shù)和頻分多址(FDMA)技術(shù)。由于受到傳輸帶寬的限制，不能進行移動通信的長途漫游，只能是一種區(qū)域性的移動通信系統(tǒng)。第一代移動通信有多種制式，我國主要采用的是TACS。第一代移動通信有很多不足之處，如容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通話質(zhì)量不高、不能提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和不能提供自動漫游等。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(biāo)準(zhǔn)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)、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(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)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(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。與第一代模擬蜂窩移動通信相比,第二代移動通信系統(tǒng)采用了數(shù)字化,具有保密性強,頻譜利用率高,能提供豐富的業(yè)務(wù),標(biāo)準(zhǔn)化程度高等特點,使得移動通信得到了空前的發(fā)展,從過去的補充地位躍居通信的主導(dǎo)地位.我國目前應(yīng)用的第二代蜂窩系統(tǒng)為歐洲的GSM系統(tǒng)以及北美的窄帶CDMA系統(tǒng).第三代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(biāo)準(zhǔn)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資源；第三，3G支持的速率還不夠高，如單載波只支持最大2~fDps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。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(dāng)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(dǎo)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(biāo)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(biāo)準(zhǔn)，即：在高速移動的地面物體上，3G網(wǎng)絡(luò)所能提供的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為64~144kb/s，要能夠適應(yīng)500km/h的移動環(huán)境。針對該標(biāo)準(zhǔn)，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，首三星電子利用64個天線單元的自適應(yīng)陣列傳輸技術(shù)，使電波的遠距離輸送成為可能，并能實時追蹤使用者終端的位置，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的上下載交換。超高頻段數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的成功，不僅保證了更高的數(shù)據(jù)傳輸速度，也有效解決了目前移動通信波段資源幾近枯竭的問題。研發(fā)進展：2014年5月13日，三星電子宣布，其已率先開發(fā)出了首個基于5G核心技術(shù)的移動傳輸網(wǎng)絡(luò)，并表示將在2020年之前進行5G網(wǎng)絡(luò)的商業(yè)推廣。[1]

2020年三星電子計劃實現(xiàn)該技術(shù)的商用化為目標(biāo)，全面研發(fā)5G移動通信核心技術(shù)。隨著三星電子研發(fā)出這一技術(shù)，世界各國的第五代移動通信技術(shù)的研究將更加活躍，其國際標(biāo)準(zhǔn)的出臺和商用化也將提速。5G網(wǎng)絡(luò)的主要目標(biāo)是讓終端用戶始終處于聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)。5G網(wǎng)絡(luò)將來支持的設(shè)備遠遠不止是智能手機——它還要支持智能手表、健身腕帶、智能家庭設(shè)備如鳥巢式室內(nèi)恒溫器等。5G網(wǎng)絡(luò)是指下一代無線網(wǎng)絡(luò)。5G網(wǎng)絡(luò)將是4G網(wǎng)絡(luò)的真正升級版，它和基本要求并不同于今天的無線網(wǎng)絡(luò)。5G網(wǎng)絡(luò)作為下一代移動通信網(wǎng)絡(luò)，其最高理論傳輸速度可達每秒數(shù)十Gb，這比現(xiàn)行4G網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度快數(shù)百倍，整部超高畫質(zhì)電影可在1秒之內(nèi)下載完成。隨著5G技術(shù)的誕生，用智能終端分享3D電影、游戲以及超高畫質(zhì)（UHD）節(jié)目的時代已向我們走來。其5G網(wǎng)絡(luò)已成功在28千兆赫(GHz)波段下達到了1Gbps，相比之下，當(dāng)前的第四代長期演進(4GLTE)服務(wù)的傳輸速率僅為75Mbps。而此前這一傳輸瓶頸被業(yè)界普遍認(rèn)為是一個技術(shù)難題，而三星電子則利用64個天線單元的自適應(yīng)陣列傳輸技術(shù)破解了這一難題。[1]

未來5G網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率最高可達10Gbps，這意味著手機用戶在不到一秒時間內(nèi)即可完成一部高清電影的下載。[1]

5G網(wǎng)絡(luò)意味著超快的數(shù)據(jù)傳輸速度。2013年5月，三星宣稱，它的即將推出的5G技術(shù)每秒能夠傳輸超過1G的數(shù)據(jù)。相對而言，現(xiàn)在相對較快的LTE網(wǎng)絡(luò)每秒可傳輸大約60M的數(shù)據(jù)，這大約相當(dāng)于0.05G。這樣的無線網(wǎng)絡(luò)速度將比你用任何智能手機體驗到的速度都要快很多。谷歌宣稱，即使以每秒1G的速度，也能夠用不到兩分鐘的時間下載一部全高清的電影。5G網(wǎng)絡(luò)中看到的最大的改進之處是它能夠靈活地支持各種不同的設(shè)備。除了支持手機和平板電腦外，5G網(wǎng)絡(luò)將還需要支持可佩戴式設(shè)備，例如健身跟蹤器和智能手表、智能家庭設(shè)備如鳥巢式室內(nèi)恒溫器等。在一個給定的區(qū)域內(nèi)支持無數(shù)臺設(shè)備，這就是科學(xué)家的設(shè)計目標(biāo)。在未來，每個人將需要擁有10-100臺設(shè)備為其服務(wù)。不過科學(xué)家目前很難弄清楚支持所有這些設(shè)備到底需要多大的數(shù)據(jù)容量。[2]

5G網(wǎng)絡(luò)不僅要支持更多的數(shù)據(jù)，而且要支持更多的使用率。5G網(wǎng)絡(luò)，改善端到端性能將是另一個重大的課題。端到端性能是指智能手機的無線網(wǎng)絡(luò)與搜索信息的服務(wù)器之間保持連接的狀況。在發(fā)送短信或瀏覽網(wǎng)頁的時候，在觀看網(wǎng)絡(luò)視頻時，如果發(fā)現(xiàn)視頻播放不流暢甚至停滯，這很可能就是因為端到端網(wǎng)絡(luò)連接較差的緣故。[2]

下一代無線網(wǎng)絡(luò)還將會帶來智能手機和移動設(shè)備電池壽命的大幅提升。因為有很多較小的任務(wù)需要應(yīng)用程序不停歇地運行。電子郵件應(yīng)用程序會反反復(fù)復(fù)向服務(wù)器發(fā)送請求信息，查核是否有新的電子郵件到來。現(xiàn)在有很多應(yīng)用程序會不斷地發(fā)送些短小的信息，請求信息雖然短小，但是它們會隨著時間的推移不斷地蠶食手機的電池電量。在貝爾實驗室的團隊有一項任務(wù)就是找出處理這些請求信息的更好的辦法。如果能夠處理好這些信息，那么我就能極大地提升平板電腦的電池壽命。[2]

三星在5G網(wǎng)絡(luò)上的取代技術(shù)突破，將給全球5G網(wǎng)絡(luò)研發(fā)帶來活力，并推動其商業(yè)化進程，同時有助于5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)國際標(biāo)準(zhǔn)的制定。[1]

為搶占未來市場，當(dāng)前全球多個國家已競相展開5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開發(fā)，中國和歐盟正在投入大量資金用于5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研發(fā)。[1]

當(dāng)前全球多個國家已競相展開5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開發(fā)，中國和歐盟都為此投入了大量資金和研發(fā)力量。三星在5G網(wǎng)絡(luò)上取得的技術(shù)突破，將進一步加劇全球5G網(wǎng)絡(luò)研發(fā)的競爭，加速其商業(yè)化進程。三星電子DMC研究所有關(guān)專家表示，隨著移動網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速度的突飛猛進，畫質(zhì)超過全高清4倍-8倍的超高清（UHD）影像以及3D立體影像制作業(yè)也將迎來發(fā)展的新時期。2014年7月，愛立信宣布，在5G無線技術(shù)一項無線測試中，傳輸速度最高達到了5Gbps。無線傳輸速度達到5Gbps，意味著比今天的LTE連接標(biāo)準(zhǔn)快了250倍，標(biāo)志著無線傳輸速度再創(chuàng)新紀(jì)錄。這一傳輸速度，無論對于智能手