通信原理论文

通信技术发展综述
（2015级电信二班王杨林）
摘要：近几十年来，通信行业迅速发展。

我们从1G快速发展到4G,5G风暴也近在眼前。

我们见证了科技改变世界的力量。

几十年前砖头手机“大哥大”，不仅价格昂贵通信质量也极其差，携带也很不方便。

经过短短数十载的发展我们习惯用智能手机，体验各种科技给我们带来的方便。

无人超市、智慧城市、无人驾驶技术、智慧医院等等都是通信与垂直行业的有机结合为我们创造了一个美好的科技世界。

本文将阐述通信技术的发展历程，带领大家一起回顾一下世界通信技术从无到有，从简单到复杂的这一历程。

关键字：通信、智能、科技、发展、历程。

abstracts
The rapid development in recent decades, the communications industry. Our rapid development from 1 g to 4 g, 5 g storm is imminent. We have witnessed the power to change the world of science and technology. Decades ago brick phone \"big brother\", not only expensive communication quality is also very poor, also is not very convenient to carry. After decades of development, we use smart phones, experience a variety of science and technology brings us convenience. No supermarket, the wisdom city, self-driving technology, wisdom, hospital and so on are all communications with the combination of vertical industry for us to create a beautiful world of science and technology. This paper describes the development of communication technology, lead the review of world communication technology together from scratch, from simple to complex of this course.
引言：科技引领社会的变革，通信行业的迅速发展，给我们带来了各种的便利。

本文以通信系统的时间发展为顺序，详细介绍了第一代通信系统（1G）到第四代通信系统（4G）各个时期发展的特点，以及现在对最新技术5G的一些阐述。

1G到4G可以说是通信技术的不断革新，是单一的通信行业的发展，4G时代与其他行业有少量的结合。

那么5G则不仅仅是技术的革新，更是前沿通信技术与各种行业的有机融合，形成了一个智能体系。

一、通信技术发展历程
1.1蜂窝式移动电话的诞生（1G时代）
1978年，贝尔实验室研究了移动电话系统并成功建成了蜂窝状移动通信网络错误!未找到引用源。

蜂窝状移动通信系统存在带宽或干扰受限等问题，贝尔通过区域分隔来减少干扰且在一
定距离的基站，共用同一个频率。

该方法增加了频谱的利用率，增大了系统的容量。

1G通信系统使用模拟传输，采用调频，通话质量非常差，传输速率极低更没有通话安全可言，电话语音的交流内容甚至用收音机都可以听到。

而且因为传输带宽过窄，只能实现区域局部通信，不能提供长途与漫游，数据业务更是天方夜谈。

以我们现在的观点来看待第一代移动通
信电话，个头大、功能单，电池不耐用，没有流量等等各种的不方便。

第一代移动通信有多种制式，我国于1987年11月引入，主要采用的是英国的TACS系统，在广东省建成并投入商用。

不过从时代的角度来看待，蜂窝状移动通信网络的建立。

结束了飞鸽传信的时代，开启了科技时代的大门，坚定了科学家前进的步伐，对以后通信的发展具有深远的意义。

1.2第二代移动通信（2G时代）
时代的步伐总在不断地前进，科学家们为了克服1G通讯频率不够用、易遭窃听、容易受到雷击等等缺点，发明了数字移动通信系统即实现了传输信号的A-D转换，从数模结合的信号传输变成了纯数字信号的传输，这又是科技的一大进步。

2G通信系统采用的是数字的时分多址技术和码分多址技术，当时全球有GSM和CDMA两种不同的体制。

1991年欧洲提出了第一个数字蜂窝网络标准，它基于时分多址方式。

1992年GSM系统在德国建立了世界上第一个数字蜂窝网络系统。

GSM移动电话采用了EFR技术后，通行质量得到明显改善，加上其业务的种类多、易于加工、抗干扰能力强、用户设备小、成本低等优点，加快了移动通行技术的发展。

美国提出IS-54和IS-95两个数字标准，第一个CDMA商用系统在实践中的诸多优势使得其在世界各地得到迅速发展。

2G通信相比1G通信的各个方面都得到了加强，2G通话质量得到提高通话内容具有一定的保密性同时容量增大，干扰减小还可以实现省内的自动漫游。

2G通信还可以提供低速的数据业务，但只能提供对网速要求不高的网络服务。

比如登QQ和浏览网页等无法提供高质量的网络服务不能看电影玩游戏等。

2G移动网络的突出弱点就是业务范围有限，无法实现移动的多媒体业务，各国标准不统一，无法实现全球漫游。

此时的手机已经逐步走向大众化、小巧化、半智能化。

但是手机的价格还是偏贵，手机的功能也有太多的不足，无法实现大众化。

1.3第三代移动通信（3G时代）
3G是通信事业发展的一个分水岭，在其之前的2G与其之后的4G两者有着天壤之别。

3G以全球通用为出发点，统一通信标准和制式以实现真正意义上的全球覆盖和全球漫游，并提供更宽带宽、更为灵活的业务。

1996年ITU将3G命名为IMT-2000，其含义为该系统将在2000年左右投入使用，工作于2000MHz频段，最高传输速率为2000Kbps. 国际电信联盟当时成立了临时工作组，提出了未来公共陆地移动通信系统，1996年FPLMTS正式更名为IMT —2000。

经过多年的发展与融合，ITU最终通过了3种IMT—2000的无线接口规范。

包括美国提交的cdma2000、欧洲提交的WCDMA以及我国提交的TD-SCDMA。

ITU最初的设想是，IMT—2000不但要满足多速率、多环境、多业务的要求，还应能通过一个统一的系统来实现。

因此，它有以下几项基本要求：
1、全球性标准；
2、全球使用公共频带；
3、能够提供全球性使用的小型终端；
4、具
有全球漫游能力；5、在多种环境下支持高速的分组数据传输速率。

ITU规定：3G无线传输技术可以达到以下三种速率要求：车载用户，最高速率达到144kbps；缓慢移动的情况下，最高速率达到384kbps；在固定位置环境下，最高速率达到2Mbps。

提供多媒体应用业务和相应的终端，高服务质量，业务与其他固定网络业务兼容，便于系统的升级、演进，易于向下一代系统灵活发展。

3G的演进路线主要有两种：欧洲倡导的UMTS演进路线和美国倡导的cdma2000演进路线。

我们这里主要讨论美国倡导的cdma2000演进路线，对于cdna2000演进路线，其1G/2G/2.5G 都有商用网络。

在中国、韩国和北美等国家和地区，有很多运营商都开通了cdna2000的商用网络，例如，中国联通和SK电信等。

但是采用的都是cdna2000 1X方式，其速率并没有达到3G目标。

因此，也有人把这一时期的cdna2000系统称做第2.5代移动通信系统。

3G通信基本已经提供了比较好的通信服务，但是这一时期的通信系统还是有很多的不足之处，比如分支之间的相互兼容性、频谱利用率过低，支持的传输速率不够高等等。

1.4第四代移动通信系统（4G时代）
4G是第四代移动通信技术的英文缩写错误!未找到引用源。

国际电信联盟有关4G的提法始于1999年的System Beyond IMT-2000,2005年正式命名为IMT-Advanced，即通常所谓的第四代移动通信技术（4G）。

一般认为，4G是基于IP、具有超过2Mbps的非对称数据传输能力、在移动环境下速率将达到100Mbps、在静止环境下速率将达到1Gbps以上、能够支持下一代网络的各种应用（如移动高清电视），并且能在固定和移动之间方便切换的技术错误!未找到引用源。

它是继第三代移动通信技术以后的又一次无线通信技术演进，主要包括LTE和LTE-Advance两个阶段。

如果说3G能为人们提供一个高速传输的无线通信环境，那么4G通信是一种超高速无线网络，一种不需要电缆的信息超级高速公路错误!未找到引用源。

与传统的通信技术相比，4G 通信技术具有更高的传输速率、更低的传输延时，且频谱使用效率更高，系统部署更加灵活，并向下兼容多种模式。

数据通信的高速化是4G一个很大的优点，LTE-Advance网络的最大传输速率能达到1Gbps，能够传输高清视频图像，图像传输质量与高清晰度电视不相上下，因此，能提供流畅的视频和电话会议等业务，并能够满足几乎所有用户对无线服务的要求。

错误!未找到引用源。

在4G时代，主要包含了LTE-TDD与LTE-FDD两种技术机制，其中LTE-TDD在国内又被称为TD-LTE。

需要特别说明的是，TD-LTE是我国向世界提出的具有自主知识产权的第四代移动通信技术标准，是我国自主进行技术创新的典范。

在4G国际标准化工作进行开始时，我国就向世界提出了兼顾自主知识产权和国际融合的TD-LTE方案，与LTE-FDD共享一系列核心技术。

与此同时，在TD-LTE的发展过程中，我国鼓励国际厂商广泛参与。

4G通信将是一个比3G通信更加完美的新无线世界，它将创造出许多消费者难以想象的应用。

4G手机可以提供高性能的流媒体内容，也可以接受高分辨率的电影和电视节目，从而成为合并广播和通信的新基础设施中的一个桥梁错误!未找到引用源。

4G能够集成不同模式的无线通信—能够与其他多种无线接入网络进行互操作，移动用户可以自由地从一个无线接入网络，有着不可比拟的优越性。

当然，4G在技术上并不是颠覆性的革命，4G是继第三代移动通信技术以后的又一次无线通信技术演进，它并没有脱离以前的通信技术，而是以传统通信技术为基础，并利用了一些新的技术来不断提高无线通信的频谱效率和丰富无线通信功能。

智能终端在4G时代有了质的改变，4G手机看高清电影，玩游戏，购物，上课，上网各种与生活相关的活动都可以得到解决，这些应用让4G手机的前景发展极为广阔，具有超强的生命力。

技术的变革带来了商业模式的变化，从4G时代开始电信业务形成了以数据流量为核心的收费模式。

1.5第五代移动通信系统（5G时代）
5G，即第五代移动通信系统。

现在普遍认为，5G是现有技术演进与补充性新技术的融合。

爱立信全球研究院首席研究员Afif Osseiran博士这样解读5G—“5G将作为用户享受极限网络体验的方式，并非一个或一种网络技术，也并非几个全新的无线接入技术。

5G采用以用户体验为中心的方式，而非以往以技术为中心的方式，通过集成多种无线接入方式，提供好的用户体验，满足用户的不同需求”。

显然，5G将以用户体验为中心，架构新一代移动通信网络。

全新的应用场景和商业模式：5G不单单是一次技术上的演进，更将受益于通信、计算机及垂直行业相互融合带来的乘法效应，彻底革新无人驾驶、数字医疗、VR、智能家居等众多行业，引爆全新的应用场景和商业模式。

这种5G为行业带来的基因突变式的进化，英特尔称之为“5G”进化论。

在此之前，通信和计算机是相互独立存在的，无线网络主要以连接“人”为核心进行设计。

5G时代无线网络连接的对象变成了机器人、无人驾驶汽车、，城市、无人超市等等智能化的物。

英特尔院士、通信与设备事业部的技术专家吴耕谈到，“只有当通信与计算机的关系发生质的改变，全球通信平台才能从端到端实现跨越式的提升。

5G 是无线通信与计算机开始深度融合的第一代，一切才刚刚开始”。

跨行业的技术平台和商业模式：5G 的开发绝对不是孤立的，而是同其他产业的开发和技术水平相辅相成的。

5G也不是单纯的技术演进，而是与通信、计算机融合之后，再与垂直行业结合带来的商业模式的重大变革。

从标准的角度来看，5G需要建立一个跨行业的、全球性的、超大规模的新技术平台开发机制。

目前，全球4G商用尚处于初始阶段，但数据流量急增的趋势在很多已经商用4G的国家日益显现。

未来，随着流量的爆发式增长、各种各样物联网应用中巨量互联设备的出现，将对下一代移动通信网络提出更高的要求。

5G通信与以往技术的差别：一直以来，我们主要是用中频~超高频进行手机通信的，随着1G、2G、3G、4G的发展使用的频率是越来越高的。

因为频率越高，速度越快，频段就越宽。

而5G通信的第一个特点—毫米波，频率越高那么5G的覆盖能力会大幅减弱。

覆盖同一片区域，需要的基站数量将大大超过4G。

5G通信的第二个特点—微基站。

基站有两种，微信基站和宏基站。

前者小后者很大，以前建一个大基站覆盖一个区域，以后会是一个区域建立无数个小基站。

基站越小，数量越多，覆盖就越好，速度就越快。

5G通信的第三个特点—天线。

天线长度与波长成正比，大约在十分之一左右。

频率越高，波长越短，天线也就跟着变短了！毫米波，天线也就变成毫米级。

这就意味着天线完全可以塞进手机的里面，甚至可以塞很多个。

Massive MIMO(多进多出)，多个天线发送，多个天线接收。

以前的基站，天线的数量有限，5G时代天线的数量将会大幅度增加，以“天线阵列”来计算。

不过天线之间的距离也不能太近，因为天线的特性要求，多天线阵列要求天线之间的距离保持在半个波长以上。

在基站上布设天线阵列，通过对射频信号相位的控制，使得相互作用后的电磁波的波瓣变得非常狭窄，并指向它所提供服务的手机，而且能根据手机的移动而转变方向这种空间复用技术，由全向的信号覆盖变为了精准指向性服务，波束之间不会干扰，在相同的空间中提供更多的通信链路，极大的提高了基站的服务容量。

二、结束语
科技总是在不断进步，我们有幸见证了这一切的发生，我们享受科技给我们带来的便利。

1 G到4G的发展之路，是众多科学家共同努力的结果。

展望未来的5G通信技术，我们看到的是一个全新的运营模式，将颠覆传统行业的观念与垂直行业融合，形成一个有机整体。

三、参考文献
错误!未找到引用源。

现代移动通信技术（刘肖强、邓宪法）国防工业出版社
错误!未找到引用源。

第三代移动通信业务及其技术实现（唐雄燕侯运华、潘海鹏主编）电子工业出版社
错误!未找到引用源。

4G大变革引领移动互联网新时代（张颖唐、吴启程、陈丹丹主编）电子工业出版社
错误!未找到引用源。

移动通信基础第二版（杨家伟、盛名、刘强编著）电子工业出版社
错误!未找到引用源。

论通信技术的发展（李菲菲、刘伟、王华主编）国防工业出版社
错误!未找到引用源。

5G科技的革命（刘强、曹丽娜主编）国防工业出版社
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Enhancing Adobe Acrobat DC Forms with JavaScript（jennifer Haider）
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Advanced Analytics with Spark, 2nd Edition (josh wills)
错误!未找到引用源。

Docker Management Design Patterns(Deepak Vorah)
错误!未找到引用源。

Cisco Secure Firewall Services Module( Ray Blair)。