中国移动通信的发展及展望

中国移动通信的发展与展望
姓名：金鸽
专业：电子与通信工程
学号：201422172172
导师：齐林
中国移动通信的发展与展望
一．中国1G/2G/3G移动通信发展回顾
今天的我们已经身处在一个移动互联网无处不在的时代。

手机网络给人们带来的好处是无穷无尽的，不仅可以帮助用户在碎片时间内了解最新资讯，而且也能让我们融入到更广阔的社交网络中随时随地的和好友聊天，分享新鲜事。

短短二十年中国的移动网络从无到有，从之前的模拟信号到现在的4G网络，手机和移动网络已经成为和大家生活娱乐息息相关的东西。

移动网络虽然看不见摸不着，但是移动上网、通话以及热点都离不开它。

很难想象目前在国内发展火热的移动网络在1987年才刚刚建立，从广东的一个小山头开始这张看不见的移动通信网络逐渐向全国各地覆盖，而整个过程中我们也经历了第1代的模拟信号、第2代的数字信号以及现在我们所说的3G、4G，整个通信标准的建立也经历了了一次次的争论和探索。

我们正在享受的高速移动网络的背后都蕴含着工人一个个建设基站的艰辛和技术人员日日夜夜对通信技术的升级创新。

1.1 大哥大主宰1G无上网通话费
第1代移动通信系统(1G)是模拟式通信系统，模拟式是代表在无线传输采用模拟式的FM调制，将介于300Hz到3400Hz的语音转换
到高频的载波频率MHz上。

这样的模拟通信有很多缺点，比如保密性不强、系统容量有限以及无法传输数据等，也就是说第1代移动通信系统是无法实现手机上网的，这在今天来说无法想象。

美国第1代移动通信系统是发展与1984年的AMPS(Advanced Mibile phone system )制式，这一制式在加拿大、南美、澳洲以及亚太地区广泛采用。

而国内在80年代初期移动通信产业还属于一片空白，直到1987年的广东第六届全运会上蜂窝移动通信系统正式启动。

国内移动网络采用的是欧洲的TACS系统,英国、西班牙以及意大利都采用这种网络制式。

在第1代移动通信系统在国内刚刚建立个年代虽然没有的时候，我们很多人手中拿的还是大块头的摩托罗拉8000X，俗称大哥大。

那现在的移动、联通和电信，却有着A网和B网之分，而在这两个网背后就是主宰模拟时代的爱立信和摩托罗拉。

1.2 开启手机上网2G帮助诺基亚崛起
从1G跨入2G的分野则是从模拟调制进入到数字调制，相比于第1代移动通信，第二代移动通信具备高度的保密性，系统的容量也在增加，同时从这一代开始手机也可以上网了。

第一款支持WAP的GSM 手机是诺基亚7110，它的出现标志着手机上网时代的开始，而那个时代GSM的网速仅有9.6KB/s。

2G 时代也是移动通信标准争夺的开始，由于1G时代各国的通信模式系统互不兼容，也造成了厂商各自发展其系统的专用设备，无法大量生产，一定程度上抑制了电信产业的发展。

2G时代虽然也有很
多标准，包括当时比较热门的TDMA、CDMA以及GSM，但是逐渐开始出现主流的网络制式。

由于占尽先机同时获得广大厂商的支持，2G时代GSM开始脱颖而出成为最广泛采用的移动通信制式。

早在1989年欧洲就以GSM为通信系统的统一标准并正式商业化，同时在欧洲起家的诺基亚和爱立信开始攻占美国和日本市场，仅仅10年功夫诺基亚就推倒摩托罗拉成为全球最大的移动电话商。

而在国内2G网络的建设则应该从1994年中国联通的成立开始，同时这也促进了GSM网络在中国的落地生根，而到了2000年4月中国移动也成立了。

1.3 3G时代开启中国移动被远远落下
第2代移动通信技术标准竞争结束，随后通信厂商也在思考通信标准下一步该往哪个方向发展，此时人们对移动网络的需求不断加大，因此第3代移动通信网络必须在新的频谱上制定出新的标准，享用更高的数据传输速率。

终于国际电信联盟(ITU)发布了官方第3代移动通信(3G)标准IMT-2000(International Mobile Telecommunications 2000，国际移动通信2000标准)。

3G存在四种标准制式，分别是CDMA2000，WCDMA，TD-SCDMA，WiMAX。

在3G的众多标准之中，CDMA这个字眼曝光率最高，CDMA是Code Division Multiple Access (码分多址)的缩写，是第三代移动通信系统的技术基础。

CDMA系统以其频
率规划简单、系统容量大、频率复用系数高、抗多径能力强、通信质量好、软容量、软切换等特点显示出巨大的发展潜力。

2000年12月日本以招标方式颁发了3G牌照，2001年10月，日本的NTT DoCoMo在世界第一个开通了WCDMA服务。

3年后，3G正逐渐走出发展初期的低谷，日本是世界上3G网络起步最早的世界之一。

以笔者自身的上网需求为例，在2G到EDGE网络发展期间，其实很多用户并没有太大的互联网上网需求，仅仅是为了聊QQ等基础通讯业务，同时包括简单的WAP网页资讯内容。

但随着网络标准的不断提升，自3G网络牌照在09年正式颁发后，越来越多的用户开始有机会体会到更快的上网体验，业务的增加以及用户数的飙升最终也推动了整个互联网产业链的发展。

GSM网络的衍变
2009年1月7日，业界期待已久的中国3G牌照尘埃落定，批准中国移动通信集团公司增加基于TD-SCDMA技术制式的3G业务经营许可；中国电信集团公司增加基于CDMA2000技术制式的3G业务经营许可；中国联合网络通信集团公司增加基于WCDMA技术制式的3G业务
经营许可。

至此，中国3G网络时代正式被开启。

当时相对成熟的WCDMA 网络和CDMA2000网络让中国联通和中国电信拥有很大的起跑优势，而中国移动的TD-SCDMA由于是自主研发，因此在3G用户数量、终端数量、运营地区上都存在一定的劣势。

从现在来看采用自主技术的中国移动在网络上吃了大亏，网络速度上一直被电信和联通紧紧压制，失去了继续领跑的机会，直到现在4G网络的商用，移动才稍稍缓过气来。

二．4G的发展现状
为满足移动互联网时代数据业务的爆发式增长和高带宽需求，3GPP推出新一代无线通信系统LTE。

LTE是3G的演进技术，一般被称为3.9G或准4G。

LTE目前共有R8和R9两个版本，其中R8和R9版本已分别于2008年底和2009年底冻结。

LTE下行峰值速率可达150Mbit/s，但仍难以满足ITU对4G的1Gbit/s的峰值要求。

为此，3GPP在LTE R8/R9基础上，以4G移动通信系统的能力要求为指导，推出LTE R10，并将R10及后续版本称为LTE-Advanced（LTE-A）。

3GPP将LTE-A作为4G标准提交ITU，并由无线电通信全会在2012年1月通过LTE-A作为4G技术之一。

目前，LTE及LTE-A作为被ITU正式接纳的4G标准之一，是继3G之后国际上主流的新一代宽带移动通信标准。

据GSA统计，截至2013年10月，全球已有222家运营商开通LTE商用网络，其中，北欧运营商Telia Sonera于2009年12月在Stockholm和Oslo两个城
市率先开通全球第一个商用的LTE网络。

随后，美国Verizon Wireless、德国Vodafone、日本NTT DoCoMo、韩国SKT等领先运营商相继跟进。

LTE商用进程开始加速。

目前，Verizon是全球最大的商用LTE网络运营商，其网络已基本覆盖全美。

从GSA统计看，LTE/LTE-A已经成为全球主流运营商的4G首选技术，其中包括很多WiMAX运营商和原本属于3GPP2阵营的CDMA运营商。

2.1 LTE在3GPP的演进和现状
LTE分R8和R9两个版本，其中R8是LTE初始商用版本，R9是对R8的进一步增强。

3GPP对LTE R项目的工作大体分为两个时间段。

一是2005年3月-2006年9月为SI（StudyItem）阶段，完成可行性研究报告；二是2006-2008年为WI(Work Item)阶段，完成核心技术的规范工作，并于2008年底冻结R8。

LTE R8制定了LTE系统基本的功能及相关技术。

LTE采用正交频分复用（OFDM）和多入多出（MIMO）作为其无线网络演进的主流标准，可以在20MHz频谱带宽下提供下行150Mbit/s与上行50Mbit/s的峰值速率，同时提高小区容量，降低系统延迟，可以更好地满足用户对数据业务的需求。

LTE采用多种关键技术实现上述目标和特点，主要包括以下方面。

(1)扁平化无线网络架构
相对于3G系统的两级无线网络架构，即Node B和RNC，LTE简化为扁平的一级无线网络架构，即只有eNodeB。

eNodeB直接连接核心网，之间通过X2接口交换信令和数据，具体如图1所示。

扁平化
结构有助于简化网络，降低时延。

图1 WCDMA（左）与LTE（右）网络构架对比
(2)全IP化和协议架构
LTE网络已实现全部IP化，所有网元支持IP，具体协议架构如图2所示。

图2 LTE协议栈结构
(3)多种空中接口关键技术
LTE空中接口采用多种关键技术，可以实现在20MHz频谱带宽下提供下行150Mbit/s与上行50Mbit/s的峰值速率，同时提高小区容量，降低系统时延。

LTE接口主要关键技术包括OFDM、MIMO、高级编码调制方式、混合自动重传等先进的无线链路技术，并通过动态调度、小区间干扰协调、功率控制等无线资源管理算法提高空中接口资源配置的效率和灵活性。

LTE采用OFDM多址技术，其原理是将高速数据流通过串并变换，分配到传输速率相对较低的若干个相互正交的子信道中进行传输，如图3所示。

每个子信道中的符号周期会相对增加，因此可以减轻由无线信道的多径时延扩展所产生的时间弥散性对系
统造成的影响。

同时，通过在OFDM符号之间插入保护间隔，消除由多径带来的符号间干扰。

另外，由于每个子信道的带宽仅是原带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。

MIMO技术作为一种增强通信系统的方法，已经成为4G代表技术之一。

通过在发射端和接收端采用多个天线，在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率。

理论上在适当的无线传播条件下，频谱效率随装备的发射和接收天线中的最小数目呈线性增长。

LTE R8支持7种MIMO模式，分别是模式1（单端口）、模式2（发射分集）、模式3（开环空间复用）、模式4（闭环空间复用）、模式5（多用户MIMO）、模式6（闭环波束赋形）和模式7（开环波束赋形）。

图3 LTE的OFDM
(4)支持差异QoS服务和永远在线服务
LTE支持建立端到端承载，同时网元之间支持建立分段承载，如图4所示。

每个承载可以分256个QoS等级。

根据Q o S等级，提供差异化服务。

同时，SGW和PGW间的S5、S8承载一旦建立就一直保持，保证为用户提供永远在线服务。

图4 LTE承载架构
( 5 ) 全面支持与2G、3G及WLAN等网络的互操作
LTE全面支持与2G（GSM、cdma20001x ）、3G(WCDMA、cdma2000 EV-DO、TD-SCDMA）及WLAN等网络的互操作，实现融合组网，网络架构如图5所示。

此外，LTE还全面支持自组织网（SON）、多播广播业务（MBMS）和家庭基站（HeNB）。

LTE R9进一步对R8进行增强，主要包括双流波束赋形、增强型多播广播业务（eMBMS）、增强家庭基站、SON增强、ANDSF增强（eANDSF）、PCC增强、eHRPD与LTE增强非优化切换等。

图5 LTE与2G、3G、WLAN互操作网络架构
2.2 LTE-A在3GPP的演进和现状
LTE-A目前共有R10、R11和R12共3个版本，其中R10和R11
分别于2011年和2012年完成，当前3GPP正在制定LT E-A R12标准。

相对LTE，LTE-A进一步提高性能，下行峰值速率可增加到3Gbit/s，下行峰值频谱效率可增加到30bit/s/Hz。

LTE-A R10引入8天线、载波聚合、eICIC和Relay等关键技术，进一步提高网络性能。

(1)增强MIMO
为进一步提高吞吐量和频谱效率，LTE-A下行传输由LTE的4天线扩展到8天线，最大支持8层和两个码字流的传输，并引入下行TM9模式。

TM9模式由R8以CRS评估信道改为以DMRS评估信道。

LTE-A 上行传输可以支持最大两个码字流和4天线，并引入上行TM2模式，同时增强多用户MIMO。

(2)载波聚合
IMT-Advanced部署频段分散在450～4990MHz，且相邻频段之间的频率间隔从200M H z～1.5G Hz不等。

若将可用频谱划分给多个运营商，则单独一段频段难以满足IMT-Advanced的系统带宽要求。

因此，3GPP RAN1工作组在第53b次会议正式决定在LTE-A系统中利用载波聚合技术扩展系统带宽，并展开载波聚合技术的研究工作。

通过将分散的频谱碎片聚合为完整的频谱, 载波聚合能够实现更高的
系统带宽和频率利用率，载波聚合的基本频谱单元称为组成载波，如图6所示。

根据各组成载波在频域的相对位置，可将载波聚合分为连
续载波聚合和非连续载波聚合两大类。

图6载波聚合示意
（3）Relay
为了提高小区边缘覆盖，提高网络容量及灵活部署，LTE-A R10
启动中继技术提供无线的回程链路解决这些问题。

R e l ay节点通过无线连接到其归属的eNodeB小区，如图7所示，其中共有3条空中链路。

一是RN与其归属小区之间的接口为Un接口，或称回程链路；二是R-UE（归属到RN的UE）与RN之间的接口为Uu接口，或称接入链路；三是UE与eNodeB之间的接口为Uu接口，或称直传链路。

图7Relay示意
三．结语
随着科学技术的发展与进步，移动通信终端技术在未来必将得到更大的发展。

同时，物联网技术的日趋成熟和移动互联网技术不断的发展也将推动通信终端技术的发展，可以为用户带来更多更充满惊喜的应用和体验。

随着智能手机的发展而带动互联网和物联网技术的发展，最终使随时随地的自由沟通与交流成为现实。