移动通信技术的历史及发展趋势

移动通信技术的历史及发展趋势
栾霜渐
(东南大学信息与工程学院040114班)
摘要:移动通信技术的发展历程可以划分为三个阶段，即第一代模拟移动通信系统、第二代数字移动通信系统、第三代多媒体移动通信系统。

关键词:移动通信，发展趋势，4G
一、移动通信的发展历程
第一代—模拟移动通信技术(1G)
第一代移动通信系统(1G)是在20世纪80年代初提出的，它完成于20世纪90年代初，如NMT和AMPS，NMT于1981年投入运营。

第一代移动通信系统是基于模拟传输的，其特点是业务量小、质量差、交全性差、没有加密和速度低。

1G主要基于蜂窝结构组网，直接使用模拟语音调制技术，传输速率约2(4kbit/s。

不同国家采用不同的工作系统。

第二代—数字移动通信技术(2G)
第二代移动通信技术(2G)起源于90年代初期。

欧洲电信标准协会在1996年提出了GSM Phase 2+，目的在于扩展和改进GSM Phase 1及Phase 2中原定的业务和性能。

它主要包括CMAEL(客户化应
用移动网络增强逻辑)，S0(支持最佳路由)、立即计费，GSM 900/1800双频段工作等内容，也包含了与全速率完全兼容的增强型话音编解码技术，使得话音质量得到了质的改进;半速率编解码器可使GSM系统的容量提近一倍。

在GSM Phase2+阶段中，采用更密集的频率复用、多复用、多重复用结构技术，引入智能天线技术、双频段等技术，有效地克服了随着业务量剧增所引发的GSM系统容量不足的缺陷;自适应语音编码(AMR)技术的应用，极大提高了系统通话质量;GPRs/EDGE技术
的引入，使GSM与计算机通信/Internet有机相结合，数据传送速率可达
115/384kbit/s，从而使GSM功能得到不断增强，初步具备了支持多媒体业务的能力。

尽管2G技术在发展中不断得到完善，但随着用户规模和网络规模的不断扩大，频率资源己接近枯竭，语音质量不能达到用户满意的标准，数据通信速率太低，无法在真正意义上满足移动多媒体业务的需求。

第三代—3G技术
第三代移动通信系统(3G)，也称IMT 2000，是正在全力开发的系统，其最基本的特征是智能信号处理技术，智能信号处理单元将成为基本功能模块，支持话音和多媒体数据通信，它可以提供前两代产品不能提供的各种宽带信息业务，例如高速数据、慢速图像与电视图像等。

如WCDMA的传输速率在用户静止时最大为2Mbps，在用户高速移动是最大支持144Kbps，说占频带宽度5MHz左右。

但是，第三代移动通信系统的通信标准共有WCDMA，CDMA2000和
TD-SCDMA三大分支，共同组成一个IMT 2000家庭，成员间存在相互兼容的问题，因此已有的移动通信系统不是真正意义上的个人通信和全球通信;再者，3G的频谱利用率还比较低，不能充分地利用宝贵的频谱资源;第三，3G支持的速率还不够高，如单载波只支持最大2~fDps的业务，等等。

这些不足点远远不能适应未来移动通信发展的需要，因此寻求一种既能解决现有问题，又能适应未来移动通信的需求的新技术(即新一代移动通信:next gen-eration mobile
communication)是必要的。

二、4G简介
(一)4G定义
随着社会的不断发展与科技的不断进步，第三代移动通信技术也不能满足人们的需求，因此，发展新一代移动通信技术迫在眉睫。

所谓4G，是指达到以下几种
技术标准的移动通信技术:一、数据速率从2Mb/s提高到100Mb/s，移动速率从步
行到车速以上。

2、支持高速数据和高分辨率多媒体服务的需要。

宽带局域网应能与B-ISDN和ATM兼容，实现宽带多媒体通信，形成综合宽带通信网。

3、对全速移动用户能够
提供150Mb/s的高质量影像等多媒体业务。

(二)4G技术简介
1、接入系统
4G移动通信接入系统的显著特点是，智能化多模式终端(multi mode terminal) 基于公共平台，通过各种接入技术，在各种网络系统(平台)之间实现无缝连接
和协作。

在4G移动通信中，各种专门的接入系统都基于一个公共平台，相互协
作，以最优化的方式工作，来满足不同用户的通信需求。

当多模式终端接入系统时，网络会自适应分配频带、给出最优化路由，以达到最佳通信效果。

目前，4G
移动通信的主要接入技术有:无线蜂窝移动通信系统(例如2G、3G);无绳系统(如DECT);短距离连接系统(如蓝牙);WLAN系统;固定无线接入系统;卫星系统;平流层
通信(STS);广播电视接入系统(如DAB、DVB-T、CATV)。

随着技术发展和市场需求
变化，新的接入技术将不断出现。

不同类型的接入技术针对不同业务而设计，因此，我们根据接入技术的适用领域、移动小区半径和工作环境，对接入技术进行分层。

* 分配层:主要由平流层通信、卫星通信和广播电视通信组成，服务范围覆盖
面积大。

* 蜂窝层:主要由2G、3G通信系统组成，服务范围覆盖面积较大。

* 热点小区层:主要由WLAN网络组成，服务范围集中在校园、社区、会议中心等，移动通信能力很有限。

* 个人网络层:主要应用于家庭、办公室等场所，服务范围覆盖面积很小。

移动通信能力有限，但可通过网络接入系统连接其他网络层。

* 固定网络层:主要指双绞线、同轴电缆、光纤组成的固定通信系统。

网络接入系统在整个移动网络中处于十分重要的位置。

未来的接入系统将主要在以下三个方面进行技术革新和突破:(1)为最大限度开发利用有限的频率资源，在接入系统的物理层，优化调制、信道编码和信号传输技术，提高信号处理算法、信号检测和数据压缩技术，并在频谱共享和新型天线方面做进一步研究。

(2)为提高网络性能，在接入系统的高层协议方面，研究网络自我优化和自动重构技术，动态频谱分配和资源分配技术，网络管理和不同接入系统间协作。

(3)提高和扩展IP技术在移动网络中的应用;加强软件无线电技术;优化无线电传输技术，如支持实时和非实时业务、无缝连接和网络安全。

4G移动通信的软件系统v 4G移动通信的软件系统趋于标准化、复杂化、智能化。

软件系统的首要任务是，创建一个公共的软件平台，使不同通信系统和终端的应用软件，通过此平台“互连互通”;并且，通过此软件平台，实现对不同通信系统和终端的管理和监控。

因此，建立一个统一的软件标准和互连协议，是4G 移动通信软件系统的关键。

软件系统将逐步采用Web服务模式，以代替现行的客户/服务器模式。

新的计算机语言如XML，将用于未来的这种基于Web的分布式服务。

另一方面，软件系统还将在网络安全上做进一步研究，以保障通信网络的正常工作、数据完整和其他特殊需要。

2、关键技术
OFDM技术。

它实际上是多载波调制MCM的一种(其主要原理是:将 (1)
待传输的高速串行数据经串,并变换，变成在N个子信道上并行传输的低速数
据流，再用N 个相互正交的载波进行调制，然后叠加一起发送。

接收端用相干载
波进行相干接收，再经并,串变换恢复为原高速数据。

(2)多输入多输出(MIMO)技术。

多输入多输出(MIMO)技术是无线移动通信领域
智能天线技术的重大突破。

该技术能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，是下一代移动通信系统的核心技术之一。

MIMO系统采用空时
处理技术进行信号处理，在丰富的散射环境下，空分复用MIMO系统(如BLAST结构)可以获得与天线数成正比的容量增长，从而极大地提高频谱效率，增加系统的数据传输速率。

但是当散射程度欠佳时，会引起信道间的空间相关，尤其在室外环境下，由于基站的天线较高，从而角度扩展较小，其空间相关难以避免，在这种情况下MIMO不可能获得所期望的数据传输速率。

(3)切换技术。

切换技术能够实现移动终端在不同小区之间跨越和在不同频率
之间通信以及在信号质量降低时如何选择信道。

它是未来移动终端在众多通信系统、移动小区之间建立可靠通信的基础。

主要划分为硬切换、软切换和更软切换(硬切换发生在不同频率的基站或不同系统之间。

第4代移动通信中的切换技术正朝着软切换和硬切换相结合的方向发展。

(4)软件无线电技术。

软件无线电是将标准化、模块化的硬件功能单元经过一
个通用硬件平台，利用软件加载方式来实现各种类型的无线电通信系统的一种具有开放式结构的新技术。

通过下载不同的软件程序，在硬件平台上可实现不同功能，用以实现在不同系统中利用单一的终端进行漫游，它是解决移动终端在不同系统中工作的关键技术。

软件无线电技术主要涉及数字信号处理硬(Digital Signal Process Hardware，DSPH)、现场可编程器件(Field Programmable Gate Array，FPGA)、数字信号处理(Digital SignalProcessor， DSP)等。

(5)IPv6协议技术。

3G网络采用的主要是蜂窝组网，而4G系统将是一个基于全lP的移动通信网络，可以实现不同类型的接入系统和通信网络之间的无缝连。

为了给用户提供更为广泛的业务，使运营商管理更加方便、灵活，4G中将取代现有的IPv4协议，采用全分组方式传送数据的IPv6协议。

3、4G技术的优点
(1)兼容性能更平滑:第四代移动通信系统具备全球漫游，接口开放，能跟多种网络互联，终端多样化以及能从第二代平稳过渡等特点。

(2)提供各种增值服务:4G移动通信系统技术以正交多任务分频技术(OFDM)最受瞩目，利用这种技术人们可以实现例如无线区域环路(WLL)、数字音讯广播(DAB)等方面的无线通信增殖服务。

(3)实现更高质量的多媒体通信:4G通信能满足第三代移动通信技术尚不能达到的在覆盖范围、通信质量、造价上支持的高速数据和高分辨率多媒体服务的需要，它又被称为“多媒体移动通信”。

(4)频率使用效率更高:第四代移动通信可以让更多的人使用与以前相同数量的无线频谱做更多的事情，而且做这些事情的时候速度相当快。

(5)通信费用更加便宜:通信营运商们会考虑采用逐步引入的方法，有效地降低运行者和用户的费用。

三、移动通信技术的未来展望
第一代移动通信技术己退出我们的视线，2G与3G技术依然为大多数人目前所使用。

4G移动通信还只处于实验室研究开发阶段。

具体的设备和技术还没有完全成型，后续的软件开发还没有启动。

这都会给4G的发展带来很多难题，有待人们深入研究。

但未来移
动通信必将具有文中描述的这些基本特征:高速率、高质量的数据传输，完全集中的服务。

无所不在的移动接入，高智能的多样化的用户设备。

随着新问题、新
要求的不断出现。

随着研究的不断深入，第四代移动通信技术将会相应地调整、完善和进一步发展。

我们相信，不远的将来，人们将会不受时间、地点限制，可以自由自在地利用移动网络获取和传递信息，从而使人们的学习、工作、生活发生更深刻的变化。

参考文献: 张克平《LTE-B3G/4G移动通信系统无线技术》谢显忠等《基于TDD的第四代移动通信技术》
何林娜《数学移动通信技术》。