移动通信概述论文

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移动通信

2010 年 5 月 20 日

移动通信技术发展历程与趋势

伍明铭

（华南理工大学电子与信息学院，广东广州）

摘要：本文介绍移动通信技术的发展历程，重点讨论了 1G 到 4G 各代移动通信技术的主要性能指标和关键技术，展望移动通信技术的发展趋势. 关键词：移动通信；GSM 技术；CDMA；MIMO-OFDM 中图分类号： TN92 文献标识码： A 文章编号： 0372-2112

History and Trend of Mobile Communication Technology

WU Ming-ming

(School of Electronic and Information Engineering,South China University of Technology,Guangzhou,Guangdong ,China)

Abstract:

This article describes the development process of mobile communication technology, focused on

the generation of 1G to 4G mobile communication technology ,the key performance indicators and key technology .At last,it looks forward to the development trend of mobile communication technology. Key words: mobile communication; GSM technology; CDMA; MIMO-OFDM

1

引言

2

移动通信技术发展概述

随着科学技术发展，通信技术也得到迅猛的发展和应用，在推动社会经济的同时改变了人们的生活方式.移动通信特别是蜂窝小区的发展，使用户实现完全的个人移动性、可靠的传输手段和接续方式，逐渐演变成社会进步必不可少的工具. 近年来，移动通信业务的迅猛增加使移动通信技术受到来自容量和带宽两方面的巨大挑战，频谱资源匮乏的矛盾十分突出. 同时，移动计算、高速互联网和图像等多样化需求要求移动通信网能够综合语音、数据等不同业务进行动态带宽分配，并有提供宽带无线信道的能力. 目前在中国，移动通信技术经历了第一代模拟移动通信技术以及第二代数字的、以语音为主的窄带移动通信技术后，第三代以高速互联网业务和多媒体业务为目的的宽带移动通信技术已经投入商用，同时， LTE、UWB(超宽带无线通信)、WiMax 等下一代移动通信技术正在大力的研究和试验中.

移动通信诞生于 20 世纪初， 20 世纪在 40 年代以前，初步进行一些传播性测试并在短波的几个频段上进行通信应用，如 20 年代初的 2MHz 频段的警车无线调度系统.其工作于单工或半双工方式.40 年代至 60 年代后期，发展了一些具有拨号、半双工功能的移动通信系统，但这些停留在专用系统的水平上.这些系统基于噪声受限原理，采用与无线广播和广播电视相同的方式.这种系统实现较容易，但同频系统必须距离足够远，使同频干扰电平远低于接收机的接收门限. 而且整个系统没有频率复用，支持的同时工作的用户数量有限，因此，系统存在容量受限、系统功能薄弱、频率利用率低和质量差 [1] 等局限性 . 1971 年贝尔实验室论证了蜂窝系统的可行性后，各国对蜂窝移动通信系统进行了深入研究，从而进入蜂窝移动通信系统的发展阶段. (1) 第一代——模拟移动通信系

统 (1G).于 20 世纪 80 年代初提出，完成于 20

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世纪 90 年代初，如 NMT 和 AMPS.1G 基于模拟传输，特点是业务量小、质量差、安全性差、没有加密和速度低.1G 主要基于蜂窝结 [2] 构组网，不同国家采用不同的工作系统 . 其具有代表性的终端设备就是“大哥大”. (2) 第二代——数字移动通信系统(2G).从 1G 到 2G 是数字技术的革命.2G 移动通信系统是从 20 世纪 90 年代初期到目前广泛使用的数字移动通信系统，它具有多种不同的系统标准，如 GSM,IS-95CDMA,PDC 和IS-136TDMA 等，GSM（全球移动系统）移动通信系统由欧洲于 80 年代中后期率先提出，是目前使用最普遍的一种标准，它使用 900MHz 和 1800MHz 两个频带，采用用户识别模块（SIM）技术鉴别用户，传输时使用时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA×1）技术增加网络中信息的传输量，但它不能实现全球无缝漫游. (3) 第 2.5 代移动通信系统(2.5G)是2G 向 3G 发展过程的中间过渡，它是 2G 的扩展和增强版，通用无线分组业务（GPRS）可以看做在 2G 和 3G 之间移动通信技术发展的过渡阶段，能够使移动设备发送和接收电子邮件及图片信息.其常用速度为 115kbit/s，通过使用增强数据率的 GSM(EDGE)最大速率可达 384 kbit/s，而典型的 GSM 数据传输率 [3] 为 9.6 kbit/s . (4) 第三代——多媒体移动通信系统（3G），也称 IMT 2000，开始于 20 世纪 90 年代末.3G 统一不同的移动技术标准，使用高的频带和 CDMA 技术传输数据来支持多媒体业务，它工作在 2000MHz 频段，主要特点是无缝全球漫游、高速率、高频谱利用率、高服务质量、低成本和高保密性等，其最基本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，支持语音和多媒体数据通信，可以提供前三代产品不能提供的各种宽带信息业务，如高速数据、慢速图像与电视图像等.3G 的三种国际标准分别是： WCDMA(Wideband CDMA ，欧洲标准),CDMA2000(也称 CDMA Multi—Carrier，美国标准 ) 和 TD-SCDMA （ Time Division Synchronous Code Division Multiple Access，中国标准）.

(5) 第四代——宽带接入和分布网络系统（4G）.它包括宽带无线固定接入，宽带无线局域网（WLAN），移动宽带系统和互操作的广播网络.可以在不同的固定、无线平台和跨越不同的频带网络中提供无线服务，可以在任何地方宽带接入互联网包括卫星通信和平流层通信，能够提供定时定位、数据采集、远程控制等综合功能.此外，4G 基于宽带 IP，以无缝接入融合方式，完全利 [4] 用分组交换方式传输，集 3G 网络技术和无线 LAN 系统为一体，是多种无线技术的综合系统.目前国际主要4G 国际标准候选技术为LTE-Advanced （Long Term Evolution Advanced ）和802.16m 两种，其中TD-LTE-Advanced （LTE-Advanced TDD 制式）是中国提出的具有自主知识产权的新一代移动通信技术，成功入围国际电信联盟的 4G 候选标准.

3

3.1

移动通信技术性能及关键技术

第一代移动过通信系统(1G) 第一代模拟蜂窝网移动通信系统采用频率再用技术，实现小区制大容量公用移动 [5] 电话系统，多址方式为频分多址(FDMA)，双工方式为频分双工(FDD)，其代表性系统是美国的 AMPS、英国的 TACS 和北欧的 NMT-450，工作频段有 450MHz、800MHz 和 900MHz，其中，NMT-450 为 450MHz，AMPS 为 800MHz， TACS 等为 900MHz.它们的频道间隔多数为 25kHz，AMPS 的频道间隔为 30 kHz.1G 直接使用模拟语音调制技术，传输速率约为 2.4kbit/s.由于受到传输带宽限制，它不能进行移动通信的长途漫游，只是一种区域性的移动通信系统. 蜂窝移动通信的问世，将陆地公众移动通信网推向了发展的