2021-4-9 | 通信技术
近年来，随着全球通信技术的飞速发展，移动通信在人们日常生活中的地位越来越重要，移动用户的数量也呈爆炸式增长的趋势，市场前景一片大好，移动通信技术的发展速度与应用领域更是呈现出如火如荼的发展态势．在计算机网络支撑技术、市场竞争和用户需求的共同作用下，无线移动通信技术经历了近百年的发展，特别是在近二三十年间呈跨越式发展．［1］2010年7月，Ericsson(爱立信)发布综合调查数据，指出在印度和中国等新兴市场的主要带动下，全球移动又迎来一个新的里程碑．2010年7月8日全球第50亿个移动用户诞生，3G用户总数超过5亿．根据联合国的统计，全球人口总数已经突破70亿，移动电话用户已经覆盖全球73．5%的人口．2009年12月，移动网络的数据流量首次超过语音呼叫的数据流量，这是移动互联网领域的又一个里程碑事件．同时，根据UMTS(UMTS，UniversalMobileTelecommuni-cationsSystem，通用移动通信系统)论坛有关报告预测，2010年全球移动通信运营商的业务收入将达到3200亿美元，其中有2330亿美元是由3G新业务产生．而在未来十年内累计的移动业务收入将超过10000亿美元．巨大的市场潜力，吸引着全球的设备开发商、网络运营商、业务开发商等积极推动着3G的发展．
无线移动通信的发展经历了5个阶段，正在向第四代无线移动通信系统技术快速迈进．从最开始的无线对讲系统、传统的单基站大功率系统到蜂窝移动系统、卫星移动系统;从本地覆盖到全国覆盖，并实现了国内、国际漫游;从提供语音业务到提供包括数据的综合业务;从模拟移动通信系统到数字移动通信系统等，目前已经历了四代，目前业界正在积极推进第五代移动通信技术的应用．无线移动通信发展的最终目标是实现任何人(Who-ever)可以在任何地点(Wherever)、任何时间(Whenever)与其他任何人(Whomever)进行任何方式(Whatever)的通信(即W5的个人通信)［2］．下面就简单的介绍一下无线移动通信系统发展的前4个阶段．
1无线移动通信发展历程
从1897年，Marconi(马可尼，意大利科学家，无线电先驱)在赫兹实验的基础上完成了一个固定站与一艘拖船之间的无线通信实验［3］，证明了在移动体之间以无线方式进行通信的可行性，至今，移动通信的发展大致经历了5个阶段，如图1所示．在这里首先简单介绍一下前面4个阶段的发展历程及各自的技术特点．［4］
1．1前一代移动通信系统
20世纪20～30年代，采用AM调幅技术的警车无线电度电话系统开始使用，其工作频率为2MHz;40～50年代，采用FM调频技术的人工续接移动电话开始使用，采用单工工作方式，使用工作频段为150MHz及450MHz，特别是在1947年Bell实验室首先提出的蜂窝网的概念，为后来移动通信的快速发展奠定了基础，20世纪60年使用150MHz和450MHz频段的自动拨号移动电话开始使用;1964年美国开始研究更先进的移动电话系统(IMTS，ImprovedMobileTelephoneSystem)．在这里我们称之为前一代无线移动通信系统．
1．2第一代移动通信系统(1G)
20世纪70～80年代，第一代模拟蜂窝移动电话系统AMPS(AMPS，AdvancedMobilePhoneService)、TACS(TACS，TotalAccessCommunicationsSystem)、NMT(NMT，NordicMobileTelephone)分别在美国、英国和欧洲正式投入使用，主要采用模拟调频、FDMA方式，主要工作频段是800MHz和900MHz．其中美国的AMPS最早是1971年研制并在军方投入使用，1973年由Motorola公司向美国联邦通信委员会提出的移动通信系统申请，并在1983年正式投入商业运行．第一代模拟蜂窝移动通信系统由于系统容量小，不能满足飞速发展的移动通信业务的需要．
1．3第二代移动通信系统(2G)
20世纪90年代，各国相继推出了第二代数字蜂窝移动通信系统，主要有DAMPS系统、GSM系统(GSM900/DCS1800)、IS－95A的窄带CDMA系统和日本的PDC系统(PDC，PersonalDataCellular)，第二代移动通信系统是采用TDMA和FDMA的数字蜂窝系统，其容量和功能相比第一代模拟蜂窝移动通信系统有了很大改进，但是，其业务还主要是话音和低于9．6kb/s的数据通信．第二代移动通信系统采用了数字化，具有保密性强，频谱利用率高，能提供丰富的业务，标准化程度高等特点，使得移动通信得到了空前的发展，从过去的补充地位跃居通信的主导地位．国内目前应用的第二代蜂窝系统为欧洲的GSM系统以及北美的窄带CDMA系统．
1．4第三代移动通信系统(3G)
早在1985年国际电信联盟ITU－T就提出发展第三代移动通信的战略目标，并在1996年正式更名为IMT－2000(IMT－2000，InternationalMobileTelecommunication－2000，即3G，3rd－generation)，3G是指支持高速数据传输的数字蜂窝移动通信系统，与2G的主要区别是在传输声音和数据的速度上的大幅提升，它能够在全球范围内更好地实现无线漫游，并处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务、视频交互等多种信息服务．为了提供这种服务，无线网络必须能够支持不同的数据传输速度，也就是说在室内、室外和行车的环境中能够分别支持至少2Mbps、384kbps以及144kbps的传输速度．到21世纪初，基于窄带CDMA技术(IS－95A)的宽带CDMA技术CDMA2000、基于日本无线工业广播协会ARIB支持的纯WCDMA、欧洲电信标准协会ETSI制定的UTRA的WC-DMA、我国提出的TD－SCDMA成为目前第三代移动通信系统的三大标准，并正在全球范围内广泛使用．2007年10月，IEEE推出的WiMAX(WiMAX，WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess，微波存取全球互通，又称为IEEE802．16无线城域网标准)成功获得ITU的批准，跻身3G标准之列．至此形成了以WCDMA、CDMA2000、TD－SCDMA和WiMAX为主的四大3G标准．
2无线移动通信发展趋势
2．1第四代移动通信系统(4G)［7，8］
在3G技术标准化工作完成后，国际电信联盟ITU并没有停止移动通信技术的标准化工作，而是立即启动了B3G(B3G，Back3G，后3G)技术标准的制定工作，并于2006年正式将B3G技术命名为IMT－Advanced技术(又称4G技术)．IMT－Advanced是国际电信联盟为满足未来10～15年全球移动通信需求而启动的，根据国际电信联盟规划要求，在2008年2月完成4G技术方案征集通函的制订，2008年开始4G候选方案的征集工作，2009年结束候选方案的征集，2010年完成候选方案的技术评估和融合，2012年前后发布4G技术标准方案．2009年10月，国际电信联盟ITU在德国德累斯顿举行ITU－RWP5D工作组第6次会议，征集遴选新一代移动通信4G候选技术．国际电信联盟收到来自中国、日本、韩国、欧洲标准化组织3GPP和北美标准化组织IEEE的提交的共6项4G候选技术标准．这些提案涵盖了LTE－Advanced和IEEE802．16m两种技术，并且都包含了TDD和FDD两种制式．国际电信联盟ITU确定3GPPLTE－Advanced和IEEE802．16m为4G国际标准候选技术．2010年10月底，国际电信联盟ITU－R小组选定3GPPLTE－Advanced和IEEE802．16m作为未来4G的标准．为了加强我国下一代宽带无线通信技术的研发，提高我国自主知识产权在国际标准化中的比例，从2006年起，国家就设立了“新一代宽带无线移动通信网”科技重大专项．根据我国通信中长期规划，到2020年，应使我国在国际通信标准化和产业化中占据重要的地位．我国提出的4G标准提案TD－LTE－Ad-vanced(LTE－Advanced的TDD制式)是继TD－SCDMA之后，又一具有自主知识产权的新一代移动通信技术标准(4G标准)［1］．IMT－Advanced将基于OFDM技术，并在LTE技术的基础上，作进一步增强．IMT－Advanced要求在保持成本效率的条件下，在支持灵活广泛的服务和应用的基础上，达到世界范围内的高度通用性、支持IMT业务和固定网络业务的能力、高质量的移动服务、用户终端适合全球使用、友好的应用、服务和设备、世界范围内的漫游能力、增强的峰值速率以支持新的业务和应用，实现更高的数据率和更大的系统容量，在低速移动、热点覆盖场景下峰值速率为1Gbit/s以上，高速移动、广域覆盖场景下峰值速率为100Mbit/s．