移动通信的发展史

移动通信发展史调研报告组员：周小灵韦娅彬薛琰陈亦斌陈健夏文伟时间：2012年4月6号摘要和关键字是我加上的，标注为红色的是我认为可以删掉的，我觉得一代和二代大概3页不到的样子，3G大概3页多，这样的布局比较好。还有一些标点符号和段落前的空两格我改了。摘要：移动通信发展至今经历了三代，第一代主要是模拟制式的频分双工；2G是基于数字传输的，主要采用TDMA和CDMA技术；3G使用高的频带和TDMA技术传输数据来支持多媒体业务。未来的四代和五代是在服务质量、传输速率、带宽等方面的再次提升。关键字：移动通信技术服务质量数据传输速率移动通信业务引言生活于21世纪的我们，每天都在用手机进行通信，似乎它早已成为我们生活中不可或缺的一部分，甚至有时会觉得没了它生活总少了点什么。作为21世纪的我们，作为通信专业的学生，我们即应该了解时代的尖端技术，也应该了解技术的起源，了解它的成长史。很多技术的发展都是在原来的基础上进行改进的，只有这样我们才能追本溯源，才能对得起自己的所学。随着社会的进步、经济和科技的发展，特别是计算机、程控交换、数字通信的发展，近些年来，移动通信系统以其显著的特点和优越性能得以迅猛发展，应用在社会的各个方面，到目前为止，全球移动用户超过1亿，预计到本世纪末用户数将达到2亿。无线通信的发展潜力大于有线通信的发展，它不仅仅提供普通的电话业务功能，并能提供或即将提供丰富的多种业务，满足用户的需求。本调研基于对移动发展各历程的调查，介绍移动通信各阶段的发展，及其相应的技术，并对其做简要的描述，让大家对于移动的发展史有一定的了解。同时也对未来的移动通信的发展进行展望。从通信网的角度看，移动网可以看成是有线通信网的延伸，它由无线和有线两部分组成。无线部分提供用户终端的接入，利用有限的频率资源在空中可靠地传送话音和数据；有线部分完成网络功能，包括交换、用户管理、漫游、鉴权等，构成公众陆地移动通信网PLMN。从陆地移动通信的具体实现形式来分主要有模拟移动通信和数字移动通信这两部种。移动通信系统从40年代发展至今，根据其发展历程和发展方向，可以划分为三个阶段，第四代是目前正在研究的热门，而第五代是对未来的展望。下面我们就来看下各个阶段的发展。第一代移动通信首先，让我们来瞻仰一下移动通信的最早起源。移动通信的发展历史最早可以追溯到19世纪。1864年麦克斯韦从理论上证明了电磁波的存在；1876年赫兹用实验证实了电磁波的存在；1900年马可尼等人利用电磁波进行远距离无线电通信取得了成功，从此世界进入了无线电通信的新时代。现代意义上的移动通信开始于20世纪20年代初期。1928年，美国Purdue大学学生发明了工作于2MHz的超外差式无线电接收机，并很快在底特律的警察局投入使用，这是世界上第一种可以有效工作的移动通信系统；20世纪30年代初，第一部调幅制式的双向移动通信系统在美国新泽西的警察局投入使用；20世纪30年代末，第一部调频制式的移动通信系统诞生，试验表明调频制式的移动通信系统比调幅制式的移动通信系统更加有效。在20世纪40年代，调频制式的移动通信系统逐渐占据主流地位，这个时期主要完成通信实验和电磁波传输的实验工作，在短波波段上实现了小容量专用移动通信系统。这种移动通信系统的工作频率较低、话音质量差、自动化程度低，难以与公众网络互通。在第二次世界大战期间，军事上的需求促使技术快速进步，同时导致移动通信的巨大发展。战后，军事移动通信技术逐渐被应用于民用领域，到20世纪50年代，美国和欧洲部分国家相继成功研制了公用移动电话系统，在技术上实现了移动电话系统与公众电话网络的互通，并得到了广泛的使用。遗憾的是这种公用移动电话系统仍然采用人工接入方式，系统容量小。1978年，美国贝尔实验室开发了先进移动电话业务（AMPS）系统，这是第一种真正意义上的具有随时随地通信能力的大容量的蜂窝移动通信系统。AMPS采用频率复用技术，可以保证移动终端在整个服务覆盖区域内自动接入公用电话网，具有更大的容量和更好的语音质量，很好地解决了公用移动通信系统所面临的大容量要求与频谱资源限制的矛盾。20世纪70年代末，美国开始大规模部署AMPS系统。AMPS以优异的网络性能和服务质量获得了广大用户的一致好评。AMPS在美国的迅速发展促进了在全球范围内对蜂窝移动通信技术的研究。到20世纪80年代中期，欧洲和日本也纷纷建立了自己的蜂窝移动通信网络，主要包括英国的ETACS系统、北欧的NMT-450系统、日本的NTT/JTACS/NTACS系统等。这些系统都是模拟制式的频分双工（FrequencyDivisionDuplex，FDD）系统，亦被称为第一代蜂窝移动通信系统或1G系统。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，其中，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、安全性差、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2．4kbjt／S，不同国家采用不同的工作系统。第一代移动通信系统属于模拟系统，如AMPS和TACS系统，主要采用频分多址技术FDMA（FrequencyDivisionMultipleAccess）,这种技术是最古老也是最简单的。但是，由于模拟系统的系统容量小，还有FDMA技术在信道之间必须有警界波段来使站点之间相互分开，这样在警界波段就会成很大的带宽浪费。而且，模拟系统的安全性能很差，任何有全波段无线电接收机的人都可以收听到一个单元里的所有通话。另外，此技术对天线和基站的破坏也很严重。因此模拟系统主要以语音业务为主，基本上很难开展数据业务。FDMA是数据通知中的一种技术，即不同的用户分配在时隙相同而频率不同的信道上。按照这种技术，把在频分多路传输系统中集中控制的频段根据要求分配给用户。同固定分配系统相比，频分多址使通道容量可根据要求动态地进行交换。在FDMA系统中，分配给用户一个信道，即一对频谱，一个频谱用作前向信道即基站向移动台方向的信道，另一个则用作反向信道即移动台向基站方向的信道。这种通信系统的基站必须同时发射和接收多个不同频率的信号，任意两个移动用户之间进行通信都必须经过基站的中转，因而必须同时占用2个信道(2对频谱)才能实现双工通信。以往的模拟通信系统一律采用FDMA。频分多址(FDMA)是采用调频的多址技术。业务信道在不同的频段分配给不同的用户。如TACS系统、AMPS系统等。频分多址是把通信系统的总频段划分成若干个等间隔的频道(也称信道)分配给不同的用户使用。这些频道互不交叠，其宽度应能传输一路数字话音信息，而在相邻频道之间无明显的串扰。采用模拟技术和频分多址（FDMA）技术。由于受到传输带宽的限制，不能进行移动通信的长途漫游，只能是一种区域性的移动通信系统。第一代移动通信有多种制式，我国主要采用的是TACS。第一代移动通信有很多不足之处，比如容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通话质量不高、不能提供数据业务、不能提供自动漫游频谱利用率低、移动设备复杂、费用较贵以及通话易被窃听等，最主要的问题是其容量已不能满足日益增长的移动用户需求。众所周知,传输和处理模拟信号的系统称为模拟通信系统,而传输和处理数字信号的系统称为数字通信系统。目前,实际中应用的移动通信,大多属于数字通信。因为模拟移动通信系统投入运行以来,其用户虽迅速增长,但对经济发达国家和地区,存在很多不足之处,这主要表现在以下几点:(1)模拟移动通信系统制式复杂,不易实现国际漫游。(2)模拟移动通信系统不能提供综合业务数字网(ISDN)业务,而通信网的发展趋势最终将向ISDN过渡。因此随着非话业务的发展,综合业务数字网逐步投入使用,对移动通信领域数字化要求越来越迫切。(3)模拟移动通信系统设备价钱高,手机体积大,电池充电后有效工作时间短,目前只能持续工作8小时,给用户带来不便。(4)模拟移动通信系统用户容量受限制,在人口密度很大的城市,系统扩容困难.解决上述问题的最有效办法就是采用一种新技术,即移动通信的数字化,称为数字移动通信系统。现在存在于世界各地比较实用的、容量较大的系统主要有：（1）北美的AMPS；(2)北欧的NMT-450/900；（3）英国的TACS；其工作频带都在450MHz和900MHz附近，载频间隔在30kHz以下。鉴于移动通信用户的特点：一个移动通信系统不仅要满足区内，越区及越局自动转接信道的功能，还应具有处理漫游用户呼叫（包括主被叫）的功能。因此移动通信系统不仅希望有一个与公众网之间开放的标准接口，还需要一个开放的开发接口。由于移动通信是基于固定电话网的，因此由于各个模拟通信移动网的构成方式有很大差异，所以总的容量受着很大的限制。鉴于模拟移动通信的局限性，因此尽管模拟蜂窝移动通信系统还会以一定的增长率在近几年内继续发展，但是它有着下列致命的弱点：（A）各系统间没有公共接口。（B）无法与固定网迅速向数字化推进相适应，数字承载业务很难开展。(C）频率利用率低，无法适应大容量的要求。（D）安全.利用率低，易于被窃听，易做假机。这些致命的弱点将妨碍其进一步发展，因此模拟蜂窝移动通信将逐步被数字蜂窝移动通信所替代。然而，在模拟系统中的组网技术仍将在数字系统中应用。第二代移动通信第二代移动通信系统(2G)开始于20世纪80年代末并完成于20世纪90年代末，1992年第一个GSM网络开始商用。2G是基于数字传输的，并且有多种不同的标准(如GSM，CT2，CT3，DECT，DCSl800)，其传输速率可达64kbit／s。GSM(全球移动系统)通信是目前使用的最普遍的一种标准，GSM使用900MHz和1800MHz两个频带。GSM通信系统采用数字传输技术并利用用户识别模块(SIM)技术鉴别用户，通过对数据加密来防止偷听。GSM传输使用时分多址(TD—MA)和码分多址(CDMA1)技术来增加网络中信息的传输量。GSM不能实现全球无缝漫游。其他的2G系统是IS一95CDMA，PDC禾口lS一136TDMA等。第二代移动通信，主要采用的是数字的时分多址(TDMA)技术和码分多址(CDMA)技术，与之对应的是全球主要有GSM和CDMA两种体制。2G一出现就产生了竞争，就是以美国的技术为代表的一个利益集团和以欧洲的技术为代表的另一个集团的竞争。说到底，在QUALCOMM的CDMA技术成熟之前（1995），2G都是以TimeDivisionMultipleAccess(TDMA–时分多址)为技术核心，美国的标准后来成了IS136标准，可是其市场基本是在美国。欧洲的TDMA标准后来就发展成了今天的GSM，这是大家都熟悉的了。GSM技术用的是窄带TDMA，允许在一个射频(即‘蜂窝’)同时进行8组通话。它是根据欧洲标准而确定的频率范围在900～1800MHz之间的数字移动电话系统，频率为1800MHz的系统也被美国采纳。GSM是1991年开始投入使用的。到1997年底，已经在100多个国家运营，成为欧洲和亚洲实际上的标准。GSM数字网也具有较强的保密性和抗干扰性，音质清晰，通话稳定，并具备容量大，频率资源利用率高，接口开放，功能强大等优点。不过它能提供的数据传输率仅为9.6kbit/s，和五、六年前用固定电话拨号上网的速度相当，而当时的internet几乎只提供纯文本的信息。中国移动和联通的大部分网络都采用的是欧洲的GSM标准。由于采用了TDMA，大大地提高了系统的容量，同时，由于数字技术的发展，2G全都采用数字通信，也大大地提高了通信质量。美国和欧洲竞争的结果到目前看是欧洲的GSM标准占了完全的上风。就连美国本土的电信运营商都在向GSM及其后续的3G方向发展。值得一提的是QUALCOMM的2GCDMA技术的美国和亚洲也取得了成功。中国联通CDMA网络用的就是这种技术。CDMA的意思就是CodeDivisionMultipleAccess（码分多址），这种通信系统的容量大，通信质量高，抗干扰，但是技术上稍微复杂些。CDM