移动通信技术的发展历程

第一代第一代移动通信技术（1G）是指最初的模拟、仅限语音的蜂窝电话标准，制定于上世纪80年代。Nordic移动电话（NMT）就是这样一种标准，应用于Nordic国家、东欧以及俄罗斯。其它还包括美国的高级移动电话系统（AMPS），英国的总访问通信系统（TACS）以及日本的JTAGS，西德的C-Netz，法国的Radiocom2000和意大利的RTMI。第一代移动通信主要采用的是模拟技术和频分多址(FDMA)技术。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。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。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，如容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通话质量不高、不能提供数据业务和不能提供自动漫游等。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，模拟蜂窝服务在许多地方正被逐步淘汰。第二代与第一代模拟蜂窝移动通信相比，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。我国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。GSM（GlobalSystemforMobileCommunications），即全球移动通讯系统，起源于欧洲的移动通信技术标准，是第二代移动通信技术，其开发目的是让全球各地可以共同使用一个移动电话网络标准，让用户使用一部手机就能行遍全球。1、GSM无线电接口GSM是一个蜂窝网络，也就是说移动电话要连接到它能搜索到的最近的蜂窝单元区域。GSM网络运行在多个不同的无线电频率上。GSM网络一共有4种不同的蜂窝单元尺寸：巨蜂窝，微蜂窝，微微蜂窝和伞蜂窝。覆盖面积因不同的环境而不同。巨蜂窝可以被看作那种基站天线安装在天线杆或者建筑物顶上那种；微蜂窝则是那些天线高度低于平均建筑高度的那些，一般用于市区内；微微蜂窝则是那种很小的蜂窝只覆盖几十米的范围，主要用于室内，伞蜂窝则是用于覆盖更小的蜂窝网的盲区，填补蜂窝之间的信号空白区域。蜂窝半径范围根据天线高度、增益和传播条件可以从百米以下数十公里。实际使用的最长距离GSM规范支持到35公里。还有个扩展蜂窝的概念，蜂窝半径可以增加一倍甚至更多。GSM同样支持室内覆盖，通过功率分配器可以把室外天线的功率分配到室内天线分布系统上。这是一种典型的配置方案，用于满足室内高密度通话要求，在购物中心和机场十分常见。然而这并不是必须的，因为室内覆盖也可以通过无线信号穿越建筑物来实现，只是这样可以提高信号质量减少干扰和回声。2、GSM网络结构GSM系统后面的网络被人们看作是极其庞大和复杂的，这样就可以提供所有的所需的服务。它被分成很多的部分，每一部分负责其中的一个功能。（1）基站系统(基站和相关控制器）。.（2）网络和交换系统(网络的每一部分都要与其他部分无缝衔接)。有时也被叫做核心网。（3）GPRS核心网(可选部分，用于基于报文的互联网连接)。（4）所有的系统元素组合出许多的象语音通话和短信这样的GSM服务。（5）身份识别Module。GSM的一个关键特征就是用户身份模块(SIM),也叫SIM卡。SIM卡是一个保存用户数据和电话本的可拆卸智能卡IC。用户就可以更换手机後还能保存自己的信息。换句话说用户也可以使用现在的手机而使用不同运营商的SIM卡。有些运营商为了防止用户转换到别的网络在手机上做手脚，使得它只能用一个特定的SIM卡，或者同一个网络的SIM卡，这就是众所周知的SIM卡封锁，这在某些国家并不合法。3、GSM安全GSM被设计具有中等安全水平。系统设计使用共享密钥用户认证。用户与基站之间的通讯可以被加密。ThedevelopmentofUMTSintroducesanoptionalUSIM,that使用更长鉴别密钥保证更好的安全以及网络和用户的双向验证。GSM只有网络到用户的验证(而且还不是vicaversa).虽然安全模块提供了保密和鉴别功能，但是鉴别能力有限而且可以伪造。GSM为了安全使用多种加密算法。A5/1和A5/2两种串流密码用于保证在空中语音的保密性。A5/1是在欧洲范围使用的强力算法，而A5/2则是在其他国家使用的弱强度算法。在两种算法中严重漏洞都已经被发现，例如一个单一密文攻击可能实时的中断掉A5/2.但是系统支持多个不同算法，这样运营商就可以换一个安全等级更强的。4、GSM的技术特点（1）频谱效率由于采用了高效调制器、信道编码、交织、均衡和语音编码技术，使系统具有高频谱效率。（2）容量由于每个信道传输带宽增加，使同频复用栽干比要求降低至9dB，故GSM系统的同频复用模式可以缩小到4/12或3/9甚至更小（模拟系统为7/21）；加上半速率话音编码的引入和自动话务分配以减少越区切换的次数，使GSM系统的容量效率（每兆赫每小区的信道数）比TACS系统高3～5倍。（3）话音质量鉴于数字传输技术的特点以及GSM规范中有关空中接口和话音编码的定义，在门限值以上时，话音质量总是达到相同的水平而与无线传输质量无关。（4）开放的接口GSM标准所提供的开放性接口，不仅限于空中接口，而且报刊网络直接以及网络中各设备实体之间，例如A接口和Abis接口。（5）安全性通过鉴权、加密和TMSI号码的使用，达到安全的目的。鉴权用来验证用户的入网权利。加密用于空中接口，由SIM卡和网络AUC的密钥决定。TMSI是一个由业务网络给用户指定的临时识别号，以防止有人跟踪而泄漏其地理位置。（6）与ISDN、PSTN等的互连与其他网络的互连通常利用现有的接口，如ISUP或TUP等。在SIM卡基础上实现漫游。漫游是移动通信的重要特征，它标志着用户可以从一个网络自动进入另一个网络。全球移动通信系统可以提供全球漫游，当然也需要网络运营者之间的某些协议，例如计费。第二代半第二代半无线通信技术即2.5G，是指介于2G和3G之间的（过渡性）移动通信技术。2.5G移动通信技术是从2G迈向3G的衔接性技术，由于3G是个相当浩大的工程，所牵扯的层面多且复杂，要从目前的2G迈向3G不可能一下就衔接得上，因此出现了介于2G和3G之间的2.5G。HSCSD、WAP、EDGE、蓝牙（Bluetooth）、EPOC等技术都是2.5G技术。1、高速电路交换数据服务这是GSM网络的升级版本，HSCSD(HighSpeedCircuitSwitchedData)能够透过多重时分同时进行传输，而不是只有单一时分而已，因此能够将传输速度大幅提升到平常的二至三倍。目前新加坡M1与新加坡电讯的移动电话都采用HSCSD系统，其传输速度能够达到57.6kbps。2、整合封包无线服务GPRS(GeneralPacketRadioSystem)是封包交换数据的标准技术。由于具备立即联机的特性，对于使用者而言，可说是随时都在上线的状态。GPRS技术也让服务业者能够依据数据传输量来收费，而不是单纯的以联机时间计费。这项技术系与GSM网络配合，传输速度可以达到115kbps。3、全球增强型数据提升率完全以目前的GSM标准为架构，EDGE(EnhancedDataratesforGlobalEvolution)不但能够将GPRS的功能发挥到极限，还可以透过目前的无线网络提供宽频多媒体的服务。EDGE的传输速度可以达到384kbps，可以应用在诸如无线多媒体、电子邮件、网络信息娱乐以及电视会议上。4、无线应用通讯协议WAP(WirelessApplicationProtocol)是移动通信与互联网结合的第一阶段性产物。这项技术让使用者可以用手机之类的无线装置上网，透过小型屏幕遨游在各个网站之间。而这些网站也必须以WML(无线标记语言)编写，相当于国际互联网上的HTML(超文件标记语言)。5、蓝牙蓝牙是一种短距的无线通讯技术，电子装置彼此可以透过蓝牙而连接起来，传统的电线在这里就毫无用武之地了。透过芯片上的无线接收器，配有蓝牙技术的电子产品能够在十公尺的距离内彼此相通，传输速度可以达到每秒钟1兆字节。以往红外线接口的传输技术需要电子装置在视线之内的距离，而现在有了蓝牙技术，这样的麻烦也可以免除了。6、EPOC由Symbian所开发的EPOC是一种能够让移动电话摇身一变成为无线信息装置(例如智能电话)的操作系统，满足使用者对于数据的需求。它支持信息传送、网页浏览、办公室作业、公用事业以及个人信息管理(PIM)的应用，也有软件可以和个人计算机与服务器作同步的沟通。第三代第三代移动通信技术（3rd-generation，3G），是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术，指将无线通信与国际互联网等多媒体通信相结合的新一代移动通信系统。3G服务能够同时传送声音及数据信息，速率一般在几百kbps以上。它能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。目前3G存在四种标准：CDMA2000，WCDMA，TD-SCDMA，WiMAX。1、3G标准它们分别是WCDMA（欧洲版）、CDMA2000（美国版）和TD-SCDMA（中国版）。国际电信联盟（ITU）在2000年5月确定WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA三大主流无线接口标准，写入3G技术指导性文件《2000年国际移动通讯计划》（简称IMT—2000）；2007年，WiMAX亦被接受为3G标准之一。CDMA是CodeDivisionMultipleAccess(码分多址)的缩写，是第三代移动通信系统的技术基础。第一代移动通信系统采用频分多址(FDMA)的模拟调制方式，这种系统的主要缺点是频谱利用率低，信令干扰话音业务。第二代移动通信系统主要采用时分多址(TDMA)的数字调制方式，提高了系统容量，并采用独立信道传送信令，使系统性能大大改善，但TDMA的系统容量仍然有限，越区切换性能仍不完善。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。下面分别介绍一下3G的几种标准：（1）W-CDMA也称为WCDMA，全称为WidebandCDMA，也称为CDMADirectSpread，意为宽频分码多重存取，这是基于GSM网发展出来的3G技术规范，是欧洲提出的宽带CDMA技术，它与日本提出的宽带CDMA技术基本相同，目前正在进一步融合。W-CDMA的支持者主要是以GSM系统为主的欧洲厂商，日本公司也或多或少参与其中，包括欧美的爱立信、阿尔卡特、诺基亚、朗讯、北电，以及日本的NTT、富士通、夏普等厂商。该标准提出了GSM(2G)-GPRS-EDGE-WCDMA(3G)的演进策略。这套系统能够架设在现有的GSM网络上，对于系统提供商而言可以较轻易地过渡。预计在GSM系统相当普及的亚洲，对这套新技术的接受度会相当高。因此W-CDMA具有先天的市场优势。（2）CDMA2000CDMA2000是由窄带CDMA(CDMAIS95)技术发展而来的宽带CDMA技术，也称为CDMAMulti-Carrier，它是由美国高通北美公司为主导提出，摩托罗拉、Lucent和后来加入的韩国三星都有参与，韩国现在成为该标准的主导者。这套系统是从窄频CDMAOne数字标准衍生出来的，可以从原有的CDMAOne结构直接升级到3G，建设成本低廉。但目前使用CDMA的地区只有日、韩和北美，所以CDMA2000的支持者不