通讯技术发展概述1G-4G

关于4G一、简要回顾中国近年通讯运营商历史（一）我国最初的通信主要由邮电局（中国电信移动通讯邮电总局）管理与运营，于95年进行企业法人登记，从此逐步实行政企分开。（二）第一次分拆重组98年邮电局拆分为邮政局和电信局。（三）第二次分拆重组99年开始将电信分拆重组，原中国电信分拆成新中国电信、中国移动和中国卫星通信3个公司。移动通信业务从电信局分离出去，于2000年5月挂牌成立“中国移动通信公司”。中国电信只经营固定电话业务和互联网接入，于2000年5月中国电信集团公司正式挂牌。（四）在此前及此期间网通、吉通、联通、铁通等公司成立。中国网通的前身具有100多年的悠久历史，但此前规模较小，一般称为小网通。中国吉通成立于1994年1月，由电子工业部发起，于1999年获得电信运营许可证，为当时国内第4大电讯商及第3大互联网络服务商，提供宽带接入、IP电话、电子商务等业务。中国联通成立于1994年7月，95年开通GSM通讯，02年开通CDMA网络，被视为中国移动的主要竞争对手。中国铁通成立于2000年12月。（五）第三次分拆重组2001年11月，电信公司被再次重组，进行了南北分拆，北方10省的电信公司和网通、吉通合并组建了新的网通公司，南方各省业务并入新的电信。就此形成以中国电信、中国网通、中国移动、中国联通、中国铁通和中国卫通为主体的“5+1”格局。其中南电信和北网通经营固话和互联网接入等业务，移动和联通经营移动通信业务。铁通经营固话业务规模较小。（六）第四次分拆重组2008年5月，中国联通CDMA网并入中国电信，中国卫通的基础电信业务并入中国电信。2008年5月，中国铁通并入中国移动，成为其全资子公司，目前仍保持相对独立运营。2009年1月，原中国网通和原中国联通合并组建成中国联合网络通信集团有限公司，简称“中国联通”。三大通讯运营商使用的通讯网络2G3G4G中国移动GSMTD-SCDMATD-LTE中国联通GSMWCDMAFDD-LTE中国电信CDMACDMA2000FDD-LTE二、通讯技术发展历程1G、2G、3G、4G——1stGeneration、2ndGeneration、3rdGeneration、4thGeneration的缩写，第一、二、三、四代移动通讯技术规格的简称。（一）1G第一代移动通讯技术（模拟移动通讯技术）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。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。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，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。2001年12月31日我国关闭了模拟移动网络。（二）2G第二代移动通讯技术（数字移动通讯技术）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的缩写，即全球移动通信系统，由欧洲电信标准组织ETSI制订的一个数字移动通信标准，被看作是第二代(2G)移动电话系统，GSM是当前应用最为广泛的移动电话标准，用户超过10亿。CDMA——CodeDivisionMultipleAccess的缩写，即码分多址，是指一种扩频多址数字式通信技术，通过独特的代码序列建立信道，可用于二代和三代无线通信中的任何一种协议。。CDMA技术的原理是基于扩频技术，作为一项新兴技术，CDMA正迅速风靡全球并已占据20%的无线市场。截止2012年，全球CDMA2000用户已超过2.56亿，使用地区主要为日、韩、北美和中国。CDMA2000是CDMA的升级版,CDMA是第二代通信协议标准,CDMA2000是第三代，就是CDMA技术发展过程中的一个阶段。补充：移动通信系统有多种分类方法。例如按信号性质分，可分为模拟、数字；按调制方式分，可分为调频、调相、调幅；按多址连接方式分，可分为频分多址(FDMA）、时分多址(TDMA）和码分多址（CDMA）。中国联通、中国移动所使用的GSM移动电话网采用的便是FDMA和TDMA两种方式的结合。GSM比模拟移动电话有很大的优势，但是，在频谱效率上仅是模拟系统的3倍，容量有限；在话音质量上也很难达到有线电话水平；TDMA终端接入速率最高也只能达到9.6kbit/s；TDMA系统无软切换功能，因而容易掉话，影响服务质量。因此，TDMA并不是现代蜂窝移动通信的最佳无线接入，而CDMA多址技术完全适合现代移动通信网所要求的大容量、高质量、综合业务、软切换等，正受到越来越多的运营商和用户的青睐。（三）3G第三代移动通讯技术（多媒体移动通讯技术）第三代移动通信系统（简称3G）的技术发展和商用进程是近年来全球移动通信产业领域最为关注的热点问题之一。目前，国际上最具代表性的3G技术标准有三种，分别是TD-SCDMA、WCDMA和CDMA2000。其中TD-SCDMA属于时分双工（TDD）模式，是由中国提出的3G技术标准；而WCDMA和CDMA2000属于频分双工（FDD）模式，WCDMA技术标准由欧洲和日本提出，CDMA2000技术标准由美国提出。TD-SCDMA、WCDMA和CDMA2000互不兼容。TD-SCDMA——TimeDivision-SynchronousCDMA（时分同步CDMA）的简称，中国提出的第三代移动通信标准(简称3G)，也是ITU批准的三个3G标准中的一个，以我国知识产权为主的、被国际上广泛接受和认可的无线通信国际标准，是我国电信史上重要的里程碑。优势在于便于提高频谱利用率，对业务支持具有灵活性。但相对于另两个主要3G标准CDMA2000和WCDMA，它的起步较晚，技术不够成熟。TD-SCDMA标准延伸的4G标准是TD-LTE。WCDMA——WidebandCDMA的简称，意为宽频分码多重存取，是基于GSM网发展出来的3G技术规范，WCDMA是当前世界上采用的国家及地区最广泛的，终端种类最丰富的一种3G标准。优势：有较高的扩频增益，发展空间较大，全球漫游能力最强，技术成熟性最佳。WCDMA标准延伸的4G标准是FDD-LTE。CDMA2000——CDMA2000也称为CDMAMulti-Carrier，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（是2GCDMAOne标准的延伸），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、北美和中国，所以相对于WCDMA来说，CDMA2000的适用范围要小些，使用者和支持者也要少些。CDMA2000是美国通讯行业协会(TIA-USA)的注册商标,并不是一个像CDMA一样的通用术语。CDMA2000标准最有希望延伸的4G标准是FDD-LTE。（四）第四代移动通讯技术4G第四代移动通信技术的概念可称为宽带接入和分布网络，具有非对称的超过2Mb/s的数据传输能力。它包括宽带无线固定接入、宽带无线局域网、移动宽带系统和交互式广播网络。第四代移动通信标准比第三代标准具有更多的功能。第四代移动通信技术的主要指标：1、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。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。LTE(LongTermEvolution,长期演进)项目是3G的演进，它改进并增强了3G的空中接入技术。LTE+是真正的4G网络，是TD-LTE和FDD-LTE的合并。TD-LTE是3G标准TD-SCDMA（包括HSPA）的升级，FDD-LTE是3G标准的WCDMA（包括HSPA，HSPA+）和CDMA2000（EvDo）的升级。TD-LTE和FDD-LTE都是4G的过渡标准，真正的4G标准应该是统一的。国际上，大部分市场是从CDMA或WCDMA过渡到FDD-LTE网络，而中国市场较为独特，中国移动公司正在率先从TD-SCDMA过渡到TD-LTE网络。三、4G移动通讯系统的关键技术(一)接入方式和多址方案OFDM(正交频分复用)是一种无线环境下的高速传输技术，其主要思想就是在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，各子载波并行传输。尽管总的信道是非平坦的，即具有频率选择性，但是每个子信道是相对平坦的，在每个子信道上进行的是窄带传输，信号带宽小于信道的相应带宽。OFDM技术的优点是可以消除或减小信号波形间的干扰，对多径衰落和多普勒频移不敏感，提高了频谱利用率，可实现低成本的单波段接收机。OFDM的主要缺点是功率效率不高。(二)调制与编码技术4G移动通信系统采用新的调制技术，如多载波正交频分复用调制技术以及单载波自适应均衡技术等调制方式，以保证频谱利用率和延长用户终端电池的寿命。4G移动通信系统采用更高级的信道编码方案(如Turbo码、级连码和LDPC等)、自动重发请求(ARQ)技术和分集接收技术等，从而在低Eb/N0条件下保证系统足够的性能。(三)高性能的接收机4G移动通信系统对接收机提出了很高的要求。Shannon定理给出了在带宽为BW的信道中实现容量为C的可靠传输所需要的最小SNR。按照Shannon定理，可以计算出，对于3G系统如果信道带宽为5MHz，数据速率为2Mb/s，所需的SNR为l.2dB；而对于4G系统，要在5MHz的带宽上传输20Mb/s的数据，则所需要的SNR为12dB。可见对于4G系统，由于速率很高，对接收机的性能要求也要高得多。(四)智能天线技术智能天线具有抑制信号干扰、自动跟踪以及数字波束调节等智能功能，被认为是未来移动通信的关键技术。智能天线应用数字信号处理技术，产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分利用移动用户信号并消除或抑制干扰信号的目的。这种技术既能改善信号质量又能增加传输容量。(五)MIMO技术MIMO(多输入多输出)技术是指利用多发射、多接收天线进行空间分集的技术，它采用的是分立式多天线，能够有效的将通信链路分解成为许多并行的子信道，从而大大提高容量。信息论已经证明，当不同的接收天线和不同的发射天线之间互不相关时，MIMO系统能够很好地提高系统的抗衰落和噪声性能，从而获得巨大的容量。例如：当接收天线和发送天线数目都为8根，且平均信噪比为20dB时，链路容量可以高达42bps/Hz，这是单天线系统所能达到容量的40多倍。因此，在功率带宽受限的无线信道中，MIMO技术是实现高数据速率、提高系统容量、提高传输质量的空间分集技术。在无线频谱资源相对匮乏的今天，MIMO系统已经体现出其优越性，也会在4G移动通信系统中继续应用。(六)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。软件无线电的核心思想是在尽可能靠近天线的地方使用宽带A/D和D/A变换器，并尽可能多地用软件来定义无线功能，各种功能和信号处理都尽可能用软件实现。其软件系统包括各类无线信令规则与处理软件、信号流变换软件、信源编码软件、信道纠错编码软件、调制解调算法软件等。软件无线电使得系统具有灵活性和适应性，能够适应不同的网络和空中接口。软件无线电技术能支持采用不同空中接口的多模式手机和基站，能实现各种应用的可变QoS。四、4G移动通讯系统的优势与3G相比，4G移动通信系统的技术有许多超越之处，主要有：(一)高速率对于大范围高速移动用户(250km/h)，数据速率为2