移动通信发展历程与趋势)

移动通信发展历程与趋势摘要:摘要:本文简单讲述了移动通信的发展历程,将其分成五个阶段.详述了1到4G通信技术的特点,主要技术,性能指标和关键技术及相应的优缺点,并对各个阶段的技术进行了比较;然后分析了世界移动通信的整体发展趋势.最后给出我国的移动通信方面的发展历程,我国移动通信网络的规模和用户总量均居世界第一.关键词:移动通信发展历程趋势GSMCDMAHistoryandTrendofMobileCommunication(InformationEngineering,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangdong,Guangzhou,510641,China)Abstract:Thispaperbrieflyintroducesthedevelopmentofmobilecommunication.Andputitintofiveperiods.Italsotellsusthespecialpartsofmobilecommunicationfromthefirsttofourthgenerationandthedifferencebetweenthem.Thenthetrendofitsdevelopmentispredicted.Last,themobilecommunicationdevelopmentofChinaisexpressed,thescaleandtheAmountofwhichisthefirstintheworld.Keywords:mobilecommunicationsystem;developmentcourse;trend;GSM;CDMA1.引言在过去的10年中,世界电信发生了巨大的变化,移动通信特别是蜂窝小区的迅速发展,使用户彻底摆脱终端设备的束缚,实现完整的个人移动性,可靠的传输手段和接续方式.进入21世纪,移动通信将逐渐演变成社会发展和进步的必不可少的工具.移动通信技术越来越受到人们的关注,移动通信技术的发展过程也是有其可比性的,因此在关注移动通信技术发展的同时,了解一些其过去的发展历史和过程对我们研究和展望未来移动通信技术的发展是很有益处的.车,轮船,收音机等在移动状态中的物体.移动通信系统由两部分组成:(1)空间系统;(2)地面系统:①卫星移动无线电台和天线;②关口站,基站.2.2移动通信的分类移动通信的种类繁多.按使用要求和工作场合不同可以分为:(1)集群移动通信,也称大区制移动通信.它的特点是只有一个基站,天线高度为几十米至百余米,覆盖半径为30公里,发射机功率可高达200瓦.用户数约为几十至几百,可以是车载台,也可是以手持台.它们可以与基站通信,也可通过基站与其它移动台及市话用户通信,基站与市站有线网连接.(2)蜂窝移动通信,也称小区制移动通信.它的特点是把整个大范围的服务区划分成许多小区,每个小区设置一个基站,负责本小区各个移动台的联络与控制,各个基站通过移动交换中心相互联系,并与市话局连接.利用超短波电波传播距离有限的特点,离开2.移动通信基础知识2.移动通信基础知识2.1移动通信简介移动通信可以说从无线电通信发明之日就产生了.1897年,MG马可尼所完成的无线通信试验就是在固定站与一艘拖船之间进行的,距离为18海里.移动通信是移动体之间的通信,或移动体与固定体之间的通信.移动体可以是人,也可以是汽车,火一定距离的小区可以重复使用频率,使频率资源可以充分利用.每个小区的用户在1000以上,全部覆盖区最终的容量可达100万用户.(3)卫星移动通信.利用卫星转发信号也可实现移动通信,对于车载移动通信可采用赤道固定卫星,而对手持终端,采用中低轨道的多颗星座卫星较为有利.(4)无绳电话.对于室内外慢速移动的手持终端的通信,则采用小功率,通信距离近的,轻便的无绳电话机.它们可以经过通信点与市话用户进行单向或双方向的通信.3.移动通信发展历史3.1移动通信的五个阶段第一阶段从20世纪20年代至40年代,为早期发展阶段.在这期间,首先在短波几个频段上开发出专用移动通信系统,其代表是美国底特律市警察使用的车载无线电系统.该系统工作频率为2MHz,到40年代提高到30～40MHz,可以认为这个阶段是现代移动通信的起步阶段,特点是专用系统开发,工作频率较低.第二阶段从40年代中期至60年代初期.在此期间内,公用移动通信业务开始问世.1946年,根据美国联邦通信委员会(FCC)的计划,贝尔系统在圣路易斯城建立了世界上第一个公用汽车电话网,称为城市系统.当时使用三个频道,间隔为120kHz,通信方式为单工,随后,西德(1950年),法国(1956年),英国(1959年)等国相继研制了公用移动电话系统.美国贝尔实验室完成了人工交换系统的接续问题.这一阶段的特点是从专用移动网向公用移动网过渡,接续方式为人工,网的容量较小.下图为移动通信技术演进路线:第三阶段从60年代中期至70年代中期.在此期间,美国推出了改进型移动电话系统(IMTS),使用150MHz和450MHz频段,采用大区制,中小容量,实现了无线频道自动选择并能够自动接续到公用电话网.德国也推出了具有相同技术水平的B网.可以说,这一阶段是移动通信系统改进与完善的阶段,其特点是采用大区制,中小容量,使用450MHz频段,实现了自动选频与自动接续.第四阶段从70年代中期至80年代中期.这是移动通信蓬勃发展时期.1978年底,美国贝尔试验室研制成功先进移动电话系统(AMPS),建成了蜂窝状移动通信网,大大提高了系统容量.这一阶段的特点是蜂窝状移动通信网成为实用系统,并在世界各地迅速发展.移动通信大发展的原因,除了用户要求迅猛增加这一主要推动力之外,还有几方面技术进展所提供的条件.第五阶段从80年代中期开始.这是数字移动通信系统发展和成熟时期.以AMPS和TACS为代表的第一代蜂窝移动通信网是模拟系统.模拟蜂窝网虽然取得了很大成功,但也暴露了一些问题.例如,频谱利用率低,移动设备复杂,费用较贵,业务种类受限制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.解决这些问题的方法是开发新一代数字蜂窝移动通信系统.数字无线传输的频谱利用率高,可大大提高系统容量.另外,数字网能提供语音,数据多种业务服务,并与ISDN等兼容.到80年代中期,欧洲首先推出了泛欧数字移动通信网(GSM)的体系.随后,美国和日本也制定了各自的数字移动通信体制.4移动通信1—4G简介4.11G简介早在80年代在北欧,北美,日本等地区的国家的第一代移动通信系统(1G)开始启用,1G时代既没有全球统一的移动通信标准,也没有Ⅸ域性的移动通信标准,移动通信的标准,系统的服务范围都是以国家或区域为单位的,并没有形成大众认可及普遍适用的规范和标准.lG为模拟加数字型的,移动通信网络使用的技术主要采用频分双工,频分多址制式.并利用蜂窝组网技术以提高频率资源利用率,克服了大区制容量密度低,活动范嗣受限的问题.FDMA是将通信系统的总频段划分为若干个等间隔的频道(有时称为信道),将频道再分配给不同的用户使用,这些频道互不交叠,其宽度应该满足传输一路数字话音的需要,整个频道划分为两组,一组用于发射机发送,另一组用于接收机接收,两组之间留有一段隔离频带,起到防止同一部发射机对接收机产生干扰的保护作用.频分多址的基站必须同时发射和接收多个不同频率的信号,任意两个用户之的通信都必须经过基站的转发.虽然采用频分多址.但并未提高信道利用率,因此不足之处是频谱利用率低,通信系统中同时存在多个频率信号容易形成干扰,容量有限,不能提供自动漫游,很难实现保密,通话质量一般,业务单一,设备复杂,价格高,现在已经无法承担目前要求的大容量,高质量话音,高速数字业务等要求4.22G简介由于以上lG移动通信系统存在的问题.使得国际相关组织开始了第二代移动通信系统(2G)的研究,主要有两支国际普遍采用的标准(区域化的标准):美国高通公司推出的CDMA1S一95,欧洲的GSM,在2G标准里最先推出和应用最广泛的GSM,采用TDMA+FDMA多址技术,在2G时代还有一支全球应用的标准就是CDMA.即码分多址.TDMA时分多址,即一个信道由一连串周期性的时隙构成,不同的信号能量被分配到不同的时隙中,利用定时选通来限制邻近信道的干扰,从而只允许在规定时隙中有用的信号能量通过.DAMPS数字蜂窝通信系统将30KHz的频分信道划分为6个时隙进行TDMA传输,而GSM系统是将间隔200KHz的无线信道划分为8个时隙进行传输,根据不同的双工方式,TDMA系统的帧结构也不同.在不同的通信系统中,帧结构中包含的时隙结构也各不相同,没有同一的格式时隙由比特组成,一般包含同步信息,信令信息和数据信息TDMA系统必须在严格的帧同步,时隙同步和比特(位)同步的条件下工作,若接收机采用相干解调,则还必须获得载波同步.系统定时是TDMA系统中的关键问题.2G与lG相比较主要的特点是提高了标准化程度及频谱利用率,不再是数模结合而是数字化,保密性增加,容最增大,干扰减小,能传输低速的数据业务,全球可以漫游.在增加了分组网络部分后可以加入窄带分组数据业务,2G网络就改造升级成为了所渭的2.5G(GPRS),2.75G(EDGE)网络,从而为将来系统演进到宽带系统打下了良好基础.2G移动网络的突出弱点就是业务范围有限,无法实现移动的多媒体业务,各国标准不统一,无法实现全球漫游.4.3第一代和第二代移动通信的主要区别第一代和第二代移动通信网络,除了空中无线信号采用模拟和数字调制方式的不同外,还有下列的主要区别:(1)网络单元的构成不同模拟移动通信系统基本上均由基站和交换机组成,所有和无线子系统相关的功能,例如无线信道资源管理,无线部分的移动性管理等均由基站完成,而用户数据管理,呼叫处理,业务控制和漫游数据等功能均在交换机内部完成.GSM数字移动通信系统则是由BTS和BSC组成的无线子系统以及由MSC/VLR和HLR组成的交换子系统构成,上述的功能分散在各个相关网络单元,这样便优化了系统处理资源.(2)组网方式不同模拟移动通信系统的A网基本上是以省为单位建立的本地网,省内交换机与当地的市话交换机采用中国一号随路或七号共路信令,移动交换机间互通和漫游采用厂家内部信令,互通话路仅作为M.M呼叫使用.省间漫游信令采用美国Is一41协议,话路利用市话长途网的通路.B网在移动交换机间互联时采用了七号信令的方式,漫游也是采用了Is.41的协议.A/B网漫游则通过在北京,上海和广东设立信令关口局进行处理.而GSM网络的信令网采用全备份双平面的两级STP转接,内部话路采用大区汇接制,建立了完整的移动长途网.(3)路由方式不同模拟移动电话采用类似市话的区号+手机号码的编号方式,在市话呼叫手机时,话路将通过长途局进入被叫当地的移动交换机(所谓就远接人),再根据当时手机的具体位置直接寻呼或做漫游处理,最后将话路送达被叫手机的服务交换机.而GSM移动电话采用了网号+手机号码的编码方式,并引入网关交换机的概念.在市话呼叫手机时,主叫市话交换机判定移动网号后直接将呼叫话路转接至当地网关移动交换机(所谓就近入网),再由它建立信令链路至归属HLR并获得HLR从被叫手机服务交换机得到的漫游号码(MRN),这样话路将直接由市话主叫所在地的移动网关交换机连接至被叫手机的服务交换机.4.43G简介1.3G是将无线通信与多媒体通信结合的新一代移动通信系统.与前两代的区别在于传输声音和数据速率上的提升,它能够比较快速处理声音,音乐,图像,视频流等多种形式,并提供与互联网连接的网页浏览,自行组织的电话会议,电子商务等多种信息服务,同时也考虑到与第二代的兼容性,第三代移动通信系统(3G),是正在全力开发的系统,其最基本的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,支持话音和多媒体数据通信,它可以提供前两代产品不能提供的各种宽带信息业务,例如高速数据,慢速图像与电视图像等.2.CDMA系统采用一组彼此正交(或准正交)的伪随机噪声