移动通信网络的发展历程

移动通信网络的发展历程 2 摘要 摘要 自从 1897 年马可尼的实验证明了无线通信的可行性 人们对移动通信的 探索和在发展中不断产生的需求推动了移动通信技术的飞速发展 无可置疑 移动通信越来越广泛地渗透进每个人的日常生活中 从上个世纪 80 年代中期第 一代模拟移动通信系统商用开始到如今 短短的十几年间经历了 90 年代初第二 代 第三代数字移动通信系统从萌芽到完善的整个发展过程 直至今天对第四 代移动通信系统如火如茶的研究和开发 足以表明移动通信的发展速度势不可 档 本文回顾了移动通信系统的发展历程 关键词 关键词 移动通信网络 发展概况 技术变革 移动通信技术的出现 给世界带来了巨大的改变 也对人们的生活带了革 命性的变化 随着社会和经济的发展 现代人对信息交流 传播的要求越来越 高 对通信效率 品质的追求也更加强烈 这直接推动了现代通信技术的高速 更迭 移动通信系统的发展主要依赖于下述三个方面的技术进步 计算技术 集 成技术和传输技术 从单基站大功率系统到多基站小功率系统 从单一覆盖模式到蜂窝和微蜂 窝覆盖模式 从小区域覆盖到大区域覆盖并实现了国内甚至国际漫游 从纯语 音系统到包括低速数据传输的综合传输系统 从模拟移动通信系统到数字移动 通信系统 这些变化 使得移动通信技术在传输能力和传输质量等方面获得 了巨大的进步 移动通信起源于无线通信 最早可追述到 1901 年马克尼从英格兰收到短波 无线电信号 但直到 1948 年才出现第一台 无线 移动电话 而真正发展是从 20 世纪 70 年代开始的 迄今经历了第 1 代移动通信系统 第 2 代移动通信系 统 正在广泛运用的第 3 代移动通信系统和刚刚入门的 4G 系统的发展历程 1 1 第一代移动通信系统第一代移动通信系统 1974 年 贝尔实验室提出了蜂窝移动网的概念 同年其又研制出 AMPS Advanced Mobile Phone Service 并于 1882 年在美国正式运营同一时 期 英国的 TACS Total Access Communication System 和北欧的 NMT Nodic Mobile Telephone 等其他地方也出现了类似的技术 它们都是基于模拟信号 的 实现全双工通信 频分多址的技术 蜂窝移动通信的出现可以说是移动通信的一次革命 其频率复用大大提高 了频率利用率并增大系统容量 网络的智能化实现了越区转接和漫游功能 扩 大了客户的服务范围 但上述模拟系统有四大缺点 各系统间没有公共接口 很 难开展数据承载业务 频谱利用率低无法适应大容量的需求 安全保密性差 易 被窃听 易做 假机 尤其是在欧洲系统间没有公共接口 相互之间不能漫游 对客户造成很大的不便 现在己经被淘汰 有新的需求就会有新的发展 这些 明显的缺点正是导致第二代移动通信系统发展的主要原因之一 除这个容量瓶颈外 第一代系统还受制于不同的系统标准 因为这使得一 个用户在不同国家的漫游变得不可能 比如在欧洲 由于大多数国家很小 又 有几个标准同时存在 因而 使用移动电话的人数愈来愈少 在中国 虽然实 行统一的建设规划 同样存在多个系统标准共存的问题 使得网络管理很复杂 所有这些都在推动着第二代无线通信系统的发展 实现更高的容量和兼容的系统 标准 3 2 2 第二代移动通信系统第二代移动通信系统 20 世纪 80 年代中期 当模拟蜂窝移动通信系统刚投放市场时 世界上的 发达国家就在研制第二代移动通信系统 其中最有代表性和比较成熟的制式有 泛欧 GSM Global System fior Mobile Communication 美国的 ADC D AMPS 和日本的 JDC 现在改名为 PDC 等数字移动通信系统在这些数字系统中 GSM 的发展最引人注目 1991 年 GSM 系统正式在欧洲问世 网络开通运行 在学术界和工业界研究第二代系统标准的时候 到底是模拟好还是数字好 并没有一致的看法 且存在着明显不同的意见 因为这涉及到第二代无线通信 系统的最基本的特征 并且是一个不可逆转的决定 但基于数字技术本身的巨 大进步和由强大计算能力导致的信息传递和信息服务的无规则化运动 一些世 界性的标准委员会才最终选择了数字技术作为第二代蜂窝无线通信的基准 这 些选择确保两个目标 第一是移动通信的升级能力 第二是移动通信和其它信息 技术溶合的能力 概括起来 数字技术具有下述方面的优点 增强的系统灵活性 高效的数字 调制技术 提高了系统的有效容量 加强的信源和信道编码技术 提高了抗干扰能 力 灵活的带宽配置 增加新的服务项目 提高接人和切换的能力和效率 GSM 数字移动通信系统源于欧洲早在 1982 年 欧洲己有几大模拟蜂窝移动 系统在运营 例如北欧多国的 NMT 北欧移动电话 和英国的 TACS 全接入通信 系统 西欧其它各国也提供移动业务 当时这些系统是国内系统 不可能在国 外使用为了方便全欧洲统一使用移动电话 需要一种公共的系统 1982 年 北 欧国家向 CFPT 欧洲邮电行政大会 提交了一份建议书 要求制定 900MHz 频 段的公共欧洲电信业务规范 在这次大会上就成立了一个在欧洲电信标准学会 FTSI 技术委员会下的 移动特别小组 Group Special Mobile 简称 GSM 来制定有关的标准和建议书 GS6l 系统有几项重要特点 防盗拷能力佳 网络容量大 手机号码资源丰 富 通话清晰 稳定性强不易受干扰 信息灵敏 通话死角少 手机耗电量低 然而 随着宽带技术在有线网络的发展和应用 无线网络提供宽带业务的 时代必然要出现 加上跨网络平台的 1P 的出现 研究宽带移动通信系统的外围 环境趋于成熟 各种因素在促使第三代 第四代移动通信系统的发展 3 3 第二半代移动通信系统第二半代移动通信系统 在第三代移动系统向第三代的演化过程中 为 Il 保证平滑过渡 提出了 2 5 代系统的概念 以其典型代农 GPRS 为例 数据速率可达 115Kb s 显然仍然无 法满足高速数据业务的要求 CDMA Code Division Multiple Access 即码分 多址 其技术的原理是基于扩频技术 即将需传送的具有一定信号带宽信息数 据 用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制 使原数据信号的带 宽被扩展 再经载波调制并发送出去 接收端使用完全相同的伪随机码 与接 收的带宽信号作相关处理 把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩 以 实现信息通信因此它具有抗干扰性好 抗多径衰落 保密安全性高 同频率可 在多个小区内重复使用 容量和质量之间可做权衡取舍等属性这些属性使 CDMA 比其它系统有很大的优势 比 GSM 更先进 故也称之为 2 5G 4 4 4 第三代移动通信系统第三代移动通信系统 尽管第二代移动通信系统拥有着诸多优点 它也为全球信息化做出了巨大 的贡献 但也存在着问题 其带宽过低限制了告诉数据的应用 不能很好的实 行多媒体业务 存在多种标准 无法实现全球漫游等 即便第 2 5 代移动通信 系统也不能满足用户对高速移动数据业务的需求 为此 国际电信联盟 ITU 很 早就提出发展 1MT 2000 第三代移动通信系统 目前 经 ITU 认可的 3G 无线传 输技术主要有三种标准 分别是 W CDMA CDMA200 和中国提出的 TD SCDMA 从 技术的角度来看 第一代向第二代的演进 从模拟到数字是自然而然的 并且 关注的主要都是话音业务 第三代移动通信系统则试图建立一个全球覆盖 全 球无缝漫游的移动综合业务数字 提供与固定电信网的业务兼容 质量相当的 多种语音和多种速率的非话业务 相对于前两代而言有着较高频谱利用率 第 二代移动通信系统向第三代的演进并没有旨在建立一个新网络 而是被看作一 个可以不断演进的平台 并将注惫力从话音转向移动多媒体 尽管实际与设想 存在一定的差距 正如事情都有其两面性 第三代移动通信系统不可避免地有 着一定的不足 虽然目前第三代移动通信系统的不足之处以及在实际研发中政策 经济等 各方面因素导致对它的众多争议 褒贬不一 但同时它也是一个极其活跃的研 究热点 不仅引起世界各国研究机构的极大兴趣 也受到众多网络运营商以及 设备开发商的日益关注 人们为了解决这一系列问题 由国际电信联盟 ITU 在 1992 年的世界无线电管理大会中规定 2GHz 附近的频率被指定给第三代移动 通信系统使用 并且于 2000 年在土耳其召开全会 对无线接口技术进行统一 确立一个能提供告诉数据接入的 单一的 通用的和全球的标准即 IMT 2000 Tnternation Mobile Telecommunications 2000 4 14 1 WCDMAWCDMA WCDMA 就是 Wideband CDMA 也就是宽带的码分多址技术该技术起源于日 本和欧洲早期的第三移动通信系统的研究它可支持 384Kbps 到 2Mbps 不等的数 据传输速率 在高速移动的状态 可提供 384Kbps 的传输速率 在低速或室内 环境下 则可提供高达 2Mbps 的传输速率而 GS6l 系统目前只能传送 9 6Kbps 固定线路 Modem 也只是 56Kbps 的速率 由此可见 WCDMA 是无线的宽带通讯 5 5 第四代移动通信系统第四代移动通信系统 3G 时代尚未真正来临 其存在的问题就早己暴露 如 无线传输技术与核 心网技术都是家族式的 多种标准存在难以实现全球漫游 最大传输速率达不 到 2Mbps 无法满足用户高带宽要求等 所以 就在 3G 通信技术正处于酝酿之 中时 更高的技术应用己经在实验室进行研发 因此 在我们期待第三代移动 通信系统所带来的优质服务的同时 第四代移动通信系统的最新技术也在实验 室悄然进行当中 那么到底什么是 4G 通信昵 到目前为比人们还无法对 4G 通信进行精确的定义 一些学者认为 4G 通信 的概念来自其他无线服务的技术 从无线应用协定 全球袖珍型无线服务到 3G 一些学者认为 4G 通信是一个超越 2010 年以外的研究主题 4G 通信是系统 中的系统 可利用各种不同的无线技术 但不管人们对 4G 通信进行怎样的定义 能够肯定的是 4G 通信将是一个比 3G 通信更完美的新无线世界 它将能创造出 许多消费者难以想象的应用 4G 最大的数据传输速率将超过 100Mbit s 这个速 5 率是目前移动电话数据传输速率的 1 万倍 也是 3G 移动电话速率的 50 倍 4G 手机将可以提供高性能的汇流媒体内容 并通过 ID 应用程序成为个人身份鉴定 设备它也可以接受 高分辨率的电影和电视节目 从而成为合并广播和通信的 新基础设施中的一个纽带此外 4G 的无线即时连接等某些服务费用将比 3G 便 宜另外 4G 有望集成不同模式的无线通信一一从无线局域网和蓝牙等室内网络 蜂窝信号 广播电视到卫星通信 移动用户可以自由地从一个标准漫游到另一 个标准 4G 通信技术并没有脱离以前的通信技术 而是以传统通信技术为基础 并 利用了一些新的通信技术 来不断提高无线通信的网络效率和功能的 如果说 现在的 3G 能提供一个高速传输的无线通信环境的话 那么 4G 通 信将是一种超高速无线网络 一种不需要电缆的信息超级高速公路 这种 新网络可使电话用户以无线及三维空间虚拟实境连线 与传统的通信技术相比 4G 通信技术最明显的优势在于通话质量及数据通 信速度 然而 在通话品质方面 目前的移动电话消费者还是能接受的随着技 术的发展与应用 现有移动电话网中手机的通话质量还在进一步提高 数据通 信速度的高速化的确是一个很大优点 它的最大数据传输速率达到惊人的 100Mbit s 另外由于技术的先进性确保了投资成本的大大减少 未来的 4G 通 信费用也要比目前的通信费用低 与目前广泛应用的 3G 移动通信系统相比 4G 移动通信系统具有超高速传 输 通信服务多元化 智能化程度更高以及兼容性良好等优势 具有广阔的市 场前景和巨大的经济潜力 目前 全球范围内已经有 40 多个国家和地区已经在 大力发展 4G 通信技术 4G 移动通信系统得到了长足的发展 但是 目前世界 通信制式混乱 4G 通信系统自身的容量限制以及现有网络基础设施的更新等问 题都极大地影响了 4G 通信系统的进一步发展 目前的 4G 研究并不是在 TTU 组织之下进行而是各国独立开展的 在将来 4G 标准制订的时候 很有可能出现多种方案并存的状况 如同现在的 3G 标准 一样因此 5G 6G 乃至更多更新的标准出台也很有可能 6 6 展望展望 移动通信的发展日新月异 相信在不远的将来 从家庭到单位再到城区到 国家乃至全球 都可以轻松实现高速的多功能的无障碍的自由通信 形成一个 能为人们提供最佳体验为目标而存在的智能信息空间 进一步提高和改善人们 的生活质量手机也将不再只是打电话和发短信的工具了 通过手机 人们可以 享受到像可视电话 浏览新闻 查询股价 收发邮件 观看电影等诸多综合服 务 更快的速度 更强大的功能 随着通信技术不断的提高 人们的生活会变 得更加得精彩 移动通信的进一步发展将使得人类的通信方式出现革命性的改 变 从而使得人类生活发生