现代移动通信技术

现代移动通信技术

李远香任红

李远香任红西南交通大学（峨眉校区）

【摘要】纵观全球迅猛发展的高科技，电信业必将成为21世纪世界经济的火车头，通信技术正发生着百年未遇的巨大变化。本文介绍了移动通信技术的发展历程，第三代移动通信技术的发展现状，最后展望了未来移动通信技术发展的趋势。

【关键词】移动通信3G发展展望

【中图分类号】TN929.5【文献标识码】A【文章编号】1674－4810（2010）08－0174－02

伴随着移动通信市场的快速发展，用户对更高性能的移动通信系统提出了更高要求，希望享受更为丰富和高速的通信业务。第二代移动通信运营商发展速度趋于缓和而竞争愈加激烈，为寻找新的增长点，通过发展数据业务来提高自身的服务质量和业务类型，需要3G的支持。同时由于第二代移动通信无线频率资源日趋紧张，已不能满足长期的通信需求发展需要。

一移动通信的发展历程

第一代移动通信系统是模拟制式的蜂窝移动通信系统，时间是20世纪70年代中期至80年代中期。它的主要特点是采用频分复用FDMA模拟制式话音，信号为模拟调制，每隔25KHz至30KHz一个模拟用户信道。从80年代中期开始，以GSM和IS－95为代表的第二代移动通信系统产生。GSM全球移动通信系统发源于欧洲，使用全球数字蜂窝通信TDMA标准，支持64Kbit/s的数据速率，可与ISDN互连。IS－95是北美的另一种数字蜂窝标准，频带为800MHz或1900MHz，使用CDMA多址方式，它早已成为美国PCS个人通信系统网的首选技术。目前，移动通信提供的主要服务仍然是话音服务以及低速率数据服务。但由于网络和用户的发展，数据和多媒体通信需求有了迅猛的增长，同时，各国的第二代数字移动通信标准不统一，无法进行全球漫游，因此发展3G势在必行。与前两代移动通信系统相比，第三代系统的主要特征是能提供多种类型、高质量的移动多媒体业务，其中高速移动环境支持144Kb/s、步行慢速移动环境支持384Kb/s、室内环境支持2Mb/s的数据传输，设计目标是为了提供比第二代系统更大的容量、更好的通信质量，而且要能在全球范围内更好地实现无缝漫游及为用户提供包括话音、数据及多媒体等在内的多种业务，同时也要考虑与已有第二代系统的良好兼容性。

二我国移动通信发展现状

近几年来，我国的GSM、CDMA移动通信发展迅猛，根据2002年10月信息产业部对外公布的通信行业主要指标完成情况，2002年1至9月，移动电话用户新增4516.9万户，用户总数达到19039.1万户，且以每月500万用户（每天17万）的速度快速增长。由于第二代数字移动通信系统带宽有限，移动数据业务的应用受到固有的技术限制，人们需求的移动多媒体业务的开展也面临困境。为了解决中速数据传输问题，我国2.5代移动通信系统的商用应时而出：2002年5月17日世界电信日那天，中国移动正式推出了商用GPRS（无线分组业务）。GPRS技术将信包交换模式引入到GSM网络中，从而提高了资源利用率。GPRS可以使多个用户共享某些固定的信道资源，并将每个时隙的传输速率从9.6Kb/s（GSM的数据传输速率为9.6Kb/s）提高到14.4Kb/s，使用8个时隙传送数据，在全速移动和大范围覆盖时的数据率可以达到115.2Kb/s，并支持InternetIP协议及X.25协议。现在，中国联通的CDMA网络也进入了正式商用阶段。

三第三代移动通信系统概述

第三代移动通信技术，简称3G，全称为3rdGeneration，中文含义就是指第三代数字通信。1995年问世的第一代模拟制式手机（1G）只能进行语音通话；1996～1997年出现的第二代GSM、TDMA等数字制式手机（2G）便增加了接收数据的功能，如接受电子邮件或网页；第三代与前两代的主要区别是在传输声音和数据的速度上的提升，它能够在全球范围内更好地实现无缝漫游，并处理图像、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，同时也要考虑与已有第二代系统的良好兼容性。

1．第三代移动通信系统的特征

根据IMT－2000系统的基本标准，第三代移动通信系统主要由4个功能子系统构成，它们是核心网（CN）、无线接入网（RAN）、移动台（MT）和用户识别模块（UIM），且基本对应于GSM系统的交换子系统（SSS）、基站子系统（BBS）、移动台（MS）和SIM卡四部分。其中核心网和无线接入网是第三代移动通信系统的重要内容，也是第三代移动通信标准制订中最难办的技术内容。第三代移动通信技术引领未来第三代移动通信系统，可以使全球范围内的任何用户所使用的小型廉价移动台，实现从陆地到海洋到卫星的全球立体通信联网，保证全球漫游用户在任何地方、任何时间与任何人进行通信，并能提供具有有线电话的语音质量，提供智能网业务，多媒体、分组无线电、娱乐及众多的宽带非话业务。第三代移动通信系统的特点是：综合了蜂窝、无绳、寻呼、集群、无线扩频、无线接入、移动数据、移动卫星、个人通信等各类移动通信功能，提供了与固定电信网络兼容的高质量业务，支持低速率话音和数据业务以及不对称数据传输。第三代移动通信系统可以实现移动性、交互性和分布式三大业务，是一个通过微微小区，到微小区，到宏小区，直到“随时随地”连接的全球性卫星网络。

2．第三代移动通信增加的新业务

（1）高速电路交换数据（HSCSD）业务是GSM向第三代移动通信兼容的一种软件解决方案，它把单个业务信道的数据速率从9.6kb/s提高到14.4kb/s，并把四条信道复用在一个时隙中，从而使数据经营者能够提供高达57.6kb/s的传输速率，是目前数据传输速率的6倍。

（2）通用分组无线业务（GPRS）是由诺基亚开发的、基于IP解决方案的、可使GSM运营者迈向多媒体无线业务以其兼容第三代移动通信系统的另一项新技术，可提供高达115kb/s的数据传输速率。

（3）增强型数据速率（EDGE）业务是由GSM和TDMA厂商正在合作开发的基于未来移动通信系统的应用平台，它将能为未来移动通信系统IMT－2000提供高达384kb/s的移动速率业务。

3．第三代移动通信标准中的主要技术

给第三代移动通信系统带来天翻地覆变化的当然是第三代移动通信中所采用的多种高新技术，这些高新技术是第三代移动通信系统中的精髓，也是制订第三代移动通信系统标准的基础，了解这些技术就了解了第三代移动通信系统。下面我们就专门介绍几项有可能应用于第三代移动通信系统中的技术。

（1）TD－SCDMA技术。TD－SCDMA是中国唯一提交的关于第三代移动通信的标准技术，它使用了第二代和第三代移动通信中的所有接入技术，包括TDMA、CDMA和SDMA，其中最关键的创新部分是SDMA。SDMA可以在时域/频域之外用来增加容量和改善性能，SDMA的关键技术就是利用多天线对空间参数进行估计，对下行链路的信号进行空间合成。

（2）智能天线技术。智能天线技术是中国标准TD－SDMA中的重要技术之一，是基于自适应天线原理的一种适合于第三代移动通信系统的新技术。它结合了自适应天线技术的优点，利用天线阵列的波束汇成和指向，产生多个独立的波束，可以自适应地调整其方向图以跟踪信号的变化，同时可对干扰方向调零以减少甚至抵消干扰信号，增加系统的容量和频谱效率。智能天线的特点是能够以较低的代价换得天线覆盖范围、系统容量、业务质量、抗阻塞和抗掉话等性能的提高。智能天线在干扰和噪声环境下，通过其自身的反馈控制系统改变辐射单元的辐射方向图、频率响应及其他参数，使接收机输出端有最大的信噪比。

（3）WAP技术。WAP（WirelessApplicationProtocol，无线应用协议）已经成为数字移动电话和其他无线终端上无线信息和电话服务的实际世界标准。WAP可提供相关的服务和信息，提供其他用户进行连接时的安全、迅速、灵敏和在线的交互方式。WAP驻留在因特网上的TCP/IP环境和蜂窝传输环境之间，但是独立于所使用的传输机制，可用于通过移动电话或其他无线终端来访问和显示多种形式的无线信息。WAP规范既利用了现有技术标准中适应于无线通信环境的部分，又在此基础上进行了新的扩展。由于WAP技术位于GSM网络和因特网之间，一端连接现有的GSM网络，一端连接因特网。因此，只要用户具有支持WAP协议的媒体电话，就可以进入互联网，实现一体化的信息传送。而厂商使用该协议，则可以开发出无线接口独立、设备独立和完全可以交互操作的手持设备Internet接入方案，从而使得厂商的WAP方案能最大限度地利用用户对Web服务器、Web开发工具、Web编程和Web应用的既有投资，保护用户现有利益，同时也解决了无线环境所带来的有关新问题。

（4）快速无线IP技术。快速无线IP（WirelessIP，无线互联网）技术将是未来移动通信发展的重点，宽频带多媒体业务是最终用户的基本要求。根据ITM－2000的基本要求，第三代移动通信系统可以提供较高的传输速度（本地区2Mb/s，移动144Kb/s）。现代的移动设备越来越多了（手机、笔记本电脑、PDA等），剩下的就是网络是否可以移动，无线IP技术与第三代移动通信技术结合将会实现这个愿望。由于无线IP主机在通信期间需要在网络上移动，其IP地址就有可能经常变化，传统的有线IP技术将导致通信中断，但第三代移动通信技术因为利用了蜂窝移动电话呼叫原理，完全可以使移动节点采用并保持固定不变的IP地址，一次登录即可实现在任意位置上或在移动中保持与IP主机的单一链路层连接，完成移动中的数据通信。

（5）软件无线电技术。在不同工作频率、不同调制方式、不同多址方式等多种标准共存的第三代移动通信系统中，软件无线电技术是一种最有希望解决这些问题的技术之一。软件无线电技术可将模拟信号的数字化过程尽可能地接近天线，即将AD转换器尽量靠近RF射频前端，利用DSP的强大处理能力和软件的灵活性实现信道分离、调制解调、信道编码译码等工作，从而可为第二代移动通信系统向第三代移动通信系统的平滑过渡提供一个良好的无缝解决方案。第三代移动通信系统需要很多关键性技术，软件无线电技术基于同一硬件平台，通过加载不同的软件，就可以获得不同的业务特性，这对于系统升级、网络平滑过渡、多频多模的运行情况来讲，相对简单容易、成本低廉，因此对于第三代移动通信系统的多模式、多频段、多速率、多业务、多环境的特殊要求特别重要。

（6）多载波技术。多载波MC－CDMA是第三代移动通信

系统中使用的一种新技术。多载波CDMA技术早在1993年的PIMRC会议上就被提出来了。目前，多载波CDMA作为一种有着良好应用前景的技术，已吸引了许多公司对此进行深入研究。多载波CDMA技术的研究内容大致有两类：一是用给定扩频码来扩展原始数据，再用每个码片来调制不同的载波；另一种是用扩频码来扩展已经进行了串并变换后的数据流，再用每个数据流来调制不同的载波。

四第四代移动通信系统

4G系统中有两个基本目标：一是实现无线通信全球覆盖；二是提供无缝的高质量无线业务。目前正在构思中的4G通信具有以下特征：

1．网络频谱更宽

要想使4G通信达到100Mbps的传输速率，通信运营商必须在3G网络的基础上进行大幅度的改造，以使4G网络在通信带宽上比3G网络的带宽高出许多。据研究，每个4G信道将占有100MHz的频谱，相当于W－CDMA3G网络的20倍。

2．通信速度更快

人们研究4G通信的最初目的是为了提高蜂窝电话和其他移动终端访问Internet的速率，因此，4G通信最显著的特征就是它有更快的无线传输速率。据专家估计，第四代移动通信系统的传输速率可以达到10~20Mbps，最高可以达到100Mbps。

3．通信更加灵活

从严格意义上说，4G手机的功能已不能简单划归到“电话机”的范畴，因为语音数据的传输只是4G移动电话的功能之一而已。而且4G手机从外观和式样上看将有更惊人的突破，可以想象的是，眼镜、手表、化妆盒、旅游鞋都有可能成为4G终端。

4．智能性更高

第四代移动通信的智能性更高，不仅表现在4G通信的终端设备的设计和操作具有智能化，更重要的是4G手机可以实现许多目前还难以想象的功能。

5．兼容性更平滑

要使4G通信尽快地被人们接收，还应该考虑到让更多的用户在投资最少的情况下较为容易地过渡到4G通信。因此，从这个角度来看，4G通信系统应当具备全球漫游、接口开放、能与多种网络互联、终端多样化以及能从3G平稳过渡等特点。

总之，随着新问题、新要求的不断出现，第四代移动通信技术将会相应地调整、完善和进一步发展。纵观移动通信技术的发展规律和第四代通信技术的优点，我们相信，不远的将来，人们将不受时间、地点限制，可以自由自在地利用移动网络获取和传递信息，从而人们的学习、工作、生活将会发生更深刻的变化。

参考文献

［1］胡可刚、王树勋、刘立宏.移动通信中的无线定位技术［J］.吉林大学学报，2005（4）

［2］谢显中.基于TDD的第四代移动通信技术［M］.北京：电子工业出版社，2005

［3］曹达仲.移动通信原理、系统及技术［M］.北京：清华大学出版社，2004

［4］宋燕辉.第三代移动通信技术.北京：人民邮电出版社，2009