1、 1 现代移动通讯技术初探 所谓通信，最简单的理解，也是最基本的理解，就是人与人沟通的方法。无论是电话，还是网络，解决的最基本的问题，实际还是人与人的沟通。现代通信技术，就是随着科技的不断发展，如何采用最新的技术来不断优化通信的各种方式，让人与人的沟通变得更为便捷，有效。 纵观通信的发展分为以下三个阶段：第一阶段是语言和文字通信阶段。在这一阶段，通信方式简单，内容单一。第二阶段是电通信阶段。 1837 年， 莫尔斯 发明 电报机 ，并设计莫尔斯电报码。 1876年， 贝尔 发明 电话机 。这样，利用电磁波不仅可以传输文字，还可以传输语音，由此大大加快了通信的发展进程。 1895 年， 马可尼
2、发明无线电设备，从而开创了 无线电通信 发展的道路。第三阶段是电子信息通信阶段。从总体上看，通信技术实际上就是通信系统和通信网的技术。通信系统是指点对点通所需的全部设施，而通信网是由许多通信系统组成的多点之间能相互通信的全部设施。而现代的主要通信技术有数字通信技术， 程控交换技术 ， 信息传输技术 ， 通信网络技术 ，数据通信 与数据网， ISDN 与 ATM 技术，宽带 IP 技术，接入网与 接入技术 。 今天主要探讨一下现在 移动 通讯技术的发展。 第一代移动通信技术 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。 Nordic 移动电话（
3、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 Radiocom 2000和意大利的 RTMI。模拟蜂窝服务在许多地方正被逐步淘汰。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。 美国摩托罗拉公司的工程师马丁库珀于 1976 年首先将无线电应用于移动电话 。同年，国际无线电大会批准了 8
4、00/900 MHz 频段用于移动电话的频率分配方案。在此之后一直到 20 世纪 80 年代中期，许多国家都开始建设基于频分复用技术（ FDMA， Frequency Division Multiple Access）和模拟调制技术的第一代移动通信系统（ 1G， 1st Generation）。 1978 年底，美国贝尔试验室研制成功了全球第一个移动蜂窝电话系统 先进移动电话系统（ AMPS， Advanced Mobile Phone System）。 5 年后，这套系统在芝加哥正式投入商用并迅速在全美推 广，获得了巨大成功。瑞典等北欧 4 国在 1980 年研制成功了 NMT-450 移动
5、通信网并投入使用；联邦德国在 1984 年完成了 C 网络（ C-Netz）；英国则于 1985年开发出频段在 900MHz 的全接入通信系统（ TACS， Total Access Communications System）。中国的第一代模拟移动通信系统于 1987 年 11 月 18 日在广东第六届全运会上开通并正式商用，采用的是英国 TACS 制式。从中国电信 1987 年 11 月开始运营模拟移动电话业务到 2001 年 12 月底中国移动关闭模拟移动通信网， 1G系统在中国的 应用长达 14 年，用户数最高曾达到了 660 万。 2 频分多址 (frequency division
6、 multiple access, FDMA)，是把总带宽被分隔成多个正交的频道，每个用户占用一个频道。例如，把分配给无线蜂窝电话通讯的频段分为 30 个信道，每一个信道都能够传输语音通话、数字服务和数字数据。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。 第二代手机通信技术 2G，第二代手机通信技术规格，以数字语音传输技术为
7、核心。一般定义为无法直接传送如电子邮件、 软件 等信息；只具有通话和一些如时间日期等传送的手机通信技术规格。 2G 技术基本可被切为两种，一种是基于 TDMA 所发展出来的以GSM 为代表，另一种则是 CDMA 规格，复用 Multiplexing形式的一种。 时分多址 TDMA(Time Division Multiple Access) 是把时间分割成周期性的帧 (Frame)，每一个帧再分割成若干个时隙向基站发送信号，在满足定时和同步的条件下，基站可以分别在各时隙中接收到各移动终端的信号而不混扰。同时，基站发向多个移动终端的信号都按顺序安排在预定的时隙中传输，各移动终端只要在指定的时隙内
8、接收，就能在合路的信号中把发给它的信号区分并接收下来。时分多址 TDMA 是以不同的时隙区分不同用户的信道的。在一个频率信道上，可划分为多个时隙。一个时隙又称为一个物理信道。每个物理信道在同一时刻只能供一个用户的业务传送使用。典型的例子如第二代蜂 窝系统中的 GSM 制式和IS-136(或称 D-AMPS 或 ADC)制式中所用的多址技术。 码分多址 (CDMA)是在数字技术的分支 -扩频 通信技术上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。 CDMA 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
9、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。 CDMA 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 是一种多路方式，多路信号只占用一条信道，极大提高带宽使用率，应用于 800MHz 和 1.9GHz 的超高频 (UHF)移动电话系统。 GSM 是 Global System For Mobile Communications 的缩写，由 欧洲电信标准组织 ETSI 制订的一个 数字移动通信 标准， GSM 是全球移动 通信系统
10、 (Global System for Mobile communications) 的简称。它的空中接口采用时分多址技术。 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。较 2G 服务， 2.5G 无线技术可以提供 更高的速率和更多的功能。 HSCSD、 WAP、 EDGE、蓝牙（ Bluetooth）、 EPOC 等技术都3 是 2.5G 技术。 通用分组无线服务 技术（ General Packet Radio Serv
11、ice)的简称，它是 GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务。 GPRS 可说是 GSM 的延续。 GPRS 和以往连续在频道传输的方式不同，是以 封包 （ Packet）式来传输，因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计算，并非使用其整个频道，理论上较为便宜。 GPRS的传输速率可提升至 56 甚至 114Kbps。 EDGE 是英文 Enhanced Data Rate for GSM Evolution 的缩写，即增强型数据速率 GSM演进技术。 EDGE是一种从 GSM 到 3G的过渡技术 (GPRS俗 称 2.5G， EDGE俗称 2.75G)， 它主要是在 GSM 系统中采用了
12、一种新的调制方法，即最先进的多时隙操 作和 8PSK 调制技术。由于 8PSK 可将现有 GSM 网络采用的 GMSK 调制技术的符号携带信息空间从 1扩展到 3，从而使每个符号所包含的信息是原来的 3倍。 CdmaOne 是一个 2G 移动通信标准，根本的信令标准是 IS-95，是高通与 TIA基于 CDMA 技术发展出来的 2G 移动通信标准。 CDG 为该技术申请了 cdmaOne 的商标， cdmaOne 及其相关标准是最早商用的基于 CDMA 技术的移动通信标准。由2G cdmaOne 标准延伸的 3G 标准为 CDMA2000（ IS-2000）。 “小灵通”无线市话（ Perso
13、nal access System）简称 PAS。 个人手持式电话系统， PHS(Personal Handy-phone System 是固定网络的补充和延伸，也被称为 无线市话 ，俗称“ 小灵通 ”。 PHS 技术实际上是 数字移动通信技术 ，属于第二代的通信技术。 PHS 基站 覆盖范围有限，通信基站与 终端 间距离较短。因此，所采用通信 功率 较小，而覆盖较大面积时需要更多的基站。这使得 PHS 较适合在都市使用，在野外等地使用效果欠佳。在手机的通讯速度世代上， PHS 属于 2G的范围。 日本小灵通运营商 Willcom是产业链上名副其实的领头羊，拥有 450万用户。Willcom
14、在 2012 年 12 月获得了日本高速无线通信 (BWA)牌照，并引入 OFDM 等 4G技术继续发展小灵通，新一代小灵通技术的正式名称为 XGP(eXtended Global Platform)，这也是日本在 4G 时代的“自主技术”；当时同样获得牌照的是 KDDI旗下的 UQ 公司，将使用 WiMAX 技术建设无线宽带。 正交 频分复用 ，英文原称 Orthogonal Frequency Division Multiplexing，缩写为 OFDM，实际上是 MCM Multi-CarrierModulation 多载波调制 的一种。其主要思想是：将信道分成若干 正交子信道，将高速数
15、据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。 正交信号 可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰 ICI。每个子信道上的 信号带宽 小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除 符号间干扰 。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原 信道带宽 的一小部分， 信道均衡 变得相对容易。 4 第三代移动通信技术 3G 是 第三代移动通信技术 ，是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术。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。 3G 是指将无线通信与国际 互联网 等多媒体通信结合的新一代移动通信系统，目前 3G
16、 存在 3种标准： CDMA2000、 WCDMA、 TD-SCDMA。 3G 下行速度峰值理论可达 3.6Mbit/s，上行速度峰值也可达 384kbit/s。 CDMA2000（ Code Division Multiple Access 2000） 是一个 3G 移动通讯标准， 国际电信联盟 ITU 的 IMT-2000 标准认可的 无线电 接口，也是 2G CDMAOne标准的延伸。 根本的 信令 标准是 IS-2000。 CDMA2000 与另一个 3G 标准 WCDMA不兼容。 WCDMA 宽带码分多址（ 英语 ： Wideband Code Division Multiple A
17、ccess，常简写为 W-CDMA）是一种 3G 蜂窝网络 ，使用的部分协议与 2G GSM 标准一致。具体一点来说， W-CDMA 是一种利用 码分多址 复用（或者 CDMA 通用 复用技术，不是指 CDMA 标准）方法的宽带扩频 3G 移动通信空中接口。 TD-SCDMA 是英文 Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access（时分同步码分多址） 的简称，中国提出 的 第三代移动通信 标准，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
18、程碑。 HSPA(HSPA High-Speed Packet Access)： HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)高速下行分组接入，是一种 移动通信 协议，亦称为 3.5G(3G)。该协议在 WCDMA 下行链路中提供分组 数据业务 ，在一个 5MHz 载波 上的 传输速率 可达8-10 Mbit/s（如采用 MIMO 技术，则可达 20 Mbit/s）。在具体实现中，采用了自适应调制 和编码（ AMC）、多输入多输出（ MIMO）、混合 自动重传请求 （ HARQ）、快速调度、快速小区选择等技术 ； HSUPA (high speed upli
19、nk packet access)高 速上行链路分组接入。 HSUPA 通过采用多码传输、 HARQ、基于 Node B 的快速调度等关键技术，使得单小区最大上行数据吞吐 ； HSPA+（ High-Speed Packet Access+） ，增强型高速分组接入技术，是 HSPA 的强化版本 ， HSPA+比 HSPA 的速度更快，性能更好，技术更先进，同时网络也更稳定，是目前 LTE 技术运用之前的最快的网络 ， 率达到 5.76Mbit/s，大大增强了 WCDMA 上行链路的数据业务承载能力和频谱利用率。 TD-HSDPA是 TD-SCDMA的下一步演进技术，采用 TDD方式。作为后 3
20、G的 HSDPA技术可以同时适用于 WCDMA 和 TD-SCDMA 两种不同制式。 第四代 移动通信技术 第四代 移动电话行动通信标准，指的是第四代 移动通信技术 ， 外语 缩写 ： 4G。该技术包括 TD-LTE 和 FDD-LTE 两种制式（严格意义上来讲， LTE 只是 3.9G，尽5 管被宣传为 4G 无线标准，但它其实并未被 3GPP 认可为 国际电信联盟 所描述的下一代无线通讯标准 IMT-Advanced，因此在严格意义上其还未达到 4G 的标准。只有升级版的 LTE Advanced才满足国际电信联盟对 4G的 要求）。 4G是集 3G与 WLAN于一体，并能够快速传输数据、
21、高质量、音频、视频和图像等。 4G 能够以 100Mbps以上的速度下载，比目前的家用宽带 ADSL（ 4 兆）快 25 倍，并能够满足几乎所有 用户 对于 无线 服务的要求。此外， 4G 可以在 DSL 和 有线电视 调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。很明显， 4G 有着不可比拟的优越性。LTE 与 WiMAX，以及 3GPP2 的 超行动宽带 (Ultra Mobile Broadband， UMB) 技术常一起被称为 4G，过去的 3G 技术是指同一无线网络 提供语音和数据通讯，但到了 4G 时代则变成为全数据网络， LTE 估计最高下载速率 150Mbps 与上传 5
22、0Mbps以上，比 3G 时代已投入使用的部分 WiMax 更快。 3GPP 的目标是实现由 2G 网络到 3G 网络的平滑过渡，保证未来技术的后向兼容性 ，支持轻松建网及系统间的漫游和兼容性。 其职能： 3GPP 主要是制订以 GSM 核心网 为基础， UTRA(FDD 为 W-CDMA 技术， TDD 为 TD-CDMA 技术 )为无线接口的第三代技术规范。 LTE 是基于 OFDMA 技术、由 3GPP 组织制定的全球通用标准，包括 FDD 和 TDD两种模式用于成对频谱和非成对频谱。 LTE-TDD，国内亦称 TD-LTE，即 Time Division Long Term Evolu
23、tion（分时长期演进），由 3GPP 组织涵盖的全球各大企业及运营商共同制定， LTE 标准中的 FDD 和 TDD 两个模式实质上是相同的，两个模式间只存在 较小的差异，相似度达 90%。 1 TDD 即 时分双工 (Time Division Duplexing)，是 移动通信技术使用的双工技 术之一，与 FDD 频分双工 相对应。 TD-LTE 是 TDD 版本的 LTE 的技术， FDD-LTE 的技术是 FDD 版本的 LTE 技术。 TD-SCDMA 是 CDMA（ 码分多址 ）技术， TD-LTE 是 OFDM（ 正交频分复用 ）技术。两者从编解码、 帧格式 、 空口 、 信令
24、 ，到网络架构，都不一样。 FDD（频分双工）是该技术支持的两种双工模式之一，应用 FDD（频分双工）式的 LTE 即为 FDD-LTE。作为 LTE 的需求， TD 系统的演进与 FDD 系统的演进是同步进行的。绝大多数企业对 LTE 标准的贡献可等同用于 FDD 和 TD 模式。由于无线技术的差异、使用频段的不同以及各个厂 家的利益等因素， FDD-LTE 的标准化与产业发展都领先于 TD-LTE。 FDD-LTE 已成为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 4G 标准。 WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Ac
25、cess),即全球微波互联接入。 WiMAX 也叫 802 16 无线城域网 或 802.16。 WiMAX 是一项新兴的 宽带无线接入技术 ，能提供面向互联网的高速连接，数据传输距离最远可达 50km。WiMAX 还具有 QoS 保障、 传输速率 高、业务丰富多样等优点。 WiMAX 的技术起点较高，采用了代表未来通信技术发展方向的 OFDM/OFDMA、 AAS、 MIMO 等先进技术，随着技 术标准的发展， WiMAX 逐步实现 宽带业务 的移动化，而 3G 则实现移动业务的宽带化，两种网络的融合程度会越来越高。 超行动宽带（ UltraMobileBroadband； UMB）是 CD
26、MA 技术的下一代演进标准，6 原本被称为 CDMA20001xEV-DO 修正版 C，后来改称 UMB，与 GSM/GPRS/EDGE/ WCDMA/HSPA 技术的下一代标准长程演进 (LongTermEvolution； LTE)及 WiMAX 都是 4G 高速行动宽带的重要技术之一。 UMB 承诺在行动通讯环境下可以让下行与上行最高速率各可达到 288Mbps 及 75Mbps；相较于 LTE 的下行及上行各达100Mbps 及 50Mbps，以及 WiMAX 的最高 75Mbps， UMB 暂居上风。 第五代 移动通信技术 第五代移动电话行动通信标准，也称第五代 移动通信技术 ，外语
27、缩写： 5G。也是 4G 之后的延伸，正在研究中。中国、韩国（ 三星电子 ）、日本、欧盟都在投入相当的资源研发 5G 网络。 东芝 及 NTT公司正讨论在 2020年东京奥运会旗舰施行 8K电视信号直播的可能性，现在又有一项新技术可能在 2020 年成为日本国家通讯技术的里程碑。根据来自日本经济新闻的报道称，日本政府正在计划于 2020 年领先于其他国家推出 5G 网络。欧洲、韩国与其他地区在 5G 技术方面也与日本处于类似的阶段，但是仍未有具体的技术标准诞生以及运用新一代移动通信技术的时间表。 2013 年 5 月 13 日，韩国 三星电子 有限公司宣布，已成功开发第 5 代移动通信（ 5G）的核心技术，这一技术预计将于 2020 年开始推向商业化。该技术可在28GHz超高频段以每秒 1Gbps以上的速度传送数据，且最长 传送距离可达 2公里。相比之下，当前的第四代长期演进（ 4GLTE）服务的传输速率仅为 75Mbps。 注： GPRS 的访问速度 171.2kbps EDGE 传输速率在峰值可以达到 384kbps HSDPA 或 TD- HSDPA（高速下行分组接入）数据通信速率理论上可超过 3.6Mbps
