移动通信技术的现状与发展

1、下一代互联网技术大作业题目移动通信技术的现状与发展姓名专业网络工程班级1402班学号1. 移动通信技术的概念及相关知识1.1 移动通信的基本概念 移动通信是指通信中的移动一方通过无线的方式在移动状态下进行的通信， 这种通信方式可以借助于有线通信网， 通过通信网实现与世界上任何国家任何地 方任何人进行通信， 因此，从某种程度上说， 移动通信是无线通信和有线通信的 结合。移动通信的发展先后经历了第一代蜂窝模拟通信，第二代蜂窝数字通信， 以及未来的第三代多媒体传输、 无线 Internet 等宽带通信， 它的最终目标是实现 任何人在任何时间任何地点以任何方式与任何人进行信息传输的个人通信。1.2 移

2、动通信的发展 目前，移动通信已从模拟通信发展到了数字移动通信阶段， 并且正朝着个人 通信这一更高级阶段发展。未来移动通信的目标是，能在任何时间、任何地点、 向任何人提供快速可靠的通信服务。 1978 年底，美国贝尔实验室研制成功先进 移动电话系统(AMPS )，建成了蜂窝状模拟移动通信网，大大提高了系统容量。 与此同时， 其它发达国家也相继开发出蜂窝式公共移动通信网。 这一阶段的特点 是蜂窝移动通信网成为实用系统，并在世界各地迅速发展,这个系统一般被当作是第一代移动通信系统。从 20 世纪 80 年代中期开始，数字移动通信系统进入发展和成熟时期。蜂 窝模拟网的容量已不能满足日益增长的移动用户的

3、需求。 80 年代中期，欧洲首 先推出了全球移动通信系统( GSM ：Global System for Mobile )。随后美国和日 本也相继指定了各自的数字移动通信体制。 20 世纪 90 年代初，美国 Qualcomm 公司推出了窄带码分多址( CDMA ：Code-Division Multiple Access )蜂窝移动 通信系统， 这是移动通信系统中具有重要意义的事件。 从此，码分多址这种新的 无线接入技术在移动通信领域占有了越来越重要的地位。 些目前正在广泛使用的 数字移动通信系统是第二代移动通信系统。1.3 移动通信的特征现代移动通信是一门复杂的高新技术， 不但集中了无线通

4、信和有线通信的最 新技术成就， 而且集中了网络接收和计算机技术的许多成果。 移动通信系统包括 无绳电话、无线寻呼、陆地蜂窝移动通信、卫星移动通信等，几乎集中了有线和 无线通信的最新技术成就， 普遍应用于社会的各个领域。 目前，移动通信已从模 拟通信发展到了数字移动通信阶段，并且正朝着个人通信这一更高级阶段发展。 未来移动通信的目标是， 能在任何时间、 任何地点、 向任何人提供快速可靠的通 信服务。要实现以上要求移动通信的无线技术的发展是离开不了的。 无线通信具 有跨越时空进行信息沟通的灵活性， 以及连接全球的无缝隙覆盖特性， 这使它成 为最具吸引力的通信方式。 而无线通信的快速发展， 也将把人

5、类实现个人通信的 梦想一步步变为现实，也为移动通信的发展提供了很大的帮助。1.4 移动通信的国内国际形势中国移动同动通信 3G 最主要的优势是支持多媒体数据业务， 而国内移动数 据业务的市场要有一个培育的过程， 需要运营商、 业务供应商和用户多方共同促 进。中国第二代移动通信网通过网络优化及加强， 无论是系统容量还是移动数据 业务都应能满足近期全国用户的需求。 目前，第三代移动通信核心网的标准进展 缓慢，国际上正在讨论全 IP 移动网的有关问题，核心网的发展途径并不明朗。 我国移动通信 3G 刚刚发展起来，面对国际成熟的技术条件，中国移动通信的发展任务还有待提升。 因此，我们可以冷静观察国际上

6、各种第三代移动通信网的建 设情况，发挥“后发优势”，吸取他们宝贵的经验教训。为了积累建设和运营第三 代移动通信网经验，我们可以选点建设 W-CDMA 试验网和 cdma2000 试验网， 以便和中国的 TD-SCDMA 网比较，取长补短。2 移动通信的现状及前景概述2.1 移动通信的现状目前我国移动通信的现状可从三个方面来叙述。 第一、中国移动通信市场发 展状况：近年来， 移动通信在全球范围内迅猛发展， 数字化和网络化已成为不可 逆转的趋势。我国的移动通信业也改革、重组为动力、改善服务质量，加大市场 开发力度，保持了快速健康的发展势头。第二、中国移动通信制造业发展状况： 我国移动通信制造业的生

7、产规模比较大， 生产技术与管理水平也是比较高的， 但 产业的主体是以中外合资与外商独资为主， 生产形式是处在散件组装与整机装置 阶段（ SKD 、CKD ）。目前国内具有一定生产能力 GSM 移动通信设备生产企业 共 27 家，其中国内独资企业 10 来家。具有我国自主知识产权的移动通信产品 的开发，特别是以国产程控交换机技术为基础开发的移动通信交换设备起点高、 技术新、并具有组网灵活的特点。第三、其他移动通信系统发展状况：有寻呼系 统、无绳电话、集群通信系统、集群通信系统。目前寻呼设备和寻科机都已大部 分能立足国内生产， 但我国内销的无绳电话主要为家用模拟产品， 数字无绳电话 产品的市场占有

8、率仍然很低。 为此，现在我国国内也有许多厂家可以生产集群通 信设备，但规模较小，急需扶持。另外要走产学研开的道路，开创发展数字集群 通信产业的新局面。 我国将建立完善的、 长期稳定运行的卫星通信公从网、 专用网、卫星移集群通信系统动通信网。 同时， 我国已初具规模的信息通信网也面临 技术升级和进一步扩充完善， 但需要尽快从窄带网向宽带网、 从单一网向综合网、 从自动网向智能网过渡，真正全面实现 3G 通信。2.2 移动通信的前景从服务的角度看，虽然移动通信最初是为了在移动环境中打电话而发明的， 但是 21 世纪的移动通信绝不是单单为了打电话，必须要有新的服务增长点。因 此，3G开始就定位于多媒

9、体业务。除了多媒体业务，未来移动通信还要实 现两个重要方面， 即提供无所不在的服务和全球性的服务。 多媒体业务将向用户 提供声、像、图、文并茂的多种业务，使网上的业务量大大增加。无所不在的服 务意指要把通信服务的对象从人扩展到任何一件东西。 因此，如果任何一件移动 的东西都成为移动通信的对象的话， 移动通信终端的数量将大大增加， 网上流量 也将剧增。 全球性服务即通过全球范围的标准化， 实现移动通信的全球化。 在具 有先进多媒体和无所不在服务的环境中， 计算机和通信设备将遍布所有地方， 通 信方式不仅是人与人之间， 而且还包括人机之间和机机之间的通信。 为了促 进在这种环境下的多媒体移动通信，

10、 需要给所有移动物体赋予无线通信功能。 将 来的移动网必须具有极强的平台功能， 能为大量无所不在的终端提供不同的服务。 为此，未来的移动通信即将是面向全球化大众化的全球通信。2.3 移动通信的发展历程移动通信业务之所以发展迅猛主要是其满足了人们在任何时间。 任何地点与 任何个人进行通信的愿望。 移动通信是实现未来理想的个人通信服务的必由之路。 在信息支撑技术、 市场竞争和需求的共同作用下， 移动通信技术的发展更是突飞猛进，呈现出以下几大趋势：网络业务数据化、分组化，网络技术宽带化，网络 技术智能化，更高的频段，更有效利用频率，各种网络趋于融合。了解、掌握这 些趋势对移动通信运营商和设备制造商均

11、具有重要的现实意义。从 3G 走向 4G 。移动通信经历了 1G 和 2G ，完成了从模拟技术向数字技术 的过渡，现正使用的 3G 在向更远的 4G 发展，把移动通信从窄带推向宽带。移 动通信由单纯地传递和交换信息， 逐步向存储和处理信息的智能化发展， 移动智 能网由此而生。 移动智能网是在移动网络中引人智能网功能实体， 以完成对移动 呼叫。 3G 定位于多媒体 IP 业务，传输容量更大，灵活性更高，形成了家族式的 世界单一标准，并将引入新的商业模式。前一阶段，由于面临标准不稳定、产品 不成熟、资金不充足、服务不摸门等困难， 3G 的发展并不顺利。 2005 年已成 3G 走向大规模使用的关键

12、年。因此 4G 比 3G 能以更高的速率来完成多媒体应 用。在传输大量图像信息时， 4G 移动终端将能显示虚拟三维高质量图像， 而 3G 不能。4G还可传送带有真实情感的通信场景，其中三维的声音、光线和气氛都 可传到对端，再生现场情况，从而实现虚拟现实，让你感到身临其境。3.移动通信技术未来趋势3.1 未来移动通信3G 大规模商用后，多媒体服务与应用将会得到广泛应用，而随之 3G 在速 率、无缝传输等方面的局限性也将日益显露出来， 势必需要带宽更宽的无线系统。 故移动通信的下一步必定是走向容量更大、速率更高、功能更强的超 3G 和 4G 发展。以在移动环境中支持高清晰度视像和其它宽带多媒体业务

13、与应用。在 4G 时代，需要多种多样的接入和组网能力。 4G 系统需要新的射频技术、高效的无线接入技术、 新的自适应多址和信道编码技术、 基于软件无线电的多模终端与基 站技术、系统兼容和演进技术与策略、 “天地”一体化技术、网络智能化技术。 未来移动通信主要着力于以下 5 个方面来开发新的业务： 互联网、位置信息、 信 息分发、遥感 /遥控和支付。互联网业务包括从电子邮件、 Web 文本浏览扩展到 内联网应用。 位置服务包括向用户提供位置信息和汽车导航等。 信息分发业务包 括内容分发、视像分发，可以根据用户爱好定制。 支付业务关系到移动电子商务， 用移动终端来代替钱包购买公共汽车票、 火车票、

14、音乐会票以及购物等在日本已 经成为现实。3.2 4G 移动通信简介 大家知道，所有技术的发展都不可能在一夜之间实现，从 GSM 、GPRS 到第 4 代，需要不断演进， 而且这些技术可以同时存在。 我们都知道最早的移动 通信电话是采用的模拟蜂窝通信技术， 这种技术只能提供区域性话音业务， 而且 通话效果差、保密性能也不好， 用户的接听范围也是很有限。 随着移动电话迅猛 发展，用户增长迅速， 传统的通信模式已经不能满足人们通信的需求， 在这种情 况下就出现了 GSM 通信技术，该技术用的是窄带 TDMA ，允许在一个射频 （即蜂 窝'同时进行8组通话。它是根据欧洲标准而确定的频率范围在

15、9001800MHz 之间的数字移动电话系统，频率为 1800MHz 的系统也被美国采纳。 GSM 是 1991 年开始投入使用的。到 1997 年底，已经在 100 多个国家运营，成为欧洲和亚洲 实际上的标准。 GSM 数字网也具有较强的保密性和抗干扰性，音质清晰，通话 稳定，并具备容量大，频率资源利用率高，接口开放，功能强大等优点。不过它 能提供的数据传输率仅为 9.6kbit/s ，和五、六年前用固定电话拨号上网的速度相 当，而当时的 internet 几乎只提供纯文本的信息。而时下正流行的数字移动通信 手机是第二代（2G）, 般采用GSM或CDMA技术。第二代手机除了可提供所 谓“全球

16、通”话音业务外，已经可以提供低速的数据业务了，也就是收发短消息之 类。虽然从理论上讲, 2G 手机用户在全球范围都可以进行移动通信,但是由于 没有统一的国际标准, 各种移动通信系统彼此互不兼容, 给手机用户带来诸多不 便。针对 GSM 通信出现的缺陷,人们在 2000 年又推出了一种新的通信技术 GPRS ,该技术是在 GSM 的基础上的一种过渡技术。 GPRS 的推出标志着人们 在 GSM 的发展史上迈出了意义最重大的一步, GPRS 在移动用户和数据网络之 间提供一种连接，给移动用户提供高速无线 IP和X.25分组数据接入服务。在这之后,通信运营商们又将推出 EDGE 技术,这种通信技术是

17、一种介 于现有的第二代移动网络与第三代移动网络之间的过渡技术， 因此也有人称它为 “二代半”技术它，有效提高了 GPRS 信道编码效率的高速移动数据标准， 它允许 高达 384KbPs 的数据传输速率， 可以充分满足未来无线多媒体应用的带宽需求。 EDGE 提供了一个从 GPRS 到第三代移动通信的过渡性方案，从而使现有的网 络运营商可以最大限度地利用现有的无线网络设备， 在第三代移动网络商业化之 前提前为用户提供个人多媒体通信业务。3.3 4G 系统网络结构及其关键技术4G 移动系统网络结构可分为三层： 物理网络层、中间环境层、应用网络层。 物理网络层提供接入和路由选择功能， 它们由无线和核

18、心网的结合格式完成。 中 间环境层的功能有 QoS 映射、地址变换和完全性管理等。物理网络层与中间环 境层及其应用环境之间的接口是开放的， 它使发展和提供新的应用及服务变得更 为容易， 提供无缝高数据率的无线服务， 并运行于多个频带。 这一服务能自适应 多个无线标准及多模终端能力， 跨越多个运营者和服务， 提供大范围服务。 第四 代移动通信系统的关键技术包括信道传输； 抗干扰性强的高速接入技术、 调制和 信息传输技术；高性能、小型化和低成本的自适应阵列智能天线；大容量、低成 本的无线接口和光接口；系统管理资源；软件无线电、网络结构协议等。第四代 移动通信系统主要是以正交频分复用（ OFDM ）

19、为技术核心。 OFDM 技术的特 点是网络结构高度可扩展， 具有良好的抗噪声性能和抗多信道干扰能力， 可以提 供比目前无线数据技术质量更高 （速率高、时延小）的服务和更好的性能价格比， 能为4G无线网提供更好的方案。例如无线区域环路（WLL）、数字音讯广播（DAB ） 等，都将采用 OFDM 技术。 4G 移动通信对加速增长的广带无线连接的要求提供 技术上的回应， 对跨越公众的和专用的、 室内和室外的多种无线系统和网络保证 提供无缝的服务。 通过对最适合的可用网络提供用户所需求的最佳服务， 能应付 基于因特网通信所期望的增长， 增添新的频段，使频谱资源大扩展， 提供不同类 型的通信接口， 运用

20、路由技术为主的网络架构， 以傅利叶变换来发展硬件架构实 现第四代网络架构。移动通信将向数据化，高速化、宽带化、频段更高化方向发 展，移动数据、移动 IP 将成为未来移动网的主流业务。3.4 第四代通信技术的主要优势如果说 2G、3G 通信对于人类信息化的发展是微不足道的话，那么未来的 4G 通信却给了我们真正的沟通自由，并将彻底改变我们的生活方式甚至社会形 态。目前正在构思中的 4G 通信具有下面的特征：通信速度更快由于人们研究 4G 通信的最初目的就是提高蜂窝电话和其他移动装置无线 访问 Internet 的速率，因此 4G 通信给人印象最深刻的特征莫过于它具有更快的无线通信速度。 从移动通

21、信系统数据传输速率作比较， 第一代模拟式仅提供语音 服务；第二代数位式移动通信系统传输速率也只有 9.6Kbps ，最高可达 32Kbps ， 如 PHS ；而第三代移动通信系统数据传输速率可达到 2Mbps ；专家则预估，第 四代移动通信系统可以达到 10Mbps 至 20Mbps ，甚至最高可以达到每秒高达 100Mbps 速度传输无线信息，这种速度将相当于目前手机的传输速度的 1 万倍 左右。网络频谱更宽要想使 4G 通信达到 100Mbps 的传输，通信营运商必须在 3G 通信网络的 基础上，进行大幅度的改造和研究，以便使 4G 网络在通信带宽上比 3G 网络的 蜂窝系统的带宽高出许多

22、。据研究 4G 通信的 AT&T 的执行官们说，估计每个 4G 信道将占有 100MHz 的频谱，相当于 W-CDMA 3G 网路的 20 倍。 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“电话机”的范畴，毕竟 语音资料的传输只是 4G 移动电话的功能之一而已，因此未来 4G 手机更应该算 得上是一只小型电脑了，而且 4G 手机从外观和式样上，将有更惊人的突破，我 们可以想象的是，眼镜、手表、化妆盒、旅游鞋，以方便和个性为前提，任何一 件你能看到的物品都有可能成为 4G 终端，只是目前我们还不知应该怎么称呼它。 未来的 4G 通信将使我们不仅可以随时随地通信，更可以

23、双向下载传递资料、图 画、影像，当然更可以和从未谋面的陌生人网上联线对打游戏。 也许你将有被网 上定位系统永远锁定无处遁形的苦恼， 但是与它据此提供的地图带来的便利和安 全相比，这简直可以忽略不计。智能性能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，例如对菜单和滚动操作的依赖程度将大大降低，更重要的 4G 手机可以实现许多难以想象的功能。例如 4G 手机将能根据环境、时间以及其他 设定的因素来适时地提醒手机的主人此时该做什么事，或者不该做什么事， 4G 手机可以将电影院票房资料，直接下载到 PDA 之上，这些资料能够把目前的售 票情况、座位情况显示得

24、清清楚楚， 大家可以根据这些信息来进行在线购买自己 满意的电影票； 4G 手机可以被看作是一台手提电视，用来看体育比赛之类的各 种现场直播。兼容性能更平滑要使 4G 通信尽快地被人们接受， 不但考虑的它的功能强大外， 还应该考虑 到现有通信的基础， 以便让更多的现有通信用户在投资最少的情况下就能很轻易 地过渡到 4G 通信。因此，从这个角度来看，未来的第四代移动通信系统应当具 备全球漫游， 接口开放，能跟多种网络互联， 终端多样化以及能从第二代平稳过 渡等特点。提供各种增殖服务4G 通信并不是从 3G 通信的基础上经过简单的升级而演变过来的，它们的 核心建设技术根本就是不同的， 3G 移动通信

25、系统主要是以 CDMA 为核心技术， 而 4G 移动通信系统技术则以正交多任务分频技术 (OFDM) 最受瞩目，利用这种 技术人们可以实现例如无线区域环路(WLL)、数字音讯广播(DAB)等方面的无线 通信增殖服务；不过考虑到与 3G 通信的过渡性，第四代移动通信系统不会在未 来仅仅只采用 OFDM 一种技术， CDMA 技术将会在第四代移动通信系统中，与 OFDM 技术相互配合以便发挥出更大的作用，甚至未来的第四代移动通信系统也会有新的整合技术如 OFDM/CDMA 产生，前文所提到的数字音讯广播，其实 它真正运用的技术是 OFDM/FDMA 的整合技术，同样是利用两种技术的结合。 因此未来以 OFDM 为核心技术的第四代移动通信系统，也将会结合两项技术的 优点，一部分将是以 CDMA 的延伸技术。实现更高质量的多媒体通信尽管第三代移动通信系统也能实现各种多媒体通信，但未来的 4