移动通信技术体制的演进过程和发展历程研究

1、移动通信期中论文论文题目 移动通信技术体制的演进 过程和发展历程研究 姓 名 朱亚乐 学 号 P13181* 学 院 电气工程学院 专业班级 2013级通信工程2班 移动通信技术体制的演进过程和发展历程研究 专业：通信工程 姓名：朱亚乐 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 GSM CDMAHist

2、ory and Trend of Mobile CommunicationAbstract: This paper briefly introduces the development of mobile communication. And put it into five periods. It also tells us the special parts of mobile communication from the first to fourth generation and the difference between them. Then the trend of its de

3、velopment is predicted .Last, the mobile communication development of China is expressed, the scale and the Amount of which is the first in the world. Key words: mobile communication system; development course; trend; Indexing Cam Dynamics Model目录前言1第一章 移动通信的发展历程21.1第一代移动通信21.2第二代移动通信21.3第三代移动通信21.4

4、第四代移动通信3第二章 现今4G的移动通信42.1 第四代移动通信系统的结构42.2 第四代移动通信系统的特点42.3 LTE的技术要求72.4 第四代移动通信的技术标准72.5 第四代移动通信的关键技术9第三章 未来移动通信技术（5G）103.1第五代移动通信技术的特点及优点103.1.1 5G移动通信的特点103.1.2 5G移动通信的优点113.2 5G通信技术的发展趋势11前言在20世纪的最后20年内，现代移动通信技术走过了第一代(模拟系统)和第二代(窄带数字系统)两个阶段。在新千年之交的时期，也完成了第三代移动通信(正式名称为IMT-2000)标准的制定工作，为现今3G的正式商用打下

5、了基础。 从20世纪90年代起，移动通信就以极高速度发展。1999年，在通信设备市场中，移动通信产品所占份额已超过通信产品的50%。而且，此比例还在逐渐增加。手持机的逐渐普及并带来对通信个人化的强烈需求，互联网的高速发展又带来了移动数据通信的机遇。回顾近十年的发展，可以说，移动通信技术的发展开辟了一个巨大的市场，而市场的急需又推动了移动通信技术进步和国际标准的制定。第三代移动通信发展之际，世界已开始关注第四代移动通信。第一章 移动通信的发展历程1.1 第一代移动通信技术第一代移动通信系统（如AMPS和TACS等）是采用FDMA制式的模拟蜂窝系统。由于受到传输带宽的限制，不能进行移动通信的长途漫

6、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。第一代移动通信有很多不足之处，比如容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通话质量不高、不能提供数据业务、不能提供自动漫游等。1.2 第二代移动通信技术第二代移动通信系统(如采用TDMA制式的欧洲GSM/DCS1800,北美IS-54和采用CDMA制式的美国IS-95等)则是数字蜂窝系统。主要采用的是数字的时分多址(TDMA)技术和码分多址(CDMA)技术。主要业务是语音，其主特性是提供数字化的话音业务及低速数据业务。它克服了模拟移动通信系统的弱点，话音质量、保密性能得到大的提高，并可进行省内、省际自动漫游

7、。第二代移动通信替代第一代移动通信系统完成模拟技术向数字技术的转变，但由于第二代采用不同的制式，移动通信标准不统一，用户只能在同一制式覆盖的范围内进行漫游，因而无法进行全球漫游，由于第二代数字移动通信系统带宽有限，限制了数据业务的应用，也无法实现高速率的业务如移动的多媒体业务。1.3 第三代移动通信技术第三代移动通信系统简称3G系统,它最早是国际电联(ITU- R)于1985年提出的,当时命名为未来公众陆地移动通信系统(FPLMTS)。由于当时预期该系统在2000年使用,并工作在2000MHZ频段,故于1996年正式改名为IMT-2000。第三代移动通信系统大致目标是全球化、综合化和个人化。全

8、球化就是提供全球海陆空三维的无缝隙覆盖,支持全球漫游业务;综合化就是提供多种话音和非话音业务, 特别是多媒体业务;个人化就是有足够的系统容量、强大的多种用户管理能力、高保密性能和服务质量。与从前以模拟技术为代表的第一代和目前还在使用的第二代移动通信技术相比，3G将有更宽的带宽，其传输速度最低为384K，最高为2M，带宽可达5MHz以上。不仅能传输话音，还能传输数据，从而提供快捷、方便的无线应用，如无线接入Internet。能够实现高速数据传输和宽带多媒体服务是第三代移动通信的另个主要特点。第三代移动通信网络能将高速移动接入和基于互联网协议的服务结合起来，提高无线频率利用效率。提供包括卫星在内的

9、全球覆盖并实现有线和无线以及不同无线网络之间业务的无缝连接。满足多媒体业务的要求，从而为用户提供更经济、内容更丰富的无线通信服务。1.4 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、高质量、音频、

10、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。第二章 现今4G的移动通信2.1 第四代移动通信系统的结构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，

11、提供无缝高数据率的无线服务，并运行于多个频带。2.2 第四代移动通信系统的特点（1）通信速度快由于人们研究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；第三代移动通信系统数据传输速率可达到2Mbps；而第四代移动通信系统传输速率可达到20Mbps，甚至最高可以达到高达100Mbps，这种速度会相当于2009年最新手机的传输速度的1万倍左右,第三代手机传

12、输速度的50倍。（2）网络频谱宽要想使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。据研究4G通信的AT&T的执行官们说，估计每个4G信道会占有100MHz的频谱，相当于W-CDMA3G网络的20倍。（3）通信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，会有更惊人的突破，人们可以想象的是，眼镜、手表、化妆盒、旅游鞋，以方便和个性为前提，任

13、何一件能看到的物品都有可能成为4G终端，只是人们还不知应该怎么称呼它。未来的4G通信使人们不仅可以随时随地通信，更可以双向下载传递资料、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。（4）智能性能高第四代移动通信的智能性更高，不仅表现于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会大大降低，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手机可以把

14、电影院票房资料，直接下载到PDA之上，这些资料能够把售票情况、座位情况显示得清清楚楚，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。LG G3支持双卡，支持2014年的主流4G，并内置可拆卸式3000毫安时电池。10 （5）兼容性好要使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。（6）提

15、供增值服务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值服务；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

16、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，也会结合两项技术的优点，一部分会是以CDMA的延伸技术。（6）高质量通信尽管第三代移动通信系统也能实现各种多媒体通信，为此未来的第四代移动通信系统也称为“多媒体移动通信。第四代移动通信不仅仅是为了因应用户数的增加，更重要的是，必须要因应多媒体的传输需求，当然还包括通信品质的要求。总结来说，首先必须可以容纳市场庞大的用户数、改善现有通信品质不良，以及达到高速数据传输的要求。（6）频率效率高相比第三代移动通信技术来说，第四代移动通信技术在开发研制过程中使用和引入许多功能强大的突破性技术，例如

17、一些光纤通信产品公司为了进一步提高无线因特网的主干带宽宽度，引入了交换层级技术，这种技术能同时涵盖不同类型的通信接口，也就是说第四代主要是运用路由技术(Routing)为主的网络架构。由于利用了几项不同的技术，所以无线频率的使用比第二代和第三代系统有效得多。按照最乐观的情况估计，这种有效性可以让更多的人使用与以前相同数量的无线频谱做更多的事情，而且做这些事情的时候速度相当快。研究人员说，下载速率有可能达到5Mbps到10Mbps。（7）费用便宜由于4G通信不仅解决了与3G通信的兼容性问题，让更多的现有通信用户能轻易地升级到4G通信，而且4G通信引入了许多尖端的通信技术，这些技术保证了4G通信能

18、提供一种灵活性非常高的系统操作方式，因此相对其他技术来说，4G通信部署起来就容易迅速得多；同时在建设4G通信网络系统时，通信营运商们会考虑直接在3G通信网络的基础设施之上，采用逐步引入的方法，这样就能够有效地降低运行者和用户的费用。据研究人员宣称，4G通信的无线即时连接等某些服务费用会比3G通信更加便宜。对于人们来说，未来的4G通信的确显得很神秘，不少人都认为第四代无线通信网络系统是人类有史以来发明的最复杂的技术系统。的确，第四代无线通信网络在具体实施的过程中出现大量令人头痛的技术问题，大概一点也不会使人们感到意外和奇怪。第四代无线通信网络存在的技术问题多和互联网有关，并且需要花费好几年的时间

19、才能解决。2.3 LTE的技术要求（1）OFDMOFDM即正交频分多路复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing），与传统的多载波调制（MCM）相比，OFDM调制的各个子载波间可相互重叠，并且能够保持各个子载波之间的正交性。OFDM的基本原理是将高速的数据流分解为N个并行的低速数据流，在N个子载波上同时进行传输。这些在N子载波上同时传输的数据符号，构成一个OFDM符号。（2）MIMO实现MIMO技术较简单，MIMO技术的关键：有效避免天线之间的干扰以区分多个数据流；水平衰落信道中实现MIMO更容易、频率选择性信道中，IAI和ISI混合在一起，很难

20、将MIMO接受和信道均衡区分开。（3）HARQ（4）信道调度（5）链路自适应（6）小区间干扰消除2.4 第四代移动通信的技术标准4G技术支持100Mbps150Mbps的下行网络带宽，也就是4G意味着用户可以体验到最大12.5MB/s18.75MB/s的下行速度。这是当前国内主流中国移动3G(TD-SCDMA)2.8Mbps的35倍，中国联通3G（WCDMA）7.2Mbps的14倍。在中国，4G制式分为LTEFDD（频分双工长期演进技术）和LTETDD（时分双工长期演进技术）。LTEFDD是最早提出的LTE制式，目前该技术最成熟，全球应用最广泛，终端种类最多。LTETDD又称TD-LTE，是L

21、TE的另一个分支。峰值速率：下行100Mbps，上行50Mbps。由上海贝尔、诺基亚西门子通信、大唐电信、华为技术、中兴通信、中国移动、高通、ST-Ericsson等业者共同开发。4G时代对于我们来说，带来的最显著的变化是更快的下载体验。但是，我们常看到一些媒体甚至通讯公司宣传4G能带来100Mb/s的疾速体验。这种说法是不对的，在传输过程中为了保证信息传输的正确性需要在传输的每个字节之间增加仃码和校验码，而且要将Mbps换算成我们常用的MB/s，并且运营商给出的数值大多数都是在理论上的数值，在我们用户的实际使用中未必会达到它们声称的速率。但是我们仍可以轻而易举地感受到4G相对于3G所带来的速

22、率变化。并且4G的资费也会比3G更为实惠，这个是我们用户每个月交话费时都可以实实在在感受到的。既然4G那么好，那它有没有缺点呢？答案当然是肯定的。首先就是信号问题。造成信号不好的原因有：1.技术难。由于第四代无线通信网络的架构相当复杂，所以如何保证楼区、山区，及其它有障碍物等易受影响地区的信号强度等问题都需要新技术的支持。2.设施更新慢。这个我们很容易理解，中国地大物博，用了很多年时间3G网络还未算完全普及，想要全方位铺开4G信号还是需要时间的。其次就是通话体验了。目前4G网络有三种语音解决方案。方案一：SVLTE（双待机）。其特点是数据走LTE网络，语音通信走2G/3G网络。缺点是由于需要L

23、TE与2G/3G同时待机，所以采用这种模式的手机终端会比单待机更费电。方案二：CSFB（语音回落）。也是现在中国移动所用的方案。CSFB方案中LTE网络与传统2G网络并不是同时待机，当手机申请数据业务时，CSFB会选择LTE网络，而当有通话需求时，会自动回落至2G网络来实现语音功能。所以给我们用户带来的麻烦就是接通速度慢。方案三：VoLTE。它一种IP数据传输技术，无需2G/3G网，全部业务都承载于4G网络之上。这是以后4G语音通话的终极目标。随着社会的进步，人类的发展，以及网络技术越来越多的融入我们的生活。在这样的大环境下，只有速率更快、资费更低、服务更好的的网络才能满足我们的需求。当前的4

24、G并不完善，但是它仍然值得我们期待！ 2.5 第四代移动通信的关键技术 4G系统技术主要实现无线通信全球覆盖以及提供无缝的高质量无线业务。为了满足不同的需求，4G系统使用了许多新技术，包括正交频分复用技术、多进多出技术、智能天线技术以及软件无线电技术等。（1）正交频分复用(OFDM)技术OFDM是一种无线环境下的高速传输技术，它可以解决在高频段进行高速移动通信时面临的频率选择性衰落问题。无线信道的频率响应曲线大多是非平坦的,而该技术的主要思想就是在频域内将给定信道分成许多正交子信道,在每个子信道上使用一个子载波进行调制,并且各子载波并行传输。这样,每个子信道是相对平坦的,即使总的信道是非平坦的

25、。同时在每个子信道上进行的是窄带传输,信号带宽小于信道的相应带宽,因此就可以大大消除信号波形间的干扰。由于OFDM技术能够克服DS_CDMA在支持高速率数据传输时符号间干扰增大的问题,并且有频谱效率高,硬件实施简单等优点,因此OFDM被看作是第四代移动通信系统中的核心技术。OFDM技术的主要的技术难点是系统中的频率和时间同步,基于导频符号辅助的信道估计,峰平比问题和多普勒频偏的影响以及基于OFDM、多载波技术的新一代蜂窝移动通信系统的多址方案的研究。（2）切换技术切换技术主要可以划分为软切换和硬切换,适用于移动终端在不同移动小区之间和不同频率之间通信，或者信号降低信道选择等情况。在第一和第二代

26、移动通信系统中都采用迫使通信容易中断的越区硬切换方式。3G系统将在使用相同载波频率的小区间实现软切换，即移动用户在越区时可以与两个小区的基站同时接通只相应改变扩频码。即可做到”先接通再断开”的交换功能从而大大改善了切换时的通话质量。在4G通信系统中，切换技术的适用范围更为广泛，并朝着软切换和硬切换相结合的方向发展。（3）软件无线电技术软件无线电技术就是用现代化软件来操纵、控制传统的硬件电路的无线通信。软件无线电是将标准化、模块化的硬件功能单元经过一个通用硬件平台,利用软件加载方式来实现各种类型的无线电通信系统的一种具有开放式结构的新技术。软件无线电的基本思想就是将宽带模数变换器(A/D)及数模

27、变换器(D/A)尽可能地靠近射频天线,建立一个具有“A/D-DSP-D/A”模型的通用的、开放的硬件平台,在这个硬件平台上尽量利用软件技术来实现电台的各种功能模块。使用数字信号处理器(DSP)技术,通过软件编程来实现各种通信频段的选择，完成传送信息抽样、量化、编码/解码、运算处理和变换,实现射频电台的收发功能，实现不同的信道调制方式的选择和实现不同的保密结构、网络协议和控制终端功能等。这样无线通信系统具有很好的通用性灵活性，使系统互连和升级变得非常方便。因此,它是解决终端在不同系统间工作的关键技术。第三章 未来移动通信技术（5G）5G（fifth-generation）即第五代移动电话系统，是

28、4G移动通信技术的延伸。目前尚未有任何一家标准制定组织或者电信公司的公开规格，也没有在任何官方文件中有所涉及，即该技术尚未有具体的标准。但是，随着社会的发展，人们对通信技术领域的期望越来越高，5G移动通信技术，势必得到飞速的发展。3.1第五代移动通信技术的特点及优点3.1.1 5G移动通信的特点（1）频谱利用率高在5G移动通信技术中，高频段的频谱资源将被应用的更为广泛，但是在目前科技水平条件下，由于会受到高频段无线电波的穿透能力影响，高频段频谱资源的利用效率还是会受到某种程度的限制，但这不会影响光载无线组网、有线与无线宽带技术的融合等技术的普遍应用。（2）通信系统性能有很大提高传统的通信系统理

29、念，是将信息编译码、点点之间的物理层面传输等技术作为核心目标，而5G移动通信技术的不同之处在于，它将更加广泛的多点、多天线、多用户、多小区的相互协作、相互组网作为重点的研究突破点，以大幅度提高通信系统的性能。（3）设计理念先进在通信业务中，占据主导地位的是室内通信业务的应用，5G移动通信系统的优先设计目标定位在室内无线网络的覆盖性能及其业务支撑能力上，这将改变传统移动通信系统的设计理念。（4）能耗和运营成本降低5G无线网络的“软”配置设计，将是未来该技术的重要研究、探索方向，网络资源可以由运营商根据动态的业务流量变化而实时调整，这样，可以有效降低能耗和网络资源运营成本。（5）主要的考量指标5G

30、通信网络技术的研究，将更为注重用户体验，交互式游戏、3D、虚拟实现、传输延时、网络的平均吞吐速度和效率等指标将成为考量5G网络系统性能的关键指标。3.1.2 5G移动通信的优点5G移动通信技术，作为最新一代的移动通信技术，其应用必将大大提高频谱利用效率及其能效，在资源利用和传输速度效率方面较4G移动通信技术能提高至少一个等级，在系统安全、传输时延、用户体验、无线覆盖的性能等各个方面也将得到显著的提升。5G移动通信技术结合其他无线通信技术后，将构成新一代高效、完美的移动信息网络，可以满足未来十年的移动信息网络的发展需求。不久的将来，5G移动通信系统一定程度上还将具备较大的灵活性，实现自我调整、网络自感知等智能化功能，可以有充分的准备应对未来移动网络信息社会的不可预测的飞速发展。3.2 5G通信技术的发展趋势 5G移动通信技术，已经成为移动通信领域的全球性研究热点。随着科学技术的深入发展，5G移动通信系统的关键支撑技术会得以明确，在未来几年，该技术会进入实质性的发展阶段，即标准化的研究与