移动通信小论文-移动通信的发展历程及关键技术

上海电力学院《移动通信》期末小论文题目：移动通信的发展历程及关键技术班级：2011112姓名：杨奇学号：20112266日期：2014.11.19【摘要】本文主要分析了移动通信从开始到现在的一个发展历程及各个阶段的关键技术，展望移动通信的发展趋势，新一代移动通信核心技术MIMO+OFDM。关键词：移动通信，工作原理，关键技术。【正文】移动通信技术的发展状况（一）第一代——模拟移动通信系统第一代(即1G，是thefirstgeneration的缩写)移动通信系统的主要特征是采用模拟技术和频分多址(FDMA)技术、有多种制式。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。第一代移动通信有很多不足之处，如容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通话质量不高、不能提供数据业务和不能提供自动漫游等。关键技术：第一代移动通信系统的关键技术有：频率再利用技术（蜂窝技术）、频分多址（FDMA）技术、多信道共用技术等等。（二）第二代——数字移动通信系统第二代(即2G，是thesecondgeneration的缩写)移动通信系统是从20世纪90年代初期到目前广泛使用的数字移动通信系统，采用的技术主要有时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)两种技术由于模拟系统的频谱利用率较低，保密性差且提供的业务比较单一，难以适应用户的数字业务需求。80年代中后期，欧洲率先提出GSM数字移动通信系统，它很快就被多国商用，并成为现有数字系统中规模最大的网络。数字移动通信系统被称为第二代移动系统（2G），它们都采用时分复用的多址接入方式，信道带宽为25-200KHz。同属2G系统的IS—95是美国高通公司于1990年提出的，它采用码分多址（CDMA）无线接入技术，信道带宽达到1.25MHz，远高于其他2G系统。为了使有线与无线有统一的接入平台和统一的业务特性，需要GSM标准与有线标准相兼容。由GSM网络支持的电信业务是由网络营运者提供给用户的通信能力。GSM中的电信业务可分为两组：基本业务和补充业务。工作原理:GSM有着标准化接口的模块化网络结构，这样允许营运商混合使用或配合使用任何供货商的设备进入系统。其网络结构如下：GSM网络结构包括：移动台、基站及基站收发信机、基站控制器、发送编码器和速率适配器单元、移动业务交换中心、归属位置寄存器、访问者位置寄存器、鉴权中心、设备识别寄存器、操作和维护中心以及相关的网络接口。下面通过GSM的呼叫方案来介绍GSM网络。当MS开机后，它将在GSM网中对自己进行初始化。之后，MS通过BCCH寻找有效的GSM网并选择登录的小区，MS中有一个小区的选择算法，用于确定最好的有效小区。一旦MS选择好工作小区，下一步就是确定MS是位置登记还是位置更新。如果是位置登记，MS以它的IMSI等数据向GSM网络请求位置登记，网络经过验证后会分派一个TMSI代码给MS。如果是位置更新，MS首先确定该工作小区是否就是以前登记过的位置区。如果位置区是同一个，MS就进入空闲模式等待用户发起呼叫或接收来自网络的寻呼。若位置区不是一致，那么它将通知网络数据库存放该MS的位置信息不再正确要更新。MS在接收到信道分配信息，调谐到分配信道上发送一个业务请求信息。该信息指明MS从网络上请求什么业务，在位置更新情况下，请求时一个位置更新请求，这个信息是有关于MS识别码的详细信息。一旦当前的VLR成功地接收到适当原因（位置更新、呼叫建立等等）的起始信息，它将启动鉴权和保密程序。鉴权程序的目的有两个：第一是容许网络检查MS提供的识别号是否可接受，第二是提供RAND让MS计算新加密钥SRES。VLR开始加密过程时，先通知MSC，MSC接着按所使用的密钥送一个信息给BSC。BSC通过BTS通知MS在以后的传输过程中开始加密。关键技术：2G的关键技术有空间分集、时分多址（TDMA）、跳频及均衡等技术。(三)第三代——多媒体移动通信系统第三代(即3g，是thethirdgeneration的缩写)多媒体移动通信系统。随着通信业务的迅猛发展和通信量的激增，未来的移动通信系统不仅要有大的系统容量，还要能支持话音、数据、图像、多媒体等多种业务的有效传输。第二代移动通信技术根本不能满足这样的通信要求，在这种情况下出现了第三代。使用高的频带和CDMA技术传输数据来支持多媒体业务，它工作在2000MHz频段，主要特点是无缝全球漫游、高速率、高频谱利用率、高服务质量、低成本和高保密性等，其最基本特征是智能信号处理技术，智能信号处理单元将成为基本功能模块，支持语音和多媒体数据通信，可以提供前三代产品不能提供的各种宽带信息业务，如高速数据、慢速图像与电视图像等。工作原理：WCDMA系统。WCDMA中的R99版本采用全新的WCDMA无线空中接口标准，支持2Mb/s的传输速率，核心网（CN）括PS域和CS域两部分。在R99中，CN的CS域采用GPRS的网络结构。cdma2000系统。组成cdma2000系统的网络结构将是在现有cdmaOne网络结构的基础上的扩展，两者的主要区别在于cdma2000系统中引进了分组数据业务。要实现一个cdma2000系统，必须对BTS和BSC进行升级，这是为了是系统能处理分组数据业务。TD-SCDMA系统。TD-SCDMA通信系统的网络结构由三个主要部分组成：移动用户终端（UE）、无线网络子系统RNS（即UTRAN）以及核心网子系统（CN）。整个通信系统从物理上分为两个域：用户设备域（UE）和基础设备域。基础设备域分成无线网络子系统域和核心网域（CN），核心网域又分为电路交换（CS）域和分组交换（PS）域，分别对应于2G/2.5G网络中GSM交换子系统和GPRS交换子系统。关键技术：第三代移动通信系统(3G)3G主要基于宽带CDMA技术，优点在于频率规划简单，系统容量大，频率复用系数高，抗多径能力强，通信质量好，软容量，软切换.总体而言，3G的具有四项关键技术：智能天线技术、软件无线电技术、高速下行分组交换数据传输技术、联合检测技术。二、三层网络结构4G系统针对各种不同业务的接入系统,通过多媒体接入连接到基于IP的核心网中。基于IP技术的网络结构使用户可实现在3G、4G、WLAN及固定网间无缝漫游。4G网络结构可分为三层:物理网络层、中间环境层、应用网络层。(1)物理网络层提供接入和路由选择功能。(2)中间环境层的功能有网络服务质量映射、地址变换和完全性管理等。(3)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,使发展和提供新的服务变得更容易,提供无缝高数据率的无线服务,并运行于多个频带,这一服务能自适应于多个无线标准及多模终端,跨越多个运营商和服务商,提供更大范围服务。第四代移动通信标准比第三代标准拥有更多的功能。第四代移动通信可以在不同的固定、无线平台和跨越不同的频带的网络中提供无线服务，可以在任何地方用宽带接入互联网（包括卫星通信和平流层通信），能够提供定位定时、数据采集、远程控制等综合功能。此外，第四代移动通信系统是集成多功能的宽带移动通信系统，是宽带接入IP系统。三、4G相对于3G网络的超越之处

与今年年内即将推出的3G移动通信服务相比,4G技术更为复杂,4G技术在通信特点方面较3G移动通信技术相比,有许多超越之处:

(1)4G移动通信技术的信息传输级数要比3G移动通信技术的信息传输级数要高一个等级,其最大的传输速度将是目前“i-mode”服务的10000倍｡

(2)主要发展数字广带(Broadband)为基础的概念｡在“毫米”过程中,传播条件相对困难,蜂窝小区也会相应小很多,这会引起一系列技术上的难题｡

(3)灵活性要比3G强得多｡它能自适应的资源分配,能够处理变化的业务流､信道条件不同的环境,有很强的自组织性和灵活性｡

(4)4G移动通信技术将可让所有移动通信运营商的用户,享受共同的4G服务｡

(5)该技术应该能根据网络的动态和自行变化的信道条件,使低码与高码的用户能够共存｡这些方面都要比2G､3G先进｡

(6)它能综合固定移动广播网络或其他的一些规则,实现对这些功能体积分布的控制｡

(7)该技术将以几项突破性技术为基础,例如一些光纤产品公司用来提高Internet主干带宽的技术,它将对无线频率的使用效率比第二代和第三代系统都高得多｡四、4G的定义及其技术要求第四代移动通信技术可称为广带(Broadband)接入和分布网络，具有非对称超过2Mb/s的数据传输能力，对全速移动用户能提供150Mb/s的高质量影像服务，将首次实现三维图像的高质量传输。它包括广带无线固定接入、广带无线局域网、移动广带系统和互操作的广播网络(基于地面和卫星系统)，集成不同模式的无线通信，移动用户可以自由地从一个标准漫游到另一个标准。其广带无线局域网(WLAN)能与B-ISDN和ATM兼容，实现广带多媒体通信，形成综合广带通信网(IBCN)，他还能提供信息之外的定位定时、数据采集、远程控制等综合功能。其主要技术要求是：

(1)通信速度提高，数据率超过UMTS，上网速率从2Mb/s提高到100Mb/s。

(2)以移动数据为主面向Internet大范围覆盖高速移动通信网络，改变了以传统移动电话业务为主设计移动通信网络的设计观念。

(3)采用多天线或分布天线的系统结构及终端形式，支持手机互助功能，采用可穿戴无线电，可下载无线电等新技术。

(4)发射功率比现有移动通信系统降低10～100倍，能够较好地解决电磁干扰问题。

(5)支持更为丰富的移动通信业务，包括高分辨率实时图像业务、会议电视虚拟现实业务。4G移动通信系统中的关键技术

：OFDM正交频分复用技术，

MIMO技术，软件无线电技术，智能天线技术，调制与编码技术，高性能的接收机，全IP技术，多用户检测技术，切换技术等。OFDM正交频分复用技术：

OFDM正交频分复用技术的基本思想是将高速串行的数据码流变换成N（通常取偶数）路并行的低速数据流，再将这N路低速数据流分别调制到等频间隔的一组总数为N的子载波上，并且这组子载波要满足下交的条件。OFDM技术的优点是可以通地添加循环前缀来减小或消除码间干扰，对多径衰落和多普勒频移不敏感，提高了频谱利用率，可实现低成本的单波段接收机。OFDM的主要缺点是功率效率不高，对频偏和相位噪声比较敏感。

MIMO技术：

MIMO（多进多出）是未来移动通信的关键技术。MIMO技术主要有两种表现形式，即空间复用和空时编码。这两种形式在WiMAX协议中都得到了应用。WiMAX相关协议还给出了同时使用空间复用和空时编码的形式。支持MIMO是协议中的一种可选方案，结合自适应天线阵（AAS）和MIMO技术，能显著提高系统的容量和频谱利用率，可以大大提高覆盖范围并增强应对快衰落的能力，使得在不同环境下能够获得最佳的传播性能。软件无线电技术：

软件无线电（SoftwareDefinedRadio,简称SDR）,就是采用数字信号处理技术,在可编程控制的通用硬件平台上,利用软件来定义实现无线电台的各部分功能:包括前端接收、中频处理以及信号的基带处理等。即整个无线电台从高频、中频、基带直到控制协议部分全部由软件编程来完成。其核心是在尽可能靠近天线的地方使用宽带的“数字/模拟”转换器，尽早地完成信号的数字化,从而使得无线电台的功能尽可能地用软件来定义和实现。软件无线电是一种基于数字信号处理(DSP)芯片以软件为核心的崭新的无线通信体系结构。智能天线技术：

智能天线是波束间没有切换的多波束或自适应阵列天线。多波束天线在一个扇区中使用多个固定波束，而在自适应阵列中，多个天线的接收信号被加权并且合成在一起使信噪比达到最大。与固定波束天线相比，天线阵列的优点是除了提供高的天线增益外,还能提供相应倍数的分集增益。智能天线具有抑制信号干扰、自动跟踪以及数字波束调节等智能功能,其基本工作原理是根据信号来波的方向自适应地调整方向图,跟踪强信号,减少或抵消干扰信号。智能天线的核心是智能算法,而算法决定电路实现的复杂程度和瞬时响应速率,因此需要选择较好算法实现波束的智能控制。【总结】回顾1G到3G的发展，移动通信系统在每个十年内都会发生革命性的变化.在2010年2月的世界移动通信大会上，移动宽带化、融合化、智能化和绿色节能成为产业界的战略方向.移动宽带化的发展趋势使通信网络正在发生根本性的变化，通信的主体也将由人与人扩展到人与物或物与物，未来移动通信必将具有文中描述的这些基本特征：高速率、高质量的数据传输，完全集中的服务。无所不在的移动接入，高智能的多样化的用户设备。随着新问题、新要求的不断出现。第四代移动通信技术将会