移动通信技术发展分析报告

移动通信技术发展分析报告完成人：学号：完成时间：摘要：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验了第一代蜂窝模拟通信，其次代蜂窝数字通信，以及将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关键词：移动通信发展与现状主要关键技术特点正文：移动通信的基本概述：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。1978年底，美国贝尔试验室研制胜利先进移动电话系统（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好用系统，并在世界各地快速发展,这个系统一般被当作是第一代移动通信系统。从20世纪80年头中期起先，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意日益增长的移动用户的需求。80年头中期，欧洲首先推出了全球移动通信系统（GSM：GlobalSystemforMobile）。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年头初，美国Qualcomm公司推出了窄带码分多址（CDMA：Code-DivisionMultipleAccess）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务。从今，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。现代移动通信是一门困难的高新技术，不但集中了无线通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很多成果。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。无线通信具有跨越时空进行信息沟通的敏捷性，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。移动通信的现状与发展概况：目前我国移动通信的现状可从两个方面来叙述。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行逆转的趋势。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。其次、技术门槛高，研发投入资本巨大始终发展缓慢。移动通信业务之所以发展迅猛主要是其满意了人们在任何时间。任何地点与任何个人进行通信的愿望。移动通信是实现将来志向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、驾驭这些趋势对移动通信运营商和设备制造商均具有重要的现实意义。21世纪我们将进入信息社会——一个以人为本、更加留意精神粮食的社会，人性、环境和信息将成为这个社会的关键词。因此在21世纪的信息通信系统必需围绕以人为原来进行探讨开发。潜在的探讨方向包括：如何满意人性的需求和充分利用五个感官（触、尝、听、看、闻）及人工智能；如何通过智能化来补充人的实力；如何通过机器人和可佩带设备来实现新的通信方式；如何克服通信质量的限制来扩大人的空间。在人类通信中，如何很好地实现感情的相互传递是今后非常重要的课题。虽然可视电话和虚拟现实能够完成用户影像和活动状况的传递，但是对传递感情而言它们是远远不够的。在21世纪，预料移动通信在信息通信领域的发展将达到顶峰，世界各国的用户数将接着增长。移动通信将成为宽带信息通信的使能器，使无所不在的通信成为现实。技术创新和挑战在将来必将接二连三。为了迎接挑战，全世界从事移动通信的探讨人员须要相互沟通、共同合作，在全球范围内一起推动研发工作和标准化工作的开展，携手共进。4G5G通信及关键技术简介：3.14G大家知道，全部技术的发展都不行能在一夜之间实现，从GSM、GPRS到第4代，须要不断演进，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接受的模拟蜂窝通信技术，这种技术只能供应区域性话音业务，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，用户增长快速，传统的通信模式已经不能满意人们通信的需求，在这种状况下就出现了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。它是依据欧洲标准而确定的频率范围在900～1800MHz之间的数字移动电话系统，频率为1800MHz的系统也被美国接受。GSM是1991年起先投入运用的。到1997年底，已经在100多个国家运营，成为欧洲和亚洲事实上的标准。GSM数字网也具有较强的保密性和抗干扰性，音质清楚，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。不过它能供应的数据传输率仅为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几乎只供应纯文本的信息。而时下正流行的数字移动通信手机是其次代（2G），一般接受GSM或CDMA技术。其次代手机除了可供应所谓“全球通”话音业务外，已经可以供应低速的数据业务了，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的推出标记着人们在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供应一种连接，给移动用户供应高速无线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，这种通信技术是一种介于现有的其次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，可以充分满意将来无线多媒体应用的带宽需求。EDGE供应了一个从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供应个人多媒体通信业务。在新兴通信技术的不断推动之下，象征着3G通信的标记技术WCDMA也将成为将来通信技术的主流。该技术能为用户带来了最高2Mbit/s的数据传输速率，在这样的条件下，现在计算机中应用的任何媒体都能通过无线网络轻松的传递。WCDMA通过有效的利用宽频带，不仅能顺畅的处理声音、图像数据、与互联网快速连接；此外WCDMA和MPEG-4技术结合起来还可以处理真实的动态图像。人们之间沟通的瓶颈将由现在的网络传输速率转变为各种新型应用的供应：如何让无线网络更好的为人们服务而不是给人们带来骚扰，如何让每个人都能从信息的海洋中快速的得到自己须要的信息，如何能够便利的携带、运用各种终端设备，各种终端设备之间如何更好的自动协同工作等等。在上述通信技术的基础之上，无线通信技术最终将迈向4G通信技术时代。从无线通信系统的发展历程来看，第一代移动通信系统的任务已经达成，而现阶段是其次代移动通信系统的时代，今后十年将会是3G移动通信系统正兴的时期，或许到了十年以后将会是第四代移动通信的天下。但我们不难发觉每一个不同的移动通信系统均会有重复性的时间点，大约每十年就有一项技术更新，不过随着通信科技的日新月异，或许转变会更快、时间也会更短。对于移动通信服务业者、系统设备供货商或其他相关产业来说，必需随时留意移动通信技术的变更，以适应市场需求。。4G通信技术并没有脱离以前的通信技术，而是以传统通信技术为基础，并利用了一些新的通信技术，来不断提高无线通信的网络效率和功能的。假如说现在的3G能为我们供应一个高速传输的无线通信环境的话，那么4G通信将是一种超高速无线网络，一种不须要电缆的信息超级高速马路，这种新网络可使电话用户以无线及三维空间虚拟实境连线。与传统的通信技术相比，4G通信技术最明显的优势在于通话质量及数据通信速度。然而，在通话品质方面，目前的移动电话消费者还是能接受的。随着技术的发展与应用，现有移动电话网中手机的通话质量还在进一步提高。数据通信速度的高速化的确是一个很大优点，它的最大数据传输速率达到100Mbit/s，简直是不行思议的事情。另外由于技术的先进性确保了成本投资的大大削减，将来的4G通信费用也要比目前的通信费用低。随着对带宽的需求的增加，通信技术的发展一度出现2.5G和2.75G的中间过渡代。当3G移动业务刚刚迈出脚步，就出现了支持语音、数据和视频三种格式的传输技术高速下行链路分组接入技术。与此同时，真正意义上的宽带数据速率标准4G概念也起先出现，它包括宽带无线固定接入、宽带无线局域网、移动宽带系统、互操作的广播网络和卫星系统等，将是多功能集成的宽带移动通信系统，可以供应的数据传输速率高达100Mbit/s甚至更高，也是宽带接入IP系统。从通信技术标准的发展历程来看，可分成四大主线和两大派别。其中四大主线指：3GPP、3GPP2，WiMAX和区域性标准;两大派别指：北美的IEEE802.xx标准和欧洲的3G的UMTS标准。标准的分化加大了低成本建设网络的困难度。定义可用的频谱资源是另一种分化标准，而且这种分化标准便于引入新的技术。最佳的安排方案就是在全球范围下进行资源的统一安排，但是由于无线规划须要与异构频谱资源的部署相适应，随着频谱需求区域规模的扩大，很难达成统一的无线规划方案。但是我们可以在相同频带内运用不同的标准，前提是终端用户能自由选择无线接入方式。4G的概念和要求?简洁而言，4G是一种超高速无线网络，一种不须要电缆的信息超级高速马路。这种新网络可使电话用户以无线形式实现全方位虚拟连接。4G最突出的特点之一，就是网路传输速率达到了前所未有的100Mbit/s，完全能够满意用户的上网需求。4G系统总的技术目标和特点可以概括为：系统应具有更高的数据率、更好的业务质量(QoS)、更高的频谱利用率、更高的平安性、更高的智能性、更高的传输质量、更高的敏捷性;4G系统应能支持非对称性业务，并能支持多种业务;4G系统应体现移动与无线接入网和IP网络不断融合的发展趋势。以下从不同的角度探讨4G系统的要求。从网络角度?统一的移动性和平安性管理，要求考虑不同网络对等实体的交互。主要解决的问题是漫游时会话的不间断性和服务的流淌性，目前已经出现一些解决方案来完成此项功能，如移动IP技术和会话初始协议(SIP)。端到端的QoS协商支持，涉及到网络层及以上的互联网协议体系。3GPP起草了UMTS网络的综合QoS架构，现在正致力于通用的QoS架构的探讨。接受中介服务器进行用户认证、授权和计费。随着IP网络的发展，运营商须要必需为上千并发用户经由不同技术同时接入网络供应AAA服务，还必需能平安地支持跨网AAA服务，且应具有良好的扩展性，这就要求扩呈现有AAA协议的功能。鉴此，IETF正着手开发下一代AAA协议，即Diameter协议。Diameter是一个轻型的对等式的AAA协议，接受了改进的重发机制，提高网络牢靠性，同时还供应一种新的端到端的平安机制。Diameter新引入的中介服务器向漫游用户供应AAA服务。接受中介服务器可以削减访问网络代理服务器的配置工作量，网络扩展时只须要更新中介服务器的配置，有利于提高协议的可扩展性。Diameter中介服务器从终端角度支持多种通信模式，具有适应实力和重配置实力。终端可以通过自身的重配置来变更接入方式，开放式的软件无线电架构和标准化环境为此供应可能。软件无线电使得系统具有敏捷性和适应性，能够适应不同的网络和空中接口。软件无线电技术能支持接受不同空中接口的多模式手机和基站，能实现各种应用的可变QoS。软件无线电技术有助于不同标准和系统的融合。接受软件无线电实现的基站可同时为多个网络服务;当终端移动时，可重新配置，如当移动终端移动到一个接受不同标准的移动系统中时，终端可依据该系统的标准重新自动配置该终端。ABC连接。ABC(AlwaysBestConnected)使终端在不同无线接入网中实现无缝切换，通过给每个用户供应最合适的服务来达到整个网络的最优性能和资源利用率。实现ABC业务的关键技术在于接入网络的选择，影响接入网选择的QoS因子有：可达性、吞吐量、时间集、牢靠性、平安性和成本。我们用X代表越小越好的因子集，如功率，误码率等，用Y代表越大越好的因子集，如平安性，牢靠性，吞吐量等。Sb代表大于门限值Ts才符合要求的元素集合，如带宽、覆盖面积，Ss代表小于门限值Tb才符合要求的元素集合，如抖动、时延。这样网络选择就可归结为基于约束的优化问题：W1，W2是权重，用户可以通过变更形W1，W2和Ts，Tb的值来选择满意自己要求的接入网，从而实现特性化服务。接入网的发觉和选择。在GSM网中，基站通过周期性地广播信号到终端进行业务处理，但在4G异构网络中，由于不同的接入协议和无线技术，须要用到比较困难的技术，这里供应两种参考方案：一种是运用软件无?线电技术扫描可用网络;另一种是运用无线广播信道广播终端用户所能到达的接入网。从用户角度用户信息管理。在ABC服务中，须要考虑用户的参数选择来确定网络的选择。通过广播自己的配置参数，用户可以接入相同的无线广播信道并发觉可达接入网。单识别机制。每个用户安排一个独立于终端和接入网的唯一标识码和动态的移动IP地址，并且运用动态的移动IP地址管理架构便利内部用户交互式地实时通信管理。从业务角度?在有限的接入网和终端资源条件下，业务相对于接入网和终端的适应性以及困难环境中的业务部署和实施，须要充分利用终端和基础网络的可配置性，才可以使资源利用率达到最优。?可以运用相同的无线广播信道，完成接入网的业务广播和检测功能。这样做有利于业务的快速建立。依据前面提到的ABC技术，网络总是能给用户供应一个在相对区域范围内的最好服务。4G中的IP网络结构IPv6技术?IPv6技术以其巨大的地址空间将在一段可预见的时期内，它能够为全部网络设备供应一个全球唯一的地址。IPv6的基本特性是支持无状态和有状态两种地址自动安排方式，在这种方式下，须要配置地址的节点运用一种邻居发觉机制获得一个局部连接地址。一旦得到这个地址之后，它运用另一种即插即用的机制，在没有任何人工干预的状况下，获得一个全球唯一的路由地址。从协议的角度看，IPv6与目前的IPv4供应相同的QoS，但是IPv6的优点体现在能供应不同的服务。移动IPv6(MIPv6)在新功能和新服务方面可供应更大的敏捷性。每个移动设备设有一个固定的家乡地址，这个地址与设备当前接入互联网的位置无关。当设备在家乡以外的地方运用时，通过一个转交地址来供应移动节点当前的位置信息。移动设备每次变更位置，都要将它的转交地址告知给家乡地址和它所对应的通信节点。在家乡以外的地方，移动设备传送数据包时，通常在IPv6报头中将转交地址作为源地址。IP网络架构?在4G中网络的设计架构将会简化。对于基于IP网络的宽带无线接入，可以有两种设计架构，一种是全IP网络架构。在这种网络设计模型中，基站不仅可以具有信号的物理传输功能，还可以对无线资源进行管理，扮演接入路由器的功能，缺点是会引入较大的开销，尤其是在移动终端进行切换时对移动IP地址进行的配置的过程。另一种是基于子网的IP架构，其中几个相邻基站组成子网接入基于IP接入网的路由器。这时，基站和接入路由器分别负责管理其次层和第三层的协议，当用户在相邻基站间发生切换时，只涉及到其次层的切换协议，不须要变更第三层的移动IP的地址。4G全IP网络基于子网的4GIP网络结束语本文从不同的角度给出了4G概念的定义和要求，同时，我们给出了两种4G中IP网络的接入技术，并且对各自的特点做了比较。将来几代移动通信系统最明显的趋势是要求高数据速率、高机动性和无缝隙漫游。随着新技术和新需求的不断出现，4G必定会取代3G，成为将来移动通信领域的主导技术。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。物理网络层供应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，它使发展和供应新的应用及服务变得更为简洁，供应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实力，跨越多个运营者和服务，供应大范围服务。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）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实力，可以供应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无线网供应更好的方案。例如无线区域环路（WLL）、数字音讯广播（DAB）等，都将接受OFDM技术。4G移动通信对加速增长的广带无线连接的要求供应技术上的回应，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供应无缝的服务。通过对最适合的可用网络供应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，增加新的频段，使频谱资源大扩展，供应不同类型的通信接口，运用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将成为将来移动网的主流业务。3.25G2013年12月，第四代移动通信(4G)牌照发放，4G技术正式走向商用。与此同时，面对下一代移动通信需求的第五代移动通信(5G)的研发也早已在世界范围内如火如荼地绽开。5G研发的进程如何，在研发过程中会遇到哪些问题？在移动通信的演进历程中，我国依次经验了“2G跟踪，3G突破，4G同步”的各个阶段。在5G时代，我国立志于占据技术制高点，全面发力5G相关工作。组织成立IMT-2020(5G)推动组，推动重大专项“新一代宽带无线移动通信网”向5G转变，启动“5G系统前期探讨开发”等，从5G业务、频率、无线传输与组网技术、评估测试验证技术、标准化及学问产权等各个方面，探究5G的发展愿景。在5G研发刚刚起步的状况下，如何建立一套全面的5G关键技术评估指标体系和评估方法，实现客观有效的第三方评估，服务技术与资源管理的发展须要，同样是当前5G技术发展所面临的重要问题。作为国家无线电管理技术机构，国家无线电监测中心(以下简称监测中心)正主动参加到5G相关的组织与探讨项目中。目前，监测中心频谱工程试验室正在大力建设基于面对服务的架构(SOA)的开放式电磁兼容分析测试平台，实现大规模软件、硬件及高性能测试仪器仪表的集成与应用，将为无线电管理机构、科研院所及业界相关单位等供应良好的无线电系统探讨、开发与验证明验环境。面对5G关键技术评估工作，监测中心安排利用该平台搭建5G系统测试与验证环境，从而实现对5G各项关键技术客观高效的评估。为充分把握5G技术命脉，确保与时俱进，监测中心主动投入到5G关键技术的跟踪梳理与探讨工作当中，为5G频率规划、监测以及关键技术评估测试验证等工作提前进行技术储备。下面对其中一些关键技术进行简要剖析和解读。移动通信传统工作频段主要集中在3GHz以下，这使得频谱资源非常拥挤，而在高频段(如毫米波、厘米波频段)可用频谱资源丰富，能够有效缓解频谱资源惊慌的现状，可以实现极高速短距离通信，支持5G容量和传输速率等方面的需求。高频段在移动通信中的应用是将来的发展趋势，业界对此高度关注。足够量的可用带宽、小型化的天线和设备、较高的天线增益是高频段毫米波移动通信的主要优点，但也存在传输距离短、穿透和绕射实力差、简洁受气候环境影响等缺点。射频器件、系统设计等方面的问题也有待进一步探讨和解决。监测中心目前正在主动开展高频段需求探讨以及潜在候选频段的遴选工作。高频段资源虽然目前较为丰富，但是仍须要进行科学规划，统筹兼顾，从而使珍贵的频谱资源得到最优配置。多天线技术经验了从无源到有源，从二维(2D)到三维(3D)，从高阶MIMO到大规模阵列的发展，将有望实现频谱效率提升数十倍甚至更高，是目前5G技术重要的探讨方向之一。由于引入了有源天线阵列，基站侧可支持的协作天线数量将达到128根。此外，原来的2D天线阵列拓展成为3D天线阵列，形成新奇的3D-MIMO技术，支持多用户波束智能赋型，削减用户间干扰，结合高频段毫米波技术，将进一步改善无线信号覆盖性能。目前探讨人员正在针对大规模天线信道测量与建模、阵列设计与校准、导频信道、码本及反馈机制等问题进行探讨，将来将支持