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[原理资料] 移动通信发展历程 [复制链接]

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2013-8-19
发表于 2016-7-16 13:36:13 |显示全部楼层
移动通信可以说从无线电通信发明之日就产生了。1897年,M·G·马可尼所完成的无线通信试验就是在固定站与一艘拖船之间进行的,距离为18海里

现代移动通信技术的发展始于上世纪20年代,大致经历了五个发展阶段。

第一阶段从上世纪20年代至40年代,为早期发展阶段。

    在这期间,首先在短波几个频段上开发出专用移动通信系统,其代表是美国底特律市警察使用的 车载无线电系统。该系统工作频率为2MHz,到40年代提高到30~40MHz,可以认为这个阶段是现代移动通信的起步阶段,特点是专用系统开发,工作频 率较低。

第二阶段从上世纪40年代中期至60年代初期。

    在此期间内,公用移动通信业务开始问世。1946年,根据美国联邦通信委员会(FCC)的计划,贝尔系统 在圣路易斯城建立了世界上第一个公用汽车电话网,称为“城市系统”。当时使用三个频道,间隔为120kHz,通信方式为单工,随后,西德(1950年)、 法国(1956年)、英国(1959年)等国相继研制了公用移动电话系统。美国贝尔实验室完成了人工交换系统的接续问题。这一阶段的特点是从专用移动网向公用移动网过渡,接续方式为人工,网的容量较小。

第三阶段从上世纪60年代中期至70年代中期。

    在此期间,美国推出了改进型移动电话系统(IMTS),使用150MHz和450MHz频段,采用大区 制、中小容量,实现了无线频道自动选择并能够自动接续到公用电话网。德国也推出了具有相同技术水平的B网。可以说,这一阶段是移动通信系统改进与完善的阶 段,其特点是采用大区制、中小容量,使用450MHz频段,实现了自动选频与自动接续。

第四阶段从上世纪70年代中期至80年代中期。

    这是移动通信蓬勃发展时期。1978年底,美国贝尔试验室研制成功先进的移动电话系统(AMPS),建成了 蜂窝状移动通信网,大大提高了系统容量。1983年,首次在芝加哥投入商用。同年12月,在华盛顿也开始启用。之后,服务区域在美国逐渐扩大。到1985 年3月已扩展到47个地区,约10万移动用户。其它工业化国家也相继开发出蜂窝式公用移动通信网。日本于1979年推出800MHz汽车电话系统 (HAMTS),在东京、神户等地投入商用。西德于1984年完成C网,频段为450MHz。英国在1985年开发出全地址通信系统(TACS),首先在 伦敦投入使用,以后覆盖了全国,频段为900MHz。法国开发出450系统。加拿大推出450MHz移动电话系统MTS。瑞典等北欧四国于1980年开发 出NMT-450移动通信网,并投入使用,频段为450MHz。

    这一阶段的特点是蜂窝状移动通信网成为实用系统,并在世界各地迅速发展。移动通信大发展的原因,除了用户要求迅猛增加这一主要推动力之外,还有几方面技术进展所提供的条件。首先,微电子技术在这一时期得到长足发展,这使得通信设备的小型化、微型化有了可能性,各种轻便电台被不断地推出。其次,提出 并形成了移动通信新体制。随着用户数量增加,大区制所能提供的容量很快饱和,这就必须探索新体制。在这方面最重要的突破是贝尔试验室在70年代提出的蜂窝 网的概念。蜂窝网,即所谓小区制,由于实现了频率再用,大大提高了系统容量。可以说,蜂窝概念真正解决了公用移动通信系统要求容量大与频率资源有限的矛盾。第三方面进展是随着大规模集成电路的发展而出现的微处理器技术日趋成熟以及计算机技术的迅猛发展,从而为大型通信网的管理与控制提供了技术手段。

    该阶段称为1G: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。

    以AMPS和TACS为代表的第一代移动通信模拟蜂窝网虽然取得了很大成功,但也暴露了一些问题,比如容量有限、制式太多、互不兼容、通话质量不高、不能提供数据业务、不能提供自动漫游、频谱利用率低、移动设备复杂、费用较贵以及通话易被窃听等,最主要的问题是其容量已不能满足日益增长的移动用户需求。

第五阶段从上世纪80年代中期开始。

这是数字移动通信系统发展和成熟时期。 该阶段可以再分为2G、2.5G、3G、4G等。

2G:

    主要采用的是数字的时分多址(TDMA)技术和码分多址(CDMA)技术,与之对应的是全球主要有GSM和CDMA两种体制。

2G一出现就产生了竞争,就是以美国的技术为代表的一个利益集团和以欧洲的技术为代表的另一个集团的竞争。说到底,在QUALCOMM的CDMA技术成熟之前(1995),2G都是以Time Division Multiple Access (TDMA – 时分多址)为技术核心,美国的标准后来成了 IS136标准,可是其市场基本是在美国。欧洲的TDMA标准后来就发展成了今天的GSM,这是大家都熟悉的了。

    GSM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900~1800MHz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。

    中国移动和联通的大部分网络都采用的是欧洲的GSM标准。由于采用了TDMA,大大地提高了系统的容量,同时,由于数字技术的发展,2G全都采用数字通信,也大大地提高了通信质量。美国和欧洲竞争的结果到目前看是欧洲的GSM标准占了完全的上风。就连美国本土的电信运营商都在向GSM及其后续的3G方向发展。

    值得一提的是QUALCOMM的2G CDMA技术的美国和亚洲也取得了成功。中国联通CDMA网络用的就是这种技术。CDMA的意思就是Code Division Multiple Access(码分多址),这种通信系统的容量大,通信质量高,抗干扰,但是技术上稍微复杂些。CDMA就是说,系统给每个用户分配了一个“Code(代码)”,系统根据不同的代码来识别不同的用户,而所有的用户共用相同的频率。CDMA系统的容量理论上是无限的,但是由于物理硬件及系统实现上的限制等,系统的容量总是有限的,但是一般来说,是TDMA容量的6倍以上。可是,技术领先不等于市场领先,GSM在中国经营了这么多年,网络部署已经很完善,这就是为什么联通的CDMA网络处于水深火热之中的原因之一。

2.5G:

    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,通信运营商们又推出EDGE技术,这种通信技术是一种介于2G和3G之间的过渡技术,因此也有人称它为“2.5G”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,传输速率虽然没有3G快,但理论上也有100多K,实际应用基本可以达到拨号上网的速度,因此可以发送图片、收发电子邮件等,同时,还可以广泛应用于生产领域,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。

3G:

    目前全球有三大标准,分别是欧洲提出的WCDMA、美国提出的CDMA2000和我国提出的TD-SCDMA。

    3G基本是以CDMA为技术核心,开始是只有美国和欧洲两大阵营的较量。美国的3G标准(CDMA2000)就是在QUALCOMM的2G CDMA (IS95)基础上发展而来的,欧洲的3G标准是在其GSM网络的基础上结合宽带CDMA (WCDMA)技术而形成。后来,半路上杀出个程咬金,西门子和中国的大唐搞出了个中国的标准TD-SCDMA(时分-同步CDMA)。

    与之前的1G和2G相比,3G拥有更宽的带宽,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一个主要特点。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。

    3G的发展也可分为两个阶段,3G的早期阶段,语音传输在原有的以“电路交换”为基础的网络上继续运行,而数据传输在新部署的以“IP分组交换”为核心网上传输。而真正的3G网络或者说下一代网络(Next Generation Network - NGN)阶段应该完全基于IP分组交换。这样一来,电路交换网络可以完全淘汰,而基于IP的语音传输可以完全实现免费,运营商的主要收入来自数据业务的服务,而不是象现在这样收入主要来自语音服务。不论技术标准如何竞争,市场如何发展,基本的发展方向是“无线”+“IP”+“高速”+“无缝漫游”。当下的一些语音服务,如德国的skype的语音服务就是基于在当下的IP(Internet Protocol)分组交换来进行实施。

4G:

第四代移动通信系统的提供便是希望能满足提供更大的频宽需求,满足第三代移动通信尚不能达到的在覆盖、质量、造价上支持的高速数据和高分辨率多媒体服务的需要。4G是集3G与WLAN于一体,并能够传输高质量视频图像,它的图像传输质量与高清晰度电视不相上下。4G系统能够以100Mbps的速度下载,比拨号上网快2000倍,上传的速度也能达到20Mbps,并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。而在用户最为关注的价格方面,4G与固定宽带网络在 价格方面不相上下,而且计费方式更加灵活机动,用户完全可以根据自身的需求确定所需的服务。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。目前4G的主要标准有WiMax和LTE。

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