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[通信前沿] 移动通信技术发展历程及未来趋势 [复制链接]

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2016-4-16
发表于 2018-6-5 17:05:25 |显示全部楼层
1978年,美国贝尔实验室研制出先进移动电话系统(AMPS)。此后,其它工业化国家相继开发出蜂窝式移动通信网。对于靠模拟通信的1G时代来说,这一技术是一个重大的突破,从此移动通信开始得到了飞速的发展。时至21世纪,移动通信标准从1G发展到2G、3G以及到现在普遍流行的4G,并在未来即将出现5G通信技术,通信速度与通信质量得到极大的提高,给人们的生活和社会的发展带来极大的便利。本文回顾了从2G到4G每一代通信标准的详细技术方法,用发展的眼光研究无线通信历程,对每个通信时代的特点进行总结与改进,并提出对未来通信技术的展望。

回顾无线通信的技术的发展历程,可以用2、3、4G通信技术的出现作为分隔来讨论。

一、2G移动通信标准

2G移动通信技术采用数字信号传输,比以前的模拟信号传输速度更快、更稳定、距离更长。2G通信技术以 GSM、IS-95为代表,相对于模拟移动通信,2G提高了频谱利用率,支持多种业务服务,并与ISDN等兼容。第二代移动通信系统的服务主要是话音和低速数据的传输业务,因此又称窄带数字通信系统。 GSM(全球移动通信系统)发源于欧洲,它以全球数字蜂窝通信的DMA为标准而设计,GSM的特点有如下几点:1.支持64Kbps的数据速率,可与ISDN互连2.使用900MHz频带,使用1800MHz频带的称为DCS1800。3.采用FDD双工方式和TDMA多址方式,每载频支持8个信道,信号带宽200KHz。4.标准体制较为完善,技术相对成熟,不足之处是相对于模拟系统容量增加不多,仅仅为模拟系统的两倍左右,无法和模拟系统兼容。美国的IS-95A的特点有:1.使用800MHz频带。2.指定使用CDMA多址方式。

在有效性与可靠性方面,2G移动通信的加密程度较弱,对通信信息保密能力不强,容易被攻击者监听。

二、3G移动通信标准

第三代移动通信最早由国际电信联盟(ITU)于1985年提出,系统工作在2000MHz频段,最高业务速率可达2000kbps,当时预期在2000年左右得到商用,目标是移动宽带多媒体通信。第三代移动通信标准以CDMA为核心技术。3G无线传输技术的特点有:1.传输速率高、支持多媒体业务。2.对于不同的通信环境:室内环境至少2Mbps,室内外步行环境至少384kbps,室外车辆运动中至少144kbps,卫星移动环境至少9.6kbps。3.传输速率能够按需分配, 上下行链路能适应不对称的需求。

第三代移动通信的核心技术是CDMA,其主要分为WCDMA,CDMA2000和TD-SCDMA,其中也包括我国提出的TD-SCDMA技术。它们各自的特点是:1.CDMA2000采用直接序列扩频码分多址和频分双工方式,在EV-DO Rel A版本中可以在1.25MHz的带宽内提供高达3.1Mbps的下行数据传输速率。2. WCDMA采用直接序列扩频码分多址和频分双工方式,以R99/R4为基础版本,在扩展版本R5,R6中,可以以5MHz的带宽,提供高达21Mbps的用户数据传输速率。3.TD-SCDMA采用时分双工TDD与FDMA/TDMA/CDMA相结合的技术,其基础版本为R4,可以在1.6MHz的带宽内,提供高达384kbps的用户数据传输速率。

第三代移动通信最大特点是移动终端智能化,其有效性与可靠性比2G得到显著提升,对于通信的加密保护和抗干扰能力方面表现优秀,有效性与可靠性高。

三、4G移动通信标准

在3G技术之后人们发明了名为LTE的通信技术,但LTE并不是4G(第四代移动通信系统)。LTE英文全称Long Term Evolution,即长期演进,是3G技术和4G技术的过度,可以称它为3.9G。真正的4G始于2012年。2012年1月20号,国际电信联盟ITU通过了4G (IMT-Advanced)标准,共有4种,分别是LTE,LTE-Advanced,WiMAX以及WirelessMAN-Advanced。我国自主研发的TD-LTE则是LTE-Advanced技术的标准分支之一,在4G领域的发展中占有重要席位。4G移动通信的主要特点有:1.采用OFDM正交频分复用技术。通信速度是3G 通信速度的数十倍乃至数百倍,通信方式非常灵活多变。2. 采用软件无线电技术。可以使用软件编程取代相应的硬件功能,通过软件应用和更新即可实现多种终端通信的无线通信。3.使用智能天线技术和MIMO技术,在发送端和接收端都可以同时利用多个天线工作,传输和接收信息。

对于现行多种多样的4G技术标准,它们在演化和标准化的过程中也将不断产生对抗与融合。使4G通信成为更加稳定、效率更高的主流通信技术,如今移动通信已经进入了4G通信普及的时代,4G通信的高传输率和高安全性以及较低的误码率让移动通信有了更大的发展空间,4G移动通信支撑起了现在的高度发达的手机和软件产业,成为智能时代的重要基石。

四、5G移动通信技术

2013年初,欧盟在第7框架计划启动了面向5G研发的项目,从此5G技术开始进入研究阶段。在数字化、全球化趋势越发剧烈的背景下,对移动通信的需求也随之提高,4G通信需要发展更高的通信速率和可靠的通信能力,5G时代即将来临,随之而来的便是要对5G的实现做出可行的想象和具体的研究。在新的信息时代,5G通信会具有以下的特点:1.5G移动通信技术将拥有更高的用户体验、网络平均吞吐速率和传输时延。2.5G移动通信技术使用更高频段的频谱3. 5G移动通信的核心技术主要是高密度无线网络(high density wireless network) 技术与大规模MIMO的无线传输技术等。

总结

移动通信技术经过20多年的发展,从原来只能传输模拟声信号到如今成为信息时代各种信息形式传播的重要基石,通过一代代的吸取经验与不断改良,使通信能力飞速提升。5G移动通信项目面临的主要难题是高维度信道建模与估计以及复杂度控制。在将来的研究中,随着对5G核心技术的难题的不断破解,技术研究与标准制定不断完善,5G移动通信技术会成为将来移动通信的主流,在数字信息时代创造更多的可能性,促进社会的进一步发展。

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