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移动通信的发展:从1G到4G
撰写时间:2012-8-6 文章作者: 文章来源:

        近 30 年,快速发展的移动通信越来越受到人们的关注,也越来越深入影响着百姓生活,而移动通信系统各发展阶段也是有可比性的,所以回顾了解下过去走过的历程,对研究发展未来的移动通信很有必要。

        图 1 为移动通信的发展历程,可见几乎每10年就会诞生新的无线技术来提高移动通信系统的容量和性能。
        1G
        20 世纪 70 年代末 、80 年代初 ,1G 发展起来并大规模投入商用。 第一代移动通信最重要的技术特征是采用模拟技术,即功能模块用模拟单元电路实现,采用 FDMA(Frequency Division Multi-ple Access,频分多址)、模拟调制(FM)方式和蜂窝结构等技术。 其代表系统有美国的 AMPS(Advanced Mobile Phone System,高级移动电话系统)、英国和欧洲的 TACS(Total Access CommunicationsSystem,全地址通信系统)等。 我国主要采用的是 TACS。
        1G 系统的主要缺点是频谱利用率低,系统容量有限,抗干扰能力差,业务质量比有线电话差,不能发送数字信息,不能与 ISDN(Integrated Services Digital Network,综合业务数字网)兼容等,已逐步被各国淘汰。


        2G
        2G 出现在 20 世纪 80 年代末 90 年代初。 在第二代移动通信系统中,语音是采用数字信号传输的。 主要的第二代手机通讯技术规格标准有:
        GSM:基于 TDMA(Time Division Multiple Access,时分多址)所发展,源于欧洲,目前已全球化。
        IS-136﹙也叫做 D-AMPS﹚:基于 TDMA 所发展,是美国最简单的 TDMA 系统,用于美洲。
        PDC﹙Personal Digital Cellular﹚:基于 TDMA 所发展,仅在日本普及。
        IS-95﹙也叫做 cdma one﹚:基于 CDMA(Code Division Multiple Access,码分多址)所发展,是美国最简单的 CDMA 系统,用于美洲和亚洲一些国家。
        GSM 通信采用的技术是窄带 TDMA。 GSM 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。 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,和以前用固定电话拨号上网的速度相当。
        CDMA 由于采用了码分多址的编码技术,因而其频率利用率高,同样的频率可以提供更多的通话信道,而且其质量及保密性也较好。CDMA 标准(IS-95 系统)工作频段为800MHz。


        3G
        为了解决数据速率问题,后采用了一些改进的技术,如 GPRS(通用分组无线业务)、EDGE(增强数据速率应用),也不能从根本上解决问题。 所有这些,都意味着必须建设更为完善的第3代移动通信网。
        对于第一代和第二代移动通信系统,各国各地区采用了自己的规范,不存在一个世界通用的方式。在这样的背景下,1992 年,世界无线频率资源管理大会规定将 1885MHz~2025MHz 和 2110MHz~2220MHz 用于 IMT-2000。 1997 年国际电信联盟(ITU)标准制定工作进入高潮,称为 IMT-2000。 其设定了最低的要求能力:对于数据速率要求在室内可达 2Mb/s,步行时速率为 384kb/s,高速车辆行走时为 144kb/s。 IMT-2000 中的“2000”包含着在 2000 年前后采用 2000MHz 频带,实现 2000kbps 数据传输速度的 3 个“2000”的意思。 采用 DS-CDMA(直接序列码分多址)方式的欧洲 WCDMA、采用 MC-CDMA(多载波码分多址)方式的美国 CDMA2000、和我国的 TD-SCDMA(时分同步码分多址)为 3G 时代最主流的三大技术。
       

        4G
        与传统的通信技术相比,4G 数据通信速度的高速化是一个很大优点,它的最大数据传输速率达到 100Mbit/s,这个速率是 2G 移动电话数据传输速率的 1 万倍,也是 3G 移动电话速率的 50 倍。 另外由于技术的先进性确保了成本投资的大大减少,未来的 4G 通信费用也要比目前的通信费用低。
        若以技术层面来看,3G 系统主要是以 CDMA 为核心技术,第四代移动通信系统技术则以 OFDM(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing,正交频分复用技术)最受瞩目。 而 CDMA 不会在 4G 中消失,而是成为其应用技术的一部分,CDMA 将是以 OFDM 为核心技术的第四代移动通信系统的延伸技术。