移動(dòng)通信系統(tǒng)的現(xiàn)狀和未來

1、系統(tǒng)通信系統(tǒng)的現(xiàn)狀和未來1897年，M.G.馬可尼所完成的無線通信試驗(yàn)就是在固定站與一艘拖船之間 進(jìn)行的，距離為18海里。標(biāo)志著移動(dòng)通信行業(yè)開始了起航。從世界上第一臺(tái)手 機(jī)摩托羅拉DynaTAC 8000X重2磅，通話時(shí)間僅半小時(shí)。到如今的蘋果iphone4 厚度僅有9.3毫米，智能化的手機(jī)。從手機(jī)的變化可以看到世界移動(dòng)系統(tǒng) 通信行業(yè)飛速的發(fā)展。中國移動(dòng)2009年九月公布的數(shù)據(jù)顯示，截止8月31日， 中國移動(dòng)用戶總數(shù)已經(jīng)達(dá)到了 5.03億戶，同時(shí)，中國移動(dòng)的TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)用戶 在8月份也達(dá)到了 132.7萬。而在中國和印度的帶領(lǐng)下兩千年世界移動(dòng)用戶數(shù)量 就超過了 50億?，F(xiàn)代移動(dòng)通信技術(shù)

2、的發(fā)展始于本世紀(jì)20年代。從本世紀(jì)20年代至40年代早 期發(fā)展階段開始，首先在短波幾個(gè)頻段上開發(fā)出專用移動(dòng)通信系統(tǒng)，到80年代 中期數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展和成熟時(shí)期?，F(xiàn)代移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展一共經(jīng)歷了五個(gè) 階段。移動(dòng)通信系統(tǒng)主要有蜂窩系統(tǒng)，集群系統(tǒng)，AdHoc網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，衛(wèi)星通信系 統(tǒng)，分組無線網(wǎng)，無繩電話系統(tǒng)，無線電傳呼系統(tǒng)等。蜂窩通信系統(tǒng)蜂窩系統(tǒng)是覆蓋范圍最廣的陸地公用移動(dòng)通信系統(tǒng)。在蜂窩系統(tǒng)中，覆蓋區(qū) 域一般被劃分為類似蜂窩的多個(gè)小區(qū)。每個(gè)小區(qū)內(nèi)設(shè)置固定的基站，為用戶提供 接入和信息轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)。移動(dòng)用戶之間以及移動(dòng)用戶和非移動(dòng)用戶之間的通信均需 通過基站進(jìn)行。基站則一般通過有線線路連接到主要由交換

3、機(jī)構(gòu)成的骨干交換網(wǎng) 絡(luò)。蜂窩系統(tǒng)是一種有連接網(wǎng)絡(luò)，一旦一個(gè)信道被分配給某個(gè)用戶，通常此信道 可一直被此用戶使用。蜂窩系統(tǒng)一般用于語音通信。我國于20世紀(jì)90年代初引 進(jìn)采用此項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，此前一直是采用蜂窩模擬移動(dòng)技術(shù)，即第一代GSM技術(shù) 2001年12月31日我國關(guān)閉了模擬移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)入2G (second generation)第 二代移動(dòng)通信技術(shù)時(shí)代。第二代移動(dòng)通信技術(shù)基本可被切為兩種，一種是基于 TDMA所發(fā)展出來的以GSM為代表，另一種則是CDMA規(guī)格，復(fù)用(Multiplexing ) 形式的一種。其中GSM:基于TDMA所發(fā)展、源于歐洲、目前已全球化。而IS-95 (也叫做cdma

4、One )：基于CDMA所發(fā)展、是美國最簡單的CDMA系統(tǒng)、用于美洲 和亞洲一些國家。目前我國主要的兩大GSM系統(tǒng)為GSM 900及GSM1800,由于采 用了不同頻率，因此適用的手機(jī)也不盡相同。不過目前大多數(shù)手機(jī)基本是雙頻手 機(jī)，可以自由在這兩個(gè)頻段間切換。歐洲國家普遍采用的系統(tǒng)除GSM900和 GSM1800另外加入了 GSM1900,手機(jī)為三頻手機(jī)。在我國隨著手機(jī)市場的進(jìn)一步發(fā) 展，現(xiàn)也已出現(xiàn)了三頻手機(jī)，即可在GSM900GSM1800GSM1900三種頻段內(nèi)自由切 換的手機(jī)，真正做到了一部手機(jī)可以暢游全世界。到2000年第三代通信系統(tǒng)投入商用。第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)IMT2000，是國際

5、電信聯(lián)盟(ITU)在1985年提出的，當(dāng)時(shí)稱為陸地移動(dòng)系統(tǒng)(FPLMTS)。1996年 正式更名為IMT2000。與現(xiàn)有的第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)相比優(yōu)勢在于全球普及和全 球無縫漫游，同時(shí)也具有支持多媒體業(yè)務(wù)的能力，特別是支持Internet的能力。 且便于過渡和演進(jìn)，而且高頻譜利用率能夠傳送高達(dá)2Mbit/s的高質(zhì)量圖象。 國際上目前最具代表性的第三代移動(dòng)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有三種，它們分別CDMA2000， WCDMA 和 TD-SCDMA，其中，CDMA2000 和 WCDMA 屬于 FDD 方式，TD-SCDMA 屬于 TDD方式，系統(tǒng)的上、下行工作于同一頻率?？傮w來說，在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng) 中采用

6、CDMA技術(shù)已達(dá)成共識(shí)，但各自實(shí)現(xiàn)方案還有較大差別，下面分別介紹并 比較。W-CDMA 系統(tǒng)由于歐洲的GSM系統(tǒng)已經(jīng)在數(shù)字移動(dòng)通信市場中占據(jù)了很大的份額，美國的 窄帶CDMA系統(tǒng)（IS-95）也正在迅速趕上來，而日本的第二代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng) PDC僅限于國內(nèi)使用，無法推廣到其它國家，所以日本很早就開始從事第三代移 動(dòng)通信系統(tǒng)的開發(fā)工作，分別提出了基于TDMA （時(shí)分多址）和基于CDMA （碼分 多址）的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)，希望在未來的市場中占據(jù)有利地位，尤其以 DoCoMo公司（NTT）的W-CDMA系統(tǒng)最有競爭力，目前DoCoMo公司正在同愛立信、 Motorola、Lucent，以及其它廠

7、家合作，努力完善系統(tǒng)，爭取在1998年完成樣 機(jī)，1999年進(jìn)行商業(yè)試驗(yàn)。特點(diǎn)：意為寬頻分碼多重存取，這是基于GSM網(wǎng)發(fā)展出來的3G技術(shù)規(guī)范， 是歐洲提出的寬帶CDMA技術(shù)。優(yōu)勢：有較高的擴(kuò)頻增益，發(fā)展空間較大，全球漫游能力最強(qiáng)，技術(shù)成熟性 最佳，上下行速率快。（2）CdmaOne 系統(tǒng)CdmaOne 是 Lucent、Motorola、Nortel、Qualcomm 和三星聯(lián)合提出的第三 代移動(dòng)通信系統(tǒng)方案，是從IS-95和IS-41的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展而來，因此它與AMPS、 DAMPS和IS-95均有較好的兼容性。同時(shí)，又由于它采用了一些新技術(shù)，使其能 完全滿足第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)即IMT-2000

8、/FPLMTS的要求特點(diǎn)：CdmaOne扇區(qū)內(nèi)采用連續(xù)導(dǎo)頻信道廣播，能提供獨(dú)立于傳輸速率的功 控、定時(shí)和相位糾正，能以較小的復(fù)雜度提供基站的快速捕獲和鄰近基站的快速 搜索。優(yōu)勢：節(jié)約功率、延長移動(dòng)臺(tái)的電池使用壽命和提高業(yè)務(wù)質(zhì)量（3）TD-CDMAUMTS是ETSI針對(duì)第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)IMT-2000提出的解決方案，目前又 分為2個(gè)子方案即由德國的kaiserslautern大學(xué)、西門子公司、阿爾卡特公司 提出并得到GSM網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營者支持的TD-CDMA系統(tǒng)和由NTT DoCoMo、愛立信公司、 諾基亞公司提出的W-CDMA系統(tǒng)。TD- CDMA可以單獨(dú)運(yùn)營以滿足ETSI/UMTS和 ITU/I

9、MT- 2000的要求也可雙模工作向后兼容GSM900和DCS1800，使第二代 GSM900、DCS1800系統(tǒng)可以平滑過渡至IMT-2000，從而可以利用現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò) 設(shè)備，節(jié)約了投資特點(diǎn)： 全稱 Time Division - Synchronous CDMA 時(shí)分同步 CDMA），在頻譜 利用率、對(duì)業(yè)務(wù)支持具有靈活性等獨(dú)特優(yōu)勢。優(yōu)勢：中國自有3G技術(shù)，獲政府支持三代通信系統(tǒng)發(fā)展前景：1998年底完成無線傳輸技術(shù)的選擇，1999年完成標(biāo)準(zhǔn)的制定，2000年以后 開始商用。現(xiàn)在以日本、歐洲和美國電信公司為主的聯(lián)盟已分別提出了各自的第 三代移動(dòng)通信系統(tǒng)，決定最終結(jié)果的不僅是技術(shù)的先進(jìn)，還

10、有成本、系統(tǒng)的復(fù)雜 性和市場需求，具體如下：（1）市場需求。IMT-2000商用系統(tǒng)將在2000年左 右推出，會(huì)在以后十年內(nèi)逐漸占領(lǐng)市場，所以要研究今后幾年人們對(duì)移動(dòng)通信業(yè) 務(wù)需求，IMT- 2000應(yīng)能夠提供那些業(yè)務(wù)。（2）成本和系統(tǒng)復(fù)雜性。成本取決 于系統(tǒng)本身的投入，及與已有系統(tǒng)設(shè)備的兼容性。從初期投入來分析，W-CDMA 系統(tǒng)采用了一些新技術(shù)，要設(shè)計(jì)全新的基站和移動(dòng)臺(tái)，及整個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，所以投 入要大一些。（3）技術(shù)先進(jìn)性。運(yùn)營商希望以較少的基站覆蓋較大的區(qū)域，并 且提高系統(tǒng)容量。從整體的性能來衡量，W-CDMA因?yàn)樵O(shè)計(jì)比較超前，可提供更 多的業(yè)務(wù)、較大的系統(tǒng)容量而具有相當(dāng)大的競爭力，TD

11、-CDMA系統(tǒng)因?yàn)槠浔旧淼?缺陷，無法充分發(fā)揮CDMA技術(shù)的優(yōu)勢。由于目前的移動(dòng)運(yùn)營商已在現(xiàn)有的第二 代移動(dòng)通信系統(tǒng)中投入了大量資金，因此必然希望將自己目前的系統(tǒng)平滑過渡到 第三代系統(tǒng)；另外，歐、日、美電信公司都希望在未來的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)市 場中占有較大份額，都不會(huì)輕易放棄自己的方案。因此，國際電聯(lián)很難最終形成 一個(gè)統(tǒng)一的第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，極有可能幾種方案共存。如果說2G、3G通信對(duì)于人類信息化的發(fā)展是微不足道的話，那么未來的4G 通信卻給了我們真正的溝通自由，并將徹底改變我們的生活方式甚至社會(huì)形態(tài)。 4G的優(yōu)勢：1.速度更快網(wǎng)絡(luò)頻譜更寬通信更加靈活智能性能更高兼容性能更加平滑提供各種增

12、值服務(wù)實(shí)現(xiàn)更高質(zhì)量的多媒體通信頻譜使用效率更高通信費(fèi)用更低國際電信聯(lián)盟（ITU）已經(jīng)將WiMax、HSPA+、LTE正式納入到4G標(biāo)準(zhǔn)里，加上 之前就已經(jīng)確定的LTE-Advanced和WirelessMAN-Advanced這兩種標(biāo)準(zhǔn)，目前 4G標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)達(dá)到了 5種TD-LTE是第一個(gè)4G無線移動(dòng)寬帶網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，由中國最大的電信運(yùn) 營商一中國移動(dòng)修訂與發(fā)布。在進(jìn)行一系列的現(xiàn)場試驗(yàn)后，預(yù)計(jì)在未來 2 年內(nèi)步入商用期。集群通信系統(tǒng)集群系統(tǒng)與蜂窩系統(tǒng)類似，也是一種有連接的網(wǎng)絡(luò)，一般屬于專用網(wǎng)絡(luò)，規(guī) 模不大，主要為移動(dòng)用戶提供語音通信。它的特點(diǎn)是只有一個(gè)基站，天線高度為 幾十米至百余米，覆蓋半徑為

13、30公里，發(fā)射機(jī)功率可高達(dá)200瓦。用戶數(shù)約為 幾十至幾百，可以是車載臺(tái)，也可是以手持臺(tái)。它們可以與基站通信，也可通過 基站與其它移動(dòng)臺(tái)及市話用戶通信，基站與市站有線網(wǎng)連接。衛(wèi)星通信系統(tǒng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的通信范圍最廣，可以為全球每個(gè)角落的用戶提供通信服務(wù)。 在此系統(tǒng)中，衛(wèi)星起著與基站類似的功能。衛(wèi)星通信系統(tǒng)按衛(wèi)星所處位置可分為 靜止軌道、中軌道和低軌道3種。衛(wèi)星通信系統(tǒng)存在成本高、傳輸延時(shí)大、傳輸 帶寬有限等不足。上述移動(dòng)通信系統(tǒng)都需要有線網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)設(shè)施的支持，如基站、交換機(jī)、衛(wèi)星等。這些設(shè)施的建立和運(yùn)轉(zhuǎn)需要大量的人力和物力，因此 成本比較高，同時(shí)建設(shè)的周期也長。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)不需要基站的支持，由主機(jī)自 己組網(wǎng)，因此，網(wǎng)絡(luò)建