無線移動通信技術發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢*

鮑 航

(武漢紡織大學 電子與電氣工程學院，湖北 武漢 430073)

無線移動通信技術發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢*

鮑 航

(武漢紡織大學 電子與電氣工程學院，湖北 武漢 430073)

首先詳細介紹了無線移動通信的發(fā)展歷程，其次，分析了第二、三代無線移動通信系統(tǒng)技術的研究情況和標準的發(fā)展，最后著重討論了后3G時代人們對無線移動通信系統(tǒng)的需求和移動通信技術的發(fā)展趨勢及特點.

移動通信;3G;4G;發(fā)展歷程

近年來，隨著全球通信技術的飛速發(fā)展，移動通信在人們日常生活中的地位越來越重要，移動用戶的數(shù)量也呈爆炸式增長的趨勢，市場前景一片大好，移動通信技術的發(fā)展速度與應用領域更是呈現(xiàn)出如火如荼的發(fā)展態(tài)勢.在計算機網絡支撐技術、市場競爭和用戶需求的共同作用下，無線移動通信技術經歷了近百年的發(fā)展，特別是在近二三十年間呈跨越式發(fā)展.［1］

2010年7月，Ericsson(愛立信)發(fā)布綜合調查數(shù)據(jù)，指出在印度和中國等新興市場的主要帶動下，全球移動又迎來一個新的里程碑.2010年7月8日全球第50億個移動用戶誕生，3G用戶總數(shù)超過5億.根據(jù)聯(lián)合國的統(tǒng)計，全球人口總數(shù)已經突破70億，移動電話用戶已經覆蓋全球73.5%的人口.2009年12月，移動網絡的數(shù)據(jù)流量首次超過語音呼叫的數(shù)據(jù)流量，這是移動互聯(lián)網領域的又一個里程碑事件.同時，根據(jù) UMTS(UMTS，Universal Mobile Telecommunications System，通用移動通信系統(tǒng))論壇有關報告預測，2010年全球移動通信運營商的業(yè)務收入將達到3 200億美元，其中有2 330億美元是由3G新業(yè)務產生.而在未來十年內累計的移動業(yè)務收入將超過10 000億美元.巨大的市場潛力，吸引著全球的設備開發(fā)商、網絡運營商、業(yè)務開發(fā)商等積極推動著3G的發(fā)展.

無線移動通信的發(fā)展經歷了5個階段，正在向第四代無線移動通信系統(tǒng)技術快速邁進.從最開始的無線對講系統(tǒng)、傳統(tǒng)的單基站大功率系統(tǒng)到蜂窩移動系統(tǒng)、衛(wèi)星移動系統(tǒng);從本地覆蓋到全國覆蓋，并實現(xiàn)了國內、國際漫游;從提供語音業(yè)務到提供包括數(shù)據(jù)的綜合業(yè)務;從模擬移動通信系統(tǒng)到數(shù)字移動通信系統(tǒng)等，目前已經歷了四代，目前業(yè)界正在積極推進第五代移動通信技術的應用.

無線移動通信發(fā)展的最終目標是實現(xiàn)任何人(Whoever)可以在任何地點(Wherever)、任何時間(Whenever)與其他任何人(Whomever)進行任何方式(Whatever)的通信(即W5的個人通信)［2］.下面就簡單的介紹一下無線移動通信系統(tǒng)發(fā)展的前4個階段.

1 無線移動通信發(fā)展歷程

從1897年，Marconi(馬可尼，意大利科學家，無線電先驅)在赫茲實驗的基礎上完成了一個固定站與一艘拖船之間的無線通信實驗［3］，證明了在移動體之間以無線方式進行通信的可行性，至今，移動通信的發(fā)展大致經歷了5個階段，如圖1所示.在這里首先簡單介紹一下前面4個階段的發(fā)展歷程及各自的技術特點.［4］

圖1 全球無線移動通信標準發(fā)展歷程［4］

1.1 前一代移動通信系統(tǒng)

20世紀20～30年代，采用AM調幅技術的警車無線電度電話系統(tǒng)開始使用，其工作頻率為2MHz;40～50年代，采用FM調頻技術的人工續(xù)接移動電話開始使用，采用單工工作方式，使用工作頻段為150 MHz及450 MHz，特別是在1947年Bell實驗室首先提出的蜂窩網的概念，為后來移動通信的快速發(fā)展奠定了基礎，20世紀60年使用150MHz和450MHz頻段的自動撥號移動電話開始使用;1964年美國開始研究更先進的移動電話系統(tǒng)(IMTS，Improved Mobile Telephone System).在這里我們稱之為前一代無線移動通信系統(tǒng).

1.2 第一代移動通信系統(tǒng)(1G)

20世紀70～80年代，第一代模擬蜂窩移動電話系統(tǒng)AMPS(AMPS，AdvancedMobilePhoneService)、TACS(TACS，Total Access Communications System)、NMT(NMT，Nordic Mobile Telephone)分別在美國、英國和歐洲正式投入使用，主要采用模擬調頻、FDMA方式，主要工作頻段是800 MHz和900 MHz.其中美國的AMPS最早是1971年研制并在軍方投入使用，1973年由Motorola公司向美國聯(lián)邦通信委員會提出的移動通信系統(tǒng)申請，并在1983年正式投入商業(yè)運行.第一代模擬蜂窩移動通信系統(tǒng)由于系統(tǒng)容量小，不能滿足飛速發(fā)展的移動通信業(yè)務的需要.

1.3 第二代移動通信系統(tǒng)(2G)

20世紀90年代，各國相繼推出了第二代數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)，主要有 DAMPS系統(tǒng)、GSM系統(tǒng)(GSM900/DCS1800)、IS－95A的窄帶CDMA系統(tǒng)和日本的PDC系統(tǒng)(PDC，Personal Data Cellular)，第二代移動通信系統(tǒng)是采用TDMA和FDMA的數(shù)字蜂窩系統(tǒng)，其容量和功能相比第一代模擬蜂窩移動通信系統(tǒng)有了很大改進，但是，其業(yè)務還主要是話音和低于9.6kb/s的數(shù)據(jù)通信.第二代移動通信系統(tǒng)采用了數(shù)字化，具有保密性強，頻譜利用率高，能提供豐富的業(yè)務，標準化程度高等特點，使得移動通信得到了空前的發(fā)展，從過去的補充地位躍居通信的主導地位.國內目前應用的第二代蜂窩系統(tǒng)為歐洲的GSM系統(tǒng)以及北美的窄帶CDMA系統(tǒng).

1.4 第三代移動通信系統(tǒng)(3G)［5，6］

早在1985年國際電信聯(lián)盟ITU－T就提出發(fā)展第三代移動通信的戰(zhàn)略目標，并在1996年正式更名為IMT－2000(IMT－2000，International Mobile Telecommunication－2000，即3G，3rd－generation)，3G是指支持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)，與2G的主要區(qū)別是在傳輸聲音和數(shù)據(jù)的速度上的大幅提升，它能夠在全球范圍內更好地實現(xiàn)無線漫游，并處理圖像、音樂、視頻流等多種媒體形式，提供包括網頁瀏覽、電話會議、電子商務、視頻交互等多種信息服務.為了提供這種服務，無線網絡必須能夠支持不同的數(shù)據(jù)傳輸速度，也就是說在室內、室外和行車的環(huán)境中能夠分別支持至少2Mbps、384kbps以及144kbps的傳輸速度.到21世紀初，基于窄帶 CDMA技術(IS－95A)的寬帶CDMA技術CDMA2000、基于日本無線工業(yè)廣播協(xié)會ARIB支持的純WCDMA、歐洲電信標準協(xié)會ETSI制定的UTRA的WCDMA、我國提出的TD－SCDMA成為目前第三代移動通信系統(tǒng)的三大標準，并正在全球范圍內廣泛使用.2007年10月，IEEE推出的WiMAX(WiMAX，Worldwide Interoperability for Microwave Access，微波存取全球互通，又稱為IEEE802.16無線城域網標準)成功獲得ITU的批準，躋身3G標準之列 .至此形成了以 WCDMA、CDMA2000、TD－SCDMA和WiMAX為主的四大3G標準.

2 無線移動通信發(fā)展趨勢

2.1 第四代移動通信系統(tǒng)(4G)［7，8］

在3G技術標準化工作完成后，國際電信聯(lián)盟ITU并沒有停止移動通信技術的標準化工作，而是立即啟動了B3G(B3G，Back 3G，后3G)技術標準的制定工作，并于2006年正式將B3G技術命名為IMT－Advanced技術(又稱4G技術).IMT－Advanced是國際電信聯(lián)盟為滿足未來10～15年全球移動通信需求而啟動的，根據(jù)國際電信聯(lián)盟規(guī)劃要求，在2008年2月完成4G技術方案征集通函的制訂，2008年開始4G候選方案的征集工作，2009年結束候選方案的征集，2010年完成候選方案的技術評估和融合，2012年前后發(fā)布4G技術標準方案.

2009年10月，國際電信聯(lián)盟ITU在德國德累斯頓舉行ITU－R WP5D工作組第6次會議，征集遴選新一代移動通信4G候選技術.國際電信聯(lián)盟收到來自中國、日本、韓國、歐洲標準化組織3GPP和北美標準化組織IEEE的提交的共6項4G候選技術標準.這些提案涵蓋了LTE－Advanced和IEEE 802.16m兩種技術，并且都包含了TDD和FDD兩種制式.國際電信聯(lián)盟ITU確定3GPP LTE－Advanced和IEEE 802.16m為4G國際標準候選技術.2010年10月底，國際電信聯(lián)盟ITU－R小組選定3GPP LTE－Advanced和IEEE 802.16m作為未來4G的標準.為了加強我國下一代寬帶無線通信技術的研發(fā)，提高我國自主知識產權在國際標準化中的比例，從2006年起，國家就設立了“新一代寬帶無線移動通信網”科技重大專項.根據(jù)我國通信中長期規(guī)劃，到2020年，應使我國在國際通信標準化和產業(yè)化中占據(jù)重要的地位.我國提出的4G標準提案TD－LTE－Advanced(LTE－Advanced的TDD制式)是繼TD－SCDMA之后，又一具有自主知識產權的新一代移動通信技術標準(4G 標準)［1］.

IMT－Advanced將基于OFDM技術，并在LTE技術的基礎上，作進一步增強.IMT－Advanced要求在保持成本效率的條件下，在支持靈活廣泛的服務和應用的基礎上，達到世界范圍內的高度通用性、支持IMT業(yè)務和固定網絡業(yè)務的能力、高質量的移動服務、用戶終端適合全球使用、友好的應用、服務和設備、世界范圍內的漫游能力、增強的峰值速率以支持新的業(yè)務和應用，實現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)率和更大的系統(tǒng)容量，在低速移動、熱點覆蓋場景下峰值速率為1Gbit/s以上，高速移動、廣域覆蓋場景下峰值速率為100Mbit/s.

2.2 未來移動通信系統(tǒng)(Future Generation)［9］

未來無線移動通信系統(tǒng)將朝著全球化、多媒體化、綜合化、智能化和個人化的方向快速發(fā)展［1］.移動通信已經成為無線通信的主要應用形式，商業(yè)運營也非常成功，有著廣泛的應用前景.在未來移動通信系統(tǒng)時代，需要多種多樣的接入和組網能力、系統(tǒng)需要新的射頻技術、高效的無線接入技術、新的自適應多址和信道編碼技術、基于軟件無線電的多模終端與基站技術、系統(tǒng)兼容和演進技術與策略、“天－地”一體化技術、網絡智能化技術;系統(tǒng)容量必須至少10倍于3G系統(tǒng)，為了按用戶需求提供多種多媒體業(yè)務，未來無線移動通信系統(tǒng)必須引入各種QoS水平;在IP網中還必須支持IPv6，好給移動終端提供巨量的IP地址，尤其在人－機通信和機－機通信中使用.具體的主要技術要求如下:

(1)平均速率可達200Mbit/s，高峰時下降至50～100 Mbit/s;

(2)約10倍于3G系統(tǒng)的容量;

(3)支持IPv6和QoS;

(4)無縫服務;

(5)靈活的網絡結構;

(6)使用3～6 GHz頻段;

(7)成本是3G系統(tǒng)的1/10～1/100.

21世紀是信息時代，信息社會將更加人們的精神生活，因此人性、環(huán)境和信息將連為一體，成為這個社會的不可或缺的組成部分.因此，21世紀的信息通信系統(tǒng)將是以“以人為本”為基礎，中充分考慮人的信息體驗的基礎上進行研究開發(fā).可能的研究方向主要包括:

(1)如何滿足人性的需求及充分利用聽、看、聞、觸、嘗等感官感受信息;

(2)如何通過智能化來補充人的能力;

(3)如何通過機器人和相關設備來實現(xiàn)新的通信方式;

(4)如何克服通信質量的限制來擴大人的空間.

3 結語

隨著2G、3G移動通信技術在人們日常生活中的應用越來越普及，已經成成為人們生活的一部分，未來移動通信將給人們帶來更好的信息交流體驗，實現(xiàn)真正的溝通自由，并將徹底改變人們的生活方式甚至社會形態(tài)，具有當前移動通信技術無法比擬的優(yōu)越性.隨著無線移動通信技術的進一步發(fā)展，未來移動世界將發(fā)生革命性的變化，因此，我們有理由相信，未來無線移動通信技術將讓人們生活更便捷、世界更美好.

［1］柴遠波，戚建平.移動通信技術的發(fā)展現(xiàn)狀分析［J］.山東大學學報，2009，(12).

［2］章堅武.移動通信(第二版)［M］.西安:西安電子科技大學出版社，2007.

［3］蔡濤等譯.無線通信原理與應用［M］.北京:電子工業(yè)出版社，1999.

［4］阮若林.基于視覺感知特性的無線視頻容錯編碼技術研究［D］.武漢:武漢大學博士學位論文，2011.

［5］李飛鵬.3G移動通信技術及其應用［J］.信息通信，2011，(4).

［6］劉志遠.淺析移動通信技術應用與發(fā)展［J］.電腦知識技術，2011，(5).

［7］李學斌.新一代移動通信技術的發(fā)展與展望［J］.中國科技信息，2007，(10).

［8］張怡.移動通信技術的發(fā)展趨勢［J］.科技創(chuàng)新與應用，2012，(5).

［9］雷震洲.移動通信的未來發(fā)展趨勢討論［J］.世界電信，2005，(1).

TN929

A

1006－5342(2012)06－0047－02

2012－04－15