移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展與趨勢(shì)

郁磊 何方

【摘要】 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)歷模擬技術(shù)向數(shù)字技術(shù)、電路交換向IP交換的發(fā)展過程，進(jìn)一步提高頻譜效率和實(shí)現(xiàn)新一代的全球通是未來移動(dòng)通信領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】 移動(dòng)通信技術(shù) 發(fā)展趨勢(shì)

近幾年來，移動(dòng)通信技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度明顯加快。從最初的語音通信，已逐步向全數(shù)據(jù)通信技術(shù)發(fā)展。技術(shù)發(fā)展總的趨勢(shì)是無線頻譜利用效率越來越高，通信速率越來越高，而單位通話或者數(shù)據(jù)成本越來越低。

最初的移動(dòng)通信技術(shù)為模擬技術(shù)，那時(shí)極少數(shù)人拿著像磚頭一般的所謂“大哥大”，是那個(gè)時(shí)代的時(shí)髦。雖然技術(shù)落后，但開啟了移動(dòng)通信的商業(yè)運(yùn)營(yíng)的潮頭。模擬移動(dòng)通信采用的是頻分多址（FDMA）和模擬調(diào)制（FM）方式，頻譜的利用效率非常低下，系統(tǒng)與終端成本都非常高，抗干擾能力差，用戶容量也受到很大的限制。這就是所謂1G，移動(dòng)通信的第一代技術(shù)。

使用數(shù)字技術(shù)取代模擬技術(shù)是移動(dòng)通信技術(shù)的一次偉大的革命，它大大地提高了頻譜利用效率，降低組網(wǎng)成本，大大地提高了服務(wù)質(zhì)量。通過數(shù)字技術(shù)解決語音的移動(dòng)通話，這就是所謂2G，移動(dòng)通信的第二代技術(shù)。它采用時(shí)分多址（TDMA）和語音低比特編碼技術(shù)，抗干擾能力大為加強(qiáng)，用戶容量也得到很大提升。其中最成功的應(yīng)用成果是全球移動(dòng)通信系統(tǒng)，即眾所周知的GSM，它是移動(dòng)通信發(fā)展歷史中國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化程度最好的一個(gè)系統(tǒng)，我國(guó)習(xí)慣稱為全球通。迄今為止它依然頑強(qiáng)存在作為各國(guó)交流時(shí)移動(dòng)通信的基本平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)全球漫游。2G主要解決的是語音通話問題，采用獨(dú)享信道的電路交換技術(shù)，但也可以進(jìn)行部分?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)，如短消息和數(shù)字傳真業(yè)務(wù)等，并在2G基礎(chǔ)上提出一些解決方案，如分組無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（GPRS），它是在原GSM電路交換網(wǎng)絡(luò)上增加了一個(gè)基于分組的無線接口，其資源可供話音與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)共享，GPRS技術(shù)有時(shí)也稱為2.5G移動(dòng)通信技術(shù)；后來又發(fā)展了增強(qiáng)型的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（EDGE），使系統(tǒng)的無線數(shù)據(jù)處理能力有更大增強(qiáng)，有時(shí)稱之為2.75G的技術(shù)。

第三代移動(dòng)通信技術(shù)（3G）主要是對(duì)移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的更大需求而發(fā)展起來的，其最大的技術(shù)特征是采用了基于擴(kuò)頻通信的碼分多址技術(shù)（CDMA），3G技術(shù)實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸速率的大幅度提升，為移動(dòng)通信的多媒體業(yè)務(wù)應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。理論上，3G系統(tǒng)必須滿足：快速移動(dòng)環(huán)境下，最高速率要達(dá)到144bps；在步行環(huán)境下，最高速率達(dá)到384bps；在固定環(huán)境下，最高速率要達(dá)到2Mbps。3G的商業(yè)運(yùn)營(yíng)極大地刺激了數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的繁榮，如微信、實(shí)時(shí)視頻、語音識(shí)別等移動(dòng)云服務(wù)技術(shù)都是在3G時(shí)代萌芽并逐步發(fā)展起來的。在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)方面3G對(duì)2G而言雖然是一個(gè)巨大的進(jìn)步，但其注定是一個(gè)過渡性的技術(shù)產(chǎn)物。首先由于對(duì)2G特別是傳統(tǒng)語音通信的兼容，3G的核心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及協(xié)議尚不能按照全I(xiàn)P化進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的開展仍不夠充分；另一方面由于利益的紛爭(zhēng)，即便通過各方面的努力，依然提出了互不相關(guān)的三個(gè)制式（WCDMA、TD-SCDMA、cdma2000）的通信技術(shù)，完全不符合標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù)方向，導(dǎo)致了全球3G網(wǎng)絡(luò)的事實(shí)上的割裂，全球的漫游的方便程度遠(yuǎn)不如GSM。而且，3G的商業(yè)運(yùn)營(yíng)后，其數(shù)據(jù)速率以及數(shù)據(jù)處理的實(shí)際效果依然遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求和期望。 特別是由于TDSCDMA實(shí)際運(yùn)行情況的差強(qiáng)人意，直接刺激了4G時(shí)代的加速到來。

第四代移動(dòng)通信4G網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)基于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)，最大的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)速率方面的提高。其核心技術(shù)是以O(shè)FDM/ FDMA為核心的技術(shù)，基于所謂3GPP長(zhǎng)期演進(jìn)（LTE）項(xiàng)目。與3G相比，LTE更具技術(shù)優(yōu)勢(shì)，具有高數(shù)據(jù)速率、分組傳送、延遲降低、廣域覆蓋和向下兼容等特點(diǎn)，其頻譜利用效率有了極大的提高。無線通信實(shí)時(shí)視頻應(yīng)用雖然開始于3G，但只有在4G才真正獲得良好的用戶體驗(yàn)。在核心網(wǎng)方面4G網(wǎng)絡(luò)并不象2G/3G網(wǎng)絡(luò)有單獨(dú)的語音通路，而是全I(xiàn)P化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。通過采用VoLTE技術(shù)，語音業(yè)務(wù)成為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的一部分，由于語音業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)量相對(duì)于整個(gè)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)非常小，可以認(rèn)為4G網(wǎng)絡(luò)的語音業(yè)務(wù)容量是巨大的。4G網(wǎng)絡(luò)的不足依然在于標(biāo)準(zhǔn)化，目前全球頻段眾多，現(xiàn)在3GPP劃分的4G頻段共有44個(gè)，頻率從700MHz到3.6GHz，導(dǎo)致設(shè)計(jì)真正的全網(wǎng)通終端幾乎是不可能的。

目前4G技術(shù)的商業(yè)運(yùn)營(yíng)如火如荼，取得了非常好的效果。2013年10月，我國(guó)又啟動(dòng)了國(guó)家863計(jì)劃“第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)研究開發(fā)”項(xiàng)目，系統(tǒng)地研究5G移動(dòng)通信體系架構(gòu)、無線組網(wǎng)、無線傳輸、新型天線與射頻以及新頻譜開發(fā)與利用等關(guān)鍵技術(shù)，期望實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)總速率10Gbps、將目前4G系統(tǒng)的頻譜和效率提升10倍等目標(biāo)，并希望在2020年左右投入實(shí)際運(yùn)營(yíng)。應(yīng)該說，5G對(duì)于4G而言，仍然是長(zhǎng)期演進(jìn)的一個(gè)階段，重點(diǎn)在于各種新型無線接入技術(shù)和現(xiàn)有無線接入技術(shù)（WLAN，4G、3G、2G等）的融合，從而給各種更豐富更深入的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用奠定平臺(tái)化基礎(chǔ)。

無論2G數(shù)字通信對(duì)模擬通信的取代，還是4G的全I(xiàn)P化網(wǎng)絡(luò)，都是移動(dòng)通信技術(shù)上革命性的跳躍。但從3G以來3種基本制式的確立，開啟了移動(dòng)通信技術(shù)領(lǐng)域的戰(zhàn)國(guó)年代。這種競(jìng)爭(zhēng)性的結(jié)構(gòu)或許有利于新技術(shù)的出現(xiàn)或發(fā)展，也事實(shí)上也給世界的實(shí)際交流和生產(chǎn)過程帶來了不便。從目前態(tài)勢(shì)依然看不見制式統(tǒng)一的趨勢(shì)，但顯然這一定會(huì)是移動(dòng)通信技術(shù)和市場(chǎng)領(lǐng)域今后終將要面臨的任務(wù)。