無線移動通信技術及其發展現狀

胥淙洋

摘 要：無線移動通信技術發展到今天共經歷了5個階段。目前，4G無線移動通信技術已經發展成熟。無線移動通信技術的出現給人們的生產生活帶來了天翻地覆的變化，但是人們在享受這些技術帶來的方便和快捷的同時，也要對無線移動通信的缺點加以重視。本文對無線移動通信各個發展階段和關鍵技術作了簡單的介紹，探索各個階段關鍵技術的缺點，并且研究了無線移動通信未來的創新技術，希望對無線移動通信技術的發展起到一定的推動作用。

關鍵詞：無線移動通信技術；TDMA（時分復用）；FDMA（頻分復用）；CDMA（碼分復用）

中圖分類號：TN929 文獻標識碼：A

1.無線通信技術的概念

隨著智能手機的和移動互聯網技術的發展，人們越來越依賴于無線移動通信技術。現如今第四代無線移動通信技術（4G LTE）也是更加普及。多種APP例如微信、QQ、支付寶等也非常普及，這些應用的產生離不開無線移動通信技術的創新和發展。為了更好的提高無線移動通信技術帶來的用戶體驗，了解無線移動通信關鍵技術也是非常重要。

2.無線移動通信技術的變革

第一代無線移動通信技術采用了創造性提出了頻分多址技術（FDMA）和蜂窩網絡，第一代通信技術是模擬通信技術。FDMA技術，其特點是不同的用戶在不同的頻帶上傳輸，同時也會在頻域上留出間隙，這種技術核心思想是頻域上隔離，從而減少了用戶間的頻帶干擾。但是無線電頻譜有限，從而導致利用頻分多址這種方法隔離的用戶數也是即為有限的。當使用者人數急劇上升時，這種方法局限性也就更為突出。

第二代移動通信技術中最重要的是TDMA技術，也就是時分多址技術。時分多址是指每個用戶在自己的時隙內通信，相當于用戶在一定的時間片中傳輸。這種方法可以避免同頻干擾，這樣便大大彌補了FDMA的不足。第二代移動通信開創性的從模擬通信技術過渡到數字通信，這也奠定了以后數字通信技術的基礎。

時分復用技術是把時域信道分為若干片段的子信道，從而實現了一條信道上傳輸多個數字信號，解決了FDMA中可能出現的頻道混亂的問題，大大提高了信息傳輸效率。同時，由于時分復用時隙可以固定分配，也可以調節控制，適合于數字信息的傳輸。第二代移動通信技術主要承載的業務為數字語音傳輸業務。

第三代移動通信，新增加了多媒體業務。由于碼分多址技術（CDMA）的應用，使得數據傳輸速率大大提高。CDMA技術核心思想為：不同用戶傳輸信息所用的信號不是靠頻率不同或時隙不同來區分，而是用各自不同的編碼序列來區分，或者說，靠信號的不同波形來區分。如果從頻域或時域來觀察，多個CDMA信號是互相重疊的，從而大大提高了頻帶利用率。CDMA正是利用了正交碼字。正交碼字的特點，可以將信道中不同碼域的干擾信號置為零，從而減少了信道中的干擾。數字和擴頻技術的結合應用使得單位帶寬信號數量比模擬方式下成倍增加，CDMA與其他蜂窩技術兼容，實現全國漫游。

第四代移動通信（4G），相較于第三代通信技術，第四代通信技術的傳輸速度能夠比3G更高，理論上數據傳輸速率可以達到100Mbps，可以支持更多的多媒體業務，使得用戶擁有更好的上網體驗。第四代移動通信技術主要為正交頻分復用技術（OFDM）和多輸入多輸出天線技術（MIMO）。

OFDM將信道分為多個子信道，利用多個子信道的載波相互正交，其頻道利用率（單位帶寬上傳輸的速率，bps/Hz）提高成原來的兩倍。不但減少了子載波間的干擾，同時又提高了頻譜利用率。

而多入多出天線技術，能夠改善信號質量又能夠增加傳輸容量，公式（1）為信道容量表達式，可以看出通過增加信道個數和增加系統帶寬都可以增加信道容量。相較于3G，4G用于更高的智能性，兼容性也更加平滑，能夠實現更高質量的多媒體通信。然而，4G也有標準難以統一，容量受到限制和設備難以更新等缺點。總之，4G還面臨很多的挑戰。

第五代移動通信（5G）：隨著移動通信的不斷發展，容量不足成為了無線通信技術系統發展中的主要問題。根據預測，至2020年無線網絡容量增長，數據傳輸速率可以達到10Gbps。為了解決這個問題，人們研發了5G技術來解決這個問題，其中主要的方法有3種，一是可以擴寬頻譜。過去通信的發展已經使用了很多頻譜，但可見光的使用可以為提高容量起很大的作用。二還可以提高頻譜效率，通過單一資源到多維資源聯合使用，來提高資源利用率。三還可以使用無線傳輸新技術，4G已經運用了MIMO技術，5G還可以使用3D MIMO和Massive MIMO技術來進一步提高傳輸速度。

表1為各代移動通信關鍵技術對比圖。其中由于第一代移動通信為模擬通信技術，所以未列明峰值數據傳輸速率。

隨著無線移動技術的發展以及用戶對于移動通信技術的需求，從2G的數字語音業務到3G中出現的多媒體業務，在4G中信息傳輸速率得到大大的提升，使得多媒體業務速率也大為增高。然而人們對于高效率業務的需求也是源源不斷的，5G技術就規定了峰值傳輸速率，相較于4G，5G能夠在容量，信息傳輸速率上得到顯著提升。從表1也可以看出數據傳輸速率的提升對比。

3.無線通信技術的發展趨勢

可以看出，各代無線移動通信技術都是伴隨著信息傳輸速率提升而進一步發展。當信息傳輸速率（以下行傳輸速率為例）難以支撐用戶對于各種多媒體業務需求時，人們總是致力于開發出從各個維度角度提高信息傳輸速率，例如增加傳輸帶寬，從時域、頻域和空域出發提高信息復用效率，提高信道容量，或者編碼角度出發，最終呈現給用戶的結果便是信息傳輸速率的提升。

3.1信息個人化

隨著信息技術飛速發展，無線通信行業中信息的個人化趨勢明顯。移動IP技術能夠推動信息個人化的發展。移動IP技術能夠實現手機上的各種應用，普及程度越來越高的手機更推動了這一現象的發展。移動網絡技術和IP技術的結合應用既符合現代人對個性的追求，也有利于對于信息的保密。兩項技術完美融合必將推動全球的個人通信市場，加快信息個人化的進程。endprint

3.2無線移動通信技術智能化

目前在國際范圍內，移動通信用戶已經達到了一定的數量，在我國移動通信用戶數量已經超過了10億，而且這個數字還在不斷地增加。移動通信技術的發展有著較好的前景。第五代無線移動通信技術預計在未來幾年內全面推廣，這代表著無線移動通信技術的智能化的發張，從這個無線通信技術的發展規律可以看出，5G網絡通信技術比上一代具有更強的利用率在數據信息傳輸方面有質的飛躍，在不同層面上都使無線移動通信技術發展上升了一個臺階。

3.3技術結構的變革

無線通信技術仍處在持續發展的狀態，所以在未來相當長的一段時間里，無線通信技術都處于持續變革的過程。其技術變革中主要表現在接入高頻譜等方面，通過提高速度、擴大容量和加強效率等方式，增加無線通信技術頻譜，最終實現運營商使用的無線通信技術效率的全面加強。

當今4G普及度非常高，從用戶角度來說，似乎4G信息傳輸速率似乎已經可以滿足各種多媒體業務的需求。5G發展看起來并不是那么重要，但是，4G所代表的移動互聯網也僅僅滿足了人與人之間的互聯，為了使得現如今人們的生活的便捷程度，移動互聯網發展趨勢便是人與物或物與物之間的互聯（物聯網）。可以想象的是4G無法滿足物聯網對于通信速率的要求。因此，5G中提出了多種提高傳輸速率的方法。

在科學技術的支持下，通信技術的更新使得人們生活更加方便快捷。其中無線移動通信技術的研發和應用，實現了對信息和數據的實時傳遞，為社會的進步與發展起到了重要的作用。本文主要對無線通信技術發展狀況進行介紹，并從信息個人化、無線移動通信技術智能化、技術結構變革等方面，對無線移動通信技術發展趨勢進行研究，望此次研究結果可以為無線移動通信技術發展提供參考，從而為廣大民眾和社會提供更加高效的通信。

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