摘  要： 無(wú)線通信技術(shù)是信息通信領(lǐng)域中發(fā)展最快且廣泛應(yīng)用的技術(shù)，其中蜂窩通信技術(shù)已在世界范圍內(nèi)廣泛使用，其發(fā)展速度及業(yè)務(wù)需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了初始預(yù)測(cè)。蜂窩移動(dòng)通信從20世紀(jì)80年代出現(xiàn)以來(lái)，獲得了快速的發(fā)展，目前已經(jīng)發(fā)展到了第四代，其他具有代表性的還有寬帶無(wú)線接入、衛(wèi)星通信以及手機(jī)視頻技術(shù)等。未來(lái)的無(wú)線通信技術(shù)將會(huì)向超寬帶、高速、泛在化的方向發(fā)展，窄帶、低速的網(wǎng)絡(luò)會(huì)逐漸被寬帶網(wǎng)絡(luò)所取代，用戶可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接，同時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸速率會(huì)越來(lái)越高，無(wú)論上傳還是下載，都不需要用戶過(guò)多等待，盡情享受無(wú)所不在的網(wǎng)絡(luò)資源。

關(guān)鍵詞： 蜂窩技術(shù)； GSM； CDMA； 4G； 泛在化

       無(wú)線通信指利用電磁波信號(hào)可以在自由空間中傳播的特性進(jìn)行信息交換的通信方式。在信息通信領(lǐng)域中，發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的就是無(wú)線通信技術(shù)，在移動(dòng)中實(shí)現(xiàn)的無(wú)線通信又統(tǒng)稱(chēng)為移動(dòng)通信，把二者合稱(chēng)為無(wú)線移動(dòng)通信。

       無(wú)線通信技術(shù)最初主要用于艦船及軍事領(lǐng)域，它采用短波頻及電子管技術(shù),至20世紀(jì)40年代末期才出現(xiàn)150 MHz 甚高頻VHF(Very High Frequency)單工汽車(chē)公用移動(dòng)電話系統(tǒng)MTS(Mobile Telephone Service)。發(fā)展到50~60年代,頻段擴(kuò)展至特高頻UHF(Ultra High Frequency)450 MHz，器件技術(shù)己向半導(dǎo)體過(guò)渡，大都為移動(dòng)環(huán)境中的專(zhuān)用系統(tǒng)，并解決了移動(dòng)電話與公用電話網(wǎng)的連接問(wèn)題。不久網(wǎng)絡(luò)頻段擴(kuò)展至800 MHz，美國(guó)Bell研究所提出了蜂窩系統(tǒng)概念并進(jìn)行了試驗(yàn)[1]。

   　 蜂窩通信技術(shù)已成為世界范圍內(nèi)應(yīng)用最廣泛的技術(shù)，從20世紀(jì)80年代出現(xiàn)到現(xiàn)在，已經(jīng)發(fā)展到了第四代移動(dòng)通信技術(shù)，下面對(duì)這四代技術(shù)做簡(jiǎn)要介紹。

　　   (1)第一代移動(dòng)通信。最早的移動(dòng)通信電話采用的是模擬蜂窩通信技術(shù)和頻分多址(FDMA)技術(shù)，是最初模擬通信、僅限語(yǔ)音功能的蜂窩電話標(biāo)準(zhǔn)。由于受到傳輸帶寬的限制，不能進(jìn)行移動(dòng)通信的長(zhǎng)途漫游，是一種區(qū)域性的移動(dòng)通信系統(tǒng)。

　     (2)第二代移動(dòng)通信(2G)。2G主要包括GSM通信和GPRS通信等技術(shù)，采用了數(shù)字化，自此無(wú)線通信步入了純數(shù)字時(shí)代。數(shù)字通信具有保密性強(qiáng)、頻譜利用率高、業(yè)務(wù)豐富以及標(biāo)準(zhǔn)化程度高等特點(diǎn)，使得移動(dòng)通信得到了空前的發(fā)展，從過(guò)去的補(bǔ)充地位躍居至主導(dǎo)地位。

       (3)第三代移動(dòng)通信(3G)。目前的3G技術(shù)有4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，分別是WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000和WiMax。各個(gè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)都已經(jīng)非常成熟，并且在全球范圍內(nèi)迅速展開(kāi)，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大。

　     (4)第四代移動(dòng)通信(4G)。隨著國(guó)際電信聯(lián)盟有關(guān)4G標(biāo)準(zhǔn)的確定，LTE-Advanced和802.16 m獲得勝利，至此4G標(biāo)準(zhǔn)之爭(zhēng)基本落下帷幕。國(guó)際電信聯(lián)盟已在2012年初正式批準(zhǔn)發(fā)布4G國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),目前在國(guó)際和我國(guó)的多數(shù)大城市，中國(guó)移動(dòng)和聯(lián)通等運(yùn)營(yíng)商均已實(shí)現(xiàn)4G業(yè)務(wù)[2]。

       1 無(wú)線通信技術(shù)與業(yè)務(wù)的發(fā)展趨勢(shì)

無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展速度與應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)超過(guò)了固定通信技術(shù)，未來(lái)無(wú)線通信技術(shù)與業(yè)務(wù)將會(huì)呈現(xiàn)以下趨勢(shì)。

　　   (1)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的無(wú)縫化，即用戶在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)都能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的接入，也有人稱(chēng)之為網(wǎng)絡(luò)的泛在化。

　　   (2)寬帶、高速是未來(lái)通信發(fā)展的一個(gè)必然趨勢(shì)，窄帶、低速的網(wǎng)絡(luò)會(huì)逐漸被寬帶網(wǎng)絡(luò)所取代。

　　   (3)融合趨勢(shì)明顯加快，包括技術(shù)融合、網(wǎng)絡(luò)融合、業(yè)務(wù)融合、接入融合。從IP網(wǎng)絡(luò)兼容性來(lái)看，3G系統(tǒng)不是基于IP的，而4G則支持下一代Internet(IPv6)和所有的信息設(shè)備，將能在IPv6網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音和多媒體業(yè)務(wù)[3]。

　     (4)傳輸速率越來(lái)越高，無(wú)論是上行還是下行速度都在不斷提高，頻譜帶寬越來(lái)越大，頻段也越來(lái)越高，數(shù)據(jù)傳輸能力已從早期的kb/s 逐步發(fā)展到如今的Gb/s。

       (5)業(yè)務(wù)內(nèi)容更加多樣化，伴隨網(wǎng)絡(luò)速度和帶寬的不斷提高，無(wú)線通信經(jīng)歷了從僅支持單一語(yǔ)音業(yè)務(wù)逐漸發(fā)展到支持語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像等多種媒體流業(yè)務(wù)的歷程，其技術(shù)發(fā)展如圖1所示。

　     圖1中有兩條主線，第一條是蜂窩通信的發(fā)展主線，蜂窩通信技術(shù)從1G、2G向WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000等3G技術(shù)再經(jīng)過(guò)LTE并向4G發(fā)展；第二條線涵蓋了WLAN、WiFi、WiMax等技術(shù)的發(fā)展。這些技術(shù)都是朝向?qū)拵Щ?、移?dòng)化、高速率的方向發(fā)展[4]。

       2 主要通信技術(shù)介紹

       (1) 2G技術(shù)

　     2G技術(shù)可以分為兩種。一種是基于TDMA所發(fā)展出來(lái)的，以GSM為代表；另一種則是CDMA規(guī)格。

       第二代手機(jī)通信技術(shù)主要包括以下幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。

       ①GSM：基于TDMA而發(fā)展，源于歐洲，目前已全球化。

       ②IDEN：基于TDMA而發(fā)展，是美國(guó)獨(dú)有的系統(tǒng)。被美國(guó)電信系統(tǒng)商N(yùn)extell使用。

       ③IS-136：也叫做D-AMPS，基于TDMA而發(fā)展，是美國(guó)最簡(jiǎn)單的TDMA系統(tǒng)，用于美洲。

       ④IS-95：也叫做DdmaOne，基于CDMA而發(fā)展，是美國(guó)最簡(jiǎn)單的CDMA系統(tǒng)，用于美洲和亞洲一些國(guó)家。

       ⑤PDC(Personal Digital Cellular)：基于TDMA發(fā)展起來(lái)，僅在日本普及。

       (2)3G技術(shù)

       3G(3rd-generation)是第三代移動(dòng)通信技術(shù)的簡(jiǎn)稱(chēng)，是指支持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動(dòng)通信技術(shù)。3G服務(wù)能夠同時(shí)傳送聲音及數(shù)據(jù)信息，它的代表特征表現(xiàn)在能提供高速的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，速率一般在幾百kb/s以上。目前3G存在4種標(biāo)準(zhǔn)，有TD-SCDMA、CDMA、WCDMA以及WiMax。

       在2009年，我國(guó)工信部就為移動(dòng)、電信和聯(lián)通三家運(yùn)營(yíng)商發(fā)放了3G牌照，這就意味著從此我國(guó)進(jìn)入3G時(shí)代。下面對(duì)主要3G標(biāo)準(zhǔn)作簡(jiǎn)要介紹。

       ①TD-SCDMA。TD-SCDMA(Time Division-Synchronous CDMA)，意為時(shí)分同步CDMA，該標(biāo)準(zhǔn)是由中國(guó)研究制定的3G標(biāo)準(zhǔn)，由我國(guó)向國(guó)際電信聯(lián)盟在1999年6月29日提出，不過(guò)，這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)明者是西門(mén)子公司。由于TD-SCDMA具有輻射低的特點(diǎn)，得到業(yè)界的贊譽(yù)，被稱(chēng)為是綠色的3G標(biāo)準(zhǔn)。在該標(biāo)準(zhǔn)中，融合了CDMA和智能無(wú)線等國(guó)際領(lǐng)先的通信技術(shù)，有著極好的頻譜利用率，頻率靈活性比其他標(biāo)準(zhǔn)更突出。另外，由于我國(guó)人口眾多，其市場(chǎng)空間和潛力都很大，從它發(fā)布之日起，就得到各大電信運(yùn)營(yíng)商及設(shè)備廠商的重視，在全球幾乎超過(guò)一半的設(shè)備廠商都宣布可以支持TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)。

       ②W-CDMA。通常也稱(chēng)作WCDMA，它的全稱(chēng)是Wideband CDMA，含義為寬頻分碼多重存取，它是根據(jù)GSM網(wǎng)發(fā)展而來(lái)的3G通信標(biāo)準(zhǔn)，最先由歐洲提出。W-CDMA的支持者很多，主要包括以GSM系統(tǒng)為主的歐洲廠商和某些日本公司，著名的有愛(ài)立信、諾基亞、朗訊以及日本的富士通、夏普等。

       ③CDMA2000。CDMA2000標(biāo)準(zhǔn)由窄帶CDMAIS95 技術(shù)發(fā)展而來(lái)，屬于一種寬帶CDMA技術(shù)。它最初是由美國(guó)提出，隨后相繼有摩托羅拉、三星等積極加入其中，并且韓國(guó)已成為這個(gè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的主要倡導(dǎo)者，還因?yàn)榻ㄔO(shè)成本低廉，使得推廣和應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。

       (3)4G技術(shù)

　     第四代移動(dòng)通信技術(shù)4G(4th generation)是第四代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，是根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)而確定的頻率范圍在900～1800 MHz之間的數(shù)字移動(dòng)電話系統(tǒng)。4G集3G與WLAN于一體，并能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像。4G通信系統(tǒng)至少能夠以100 Mb/s的速度下載，上傳速度也能達(dá)到20 Mb/s，是3G移動(dòng)電話速率的50倍。此外，4G可以接收高分辨率的電影和電視節(jié)目，從而成為合并廣播和通信的新基礎(chǔ)設(shè)施中的一個(gè)紐帶。4G的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面[5]。

　     ①通信速度快。第一代無(wú)線通信是模擬通信系統(tǒng)，只能夠提供語(yǔ)音功能；發(fā)展到第二代時(shí)成為數(shù)字式系統(tǒng)，這時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸速度可以介于9.6 kb/s~32 kb/s的范圍；發(fā)展到普遍使用的第三代時(shí)，通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸能夠達(dá)到2 Mb/s；對(duì)于剛剛開(kāi)始使用的第四代通信系統(tǒng)，數(shù)據(jù)的傳輸速度最高可以達(dá)到100 Mb/s，這種速度相當(dāng)于2009年最新手機(jī)傳輸速度的1萬(wàn)倍左右,是第三代手機(jī)傳輸速度的50倍。

       ②網(wǎng)絡(luò)頻譜寬。比較前幾代通信系統(tǒng)，高速傳輸是4G系統(tǒng)的主要特性之一。為實(shí)現(xiàn)這樣的快速傳輸，需要在現(xiàn)有3G通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，在技術(shù)、安全性等各方面進(jìn)行研究和改進(jìn)，在眾多的技術(shù)改進(jìn)項(xiàng)目中，通信網(wǎng)絡(luò)的頻譜有很大提升，可以達(dá)到3G網(wǎng)絡(luò)的20倍。

　     ③通信靈活。從嚴(yán)格意義上說(shuō)，4G手機(jī)的功能已不能簡(jiǎn)單劃至移動(dòng)電話的范疇，可以稱(chēng)得上是一個(gè)小型電腦，4G通信使人們不僅可以隨時(shí)隨地通信，更可以雙向傳遞資料、圖片、影像等各個(gè)資料，而對(duì)于年青一族喜歡的網(wǎng)上聯(lián)線對(duì)打游戲更是不在話下。

　     ④智能性能高。第四代移動(dòng)通信的智能性不僅表現(xiàn)在4G通信終端設(shè)備的設(shè)計(jì)和操作具有智能化，例如對(duì)菜單和滾動(dòng)操作的依賴程度會(huì)大大降低，更重要的是4G手機(jī)可以擔(dān)任小型電腦的角色，具有更高的智慧和功能。

　     ⑤兼容性好。4G通信系統(tǒng)不但功能強(qiáng)大，還具備全球漫游、接口開(kāi)放、與多種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、終端多樣化以及能從第二代平穩(wěn)過(guò)渡等特點(diǎn)。因此使得現(xiàn)有通信用戶在投資最少的情況下就能很輕易地過(guò)渡到4G通信。

　     ⑥通信質(zhì)量高。第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)可以被稱(chēng)為多媒體移動(dòng)通信，相比3G技術(shù)，4G技術(shù)在開(kāi)發(fā)研制過(guò)程中使用和引入許多功能強(qiáng)大的突破性技術(shù)，例如一些光纖通信產(chǎn)品公司為了進(jìn)一步提高無(wú)線因特網(wǎng)的主干帶寬寬度，引入了交換層級(jí)技術(shù)，即第四代主要是運(yùn)用路由技術(shù)為主的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，這種技術(shù)能同時(shí)涵蓋不同類(lèi)型的通信接口。由于利用了幾項(xiàng)不同的技術(shù)，所以無(wú)線頻率的使用相比3G系統(tǒng)有很大的提高,充分保證了通信的質(zhì)量。

    　 2013年12月4日，工業(yè)和信息化部向中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)電信、中國(guó)移動(dòng)正式發(fā)放了第四代移動(dòng)通信業(yè)務(wù)牌照，中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信、中國(guó)聯(lián)通三家均獲得TD-LTE牌照，此舉標(biāo)志著中國(guó)電信產(chǎn)業(yè)正式進(jìn)入了4G時(shí)代。

　     以中國(guó)移動(dòng)通信系統(tǒng)為例，2013年以來(lái)，中國(guó)移動(dòng)啟動(dòng)了20萬(wàn)個(gè)基站的建設(shè)和100萬(wàn)部終端的采購(gòu)，體驗(yàn)用戶接近4萬(wàn)人。2013年10月，中國(guó)移動(dòng)獲準(zhǔn)在全國(guó)326個(gè)城市開(kāi)展TD-LTE擴(kuò)大規(guī)模試驗(yàn)。中國(guó)移動(dòng)稱(chēng)，該公司已在全國(guó)范圍內(nèi)啟動(dòng)了TD-LTE的商用部署工作，將建成全球規(guī)模最大的4G網(wǎng)絡(luò)，并將努力推動(dòng)4G的融合發(fā)展。按照中國(guó)移動(dòng)的計(jì)劃，在2013年底前，該公司已向北京、杭州、廣州、深圳、青島、南昌、南京、溫州、廈門(mén)、上海、天津、沈陽(yáng)、成都等城市的用戶提供4G服務(wù)。

　     下面對(duì)4G的主要標(biāo)準(zhǔn)作簡(jiǎn)要介紹。

　     ①LTE-Advanced。LTE(Long Term Evolution)是在3G系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)。主要是對(duì)原來(lái)的空中接入技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn),改進(jìn)后在20 MHz頻譜帶寬下能夠提供下行100 Mb/s與上行50 Mb/s的傳輸速度?？梢钥闯?，相對(duì)于3G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，大大地提高了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行容量，同時(shí)將網(wǎng)絡(luò)延遲大大降低,內(nèi)部單向傳輸時(shí)延低于5 ms，控制從睡眠狀態(tài)到激活狀態(tài)遷移時(shí)間低于50 ms，從駐留狀態(tài)到激活狀態(tài)的遷移時(shí)間小于100 ms，使網(wǎng)絡(luò)瀏覽速度得到極大提升。

　   　簡(jiǎn)單地說(shuō)，LTE-Advanced就是LTE技術(shù)的升級(jí)版，它的正式名稱(chēng)為 Further Advancements for E-UTRA，它滿足國(guó)際電信聯(lián)盟無(wú)線通信部IMT-Advanced技術(shù)需求，是一個(gè)后向兼容的技術(shù)，完全兼容LTE，具有超帶寬、傳輸速度快、網(wǎng)絡(luò)頻譜寬、通信靈活、智能性能高、兼容性好等特性。

　     ②TD-LTE-Advanced。TD-LTE-Advanced即LTE-Advanced TDD制式，是我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新一代移動(dòng)通信技術(shù)。它吸納了TD-SCDMA的主要技術(shù)元素，體現(xiàn)了我國(guó)通信產(chǎn)業(yè)界在寬帶無(wú)線移動(dòng)通信領(lǐng)域的最新自主創(chuàng)新成果。2004年，中國(guó)在標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP提出了第三代移動(dòng)通信TD-SCDMA的后續(xù)演進(jìn)技術(shù)TD-LTE，主導(dǎo)完成了相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。TD-LTE-Advanced技術(shù)是我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)際4G標(biāo)準(zhǔn)之一，由TD-SCDMA技術(shù)演進(jìn)而來(lái)，采用了OFDM和MIMO作為基本技術(shù)，還大量采用了目前移動(dòng)通信領(lǐng)域最先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)計(jì)理念。相比于3G技術(shù)，TD-LTE-Advanced通信速率有了更大的提高，頻譜效率和服務(wù)質(zhì)量也同時(shí)得到了提高，且降低了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，并能向下兼容，支持已有的3G系統(tǒng)和非3GPP規(guī)范系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)作。它吸納了3G標(biāo)準(zhǔn)TD-SCDMA的主要技術(shù)元素,體現(xiàn)了我國(guó)通信產(chǎn)業(yè)界在寬帶無(wú)線移動(dòng)通信領(lǐng)域的最新自主創(chuàng)新成果[6]。

       與3G相比，4G技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)容量、覆蓋范圍、移動(dòng)性能以及通信質(zhì)量等方面都有很大提高，可以說(shuō)發(fā)生了質(zhì)的改變，單從數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣染涂梢缘玫阶C明。未來(lái)的無(wú)線通信技術(shù)將會(huì)向超寬帶、高速、泛在化的方向發(fā)展，窄帶、低速的網(wǎng)絡(luò)會(huì)逐漸被寬帶網(wǎng)絡(luò)所取代，用戶可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接，同時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸速率會(huì)越來(lái)越高，無(wú)論上傳還是下載，都不需要用戶過(guò)多等待，盡情享受無(wú)所不在的網(wǎng)絡(luò)資源。

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