摘  要： 無線通信技術是信息通信領域中發(fā)展最快且廣泛應用的技術，其中蜂窩通信技術已在世界范圍內(nèi)廣泛使用，其發(fā)展速度及業(yè)務需求遠遠超過了初始預測。蜂窩移動通信從20世紀80年代出現(xiàn)以來，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線接入、衛(wèi)星通信以及手機視頻技術等。未來的無線通信技術將會向超寬帶、高速、泛在化的方向發(fā)展，窄帶、低速的網(wǎng)絡會逐漸被寬帶網(wǎng)絡所取代，用戶可以在任何時間、任何地點實現(xiàn)網(wǎng)絡連接，同時數(shù)據(jù)的傳輸速率會越來越高，無論上傳還是下載，都不需要用戶過多等待，盡情享受無所不在的網(wǎng)絡資源。

關鍵詞： 蜂窩技術； GSM； CDMA； 4G； 泛在化

       無線通信指利用電磁波信號可以在自由空間中傳播的特性進行信息交換的通信方式。在信息通信領域中，發(fā)展最快、應用最廣的就是無線通信技術，在移動中實現(xiàn)的無線通信又統(tǒng)稱為移動通信，把二者合稱為無線移動通信。

       無線通信技術最初主要用于艦船及軍事領域，它采用短波頻及電子管技術,至20世紀40年代末期才出現(xiàn)150 MHz 甚高頻VHF(Very High Frequency)單工汽車公用移動電話系統(tǒng)MTS(Mobile Telephone Service)。發(fā)展到50~60年代,頻段擴展至特高頻UHF(Ultra High Frequency)450 MHz，器件技術己向半導體過渡，大都為移動環(huán)境中的專用系統(tǒng)，并解決了移動電話與公用電話網(wǎng)的連接問題。不久網(wǎng)絡頻段擴展至800 MHz，美國Bell研究所提出了蜂窩系統(tǒng)概念并進行了試驗[1]。

   　 蜂窩通信技術已成為世界范圍內(nèi)應用最廣泛的技術，從20世紀80年代出現(xiàn)到現(xiàn)在，已經(jīng)發(fā)展到了第四代移動通信技術，下面對這四代技術做簡要介紹。

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

　     (2)第二代移動通信(2G)。2G主要包括GSM通信和GPRS通信等技術，采用了數(shù)字化，自此無線通信步入了純數(shù)字時代。數(shù)字通信具有保密性強、頻譜利用率高、業(yè)務豐富以及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至主導地位。

       (3)第三代移動通信(3G)。目前的3G技術有4個標準，分別是WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000和WiMax。各個技術標準都已經(jīng)非常成熟，并且在全球范圍內(nèi)迅速展開，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴大。

　     (4)第四代移動通信(4G)。隨著國際電信聯(lián)盟有關4G標準的確定，LTE-Advanced和802.16 m獲得勝利，至此4G標準之爭基本落下帷幕。國際電信聯(lián)盟已在2012年初正式批準發(fā)布4G國際標準,目前在國際和我國的多數(shù)大城市，中國移動和聯(lián)通等運營商均已實現(xiàn)4G業(yè)務[2]。

       1 無線通信技術與業(yè)務的發(fā)展趨勢

無線通信技術的發(fā)展速度與應用領域已經(jīng)超過了固定通信技術，未來無線通信技術與業(yè)務將會呈現(xiàn)以下趨勢。

　　   (1)網(wǎng)絡覆蓋的無縫化，即用戶在任何時間、任何地點都能實現(xiàn)網(wǎng)絡的接入，也有人稱之為網(wǎng)絡的泛在化。

　　   (2)寬帶、高速是未來通信發(fā)展的一個必然趨勢，窄帶、低速的網(wǎng)絡會逐漸被寬帶網(wǎng)絡所取代。

　　   (3)融合趨勢明顯加快，包括技術融合、網(wǎng)絡融合、業(yè)務融合、接入融合。從IP網(wǎng)絡兼容性來看，3G系統(tǒng)不是基于IP的，而4G則支持下一代Internet(IPv6)和所有的信息設備，將能在IPv6網(wǎng)絡上實現(xiàn)語音和多媒體業(yè)務[3]。

　     (4)傳輸速率越來越高，無論是上行還是下行速度都在不斷提高，頻譜帶寬越來越大，頻段也越來越高，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)務內(nèi)容更加多樣化，伴隨網(wǎng)絡速度和帶寬的不斷提高，無線通信經(jīng)歷了從僅支持單一語音業(yè)務逐漸發(fā)展到支持語音、數(shù)據(jù)、圖像等多種媒體流業(yè)務的歷程，其技術發(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，蜂窩通信技術從1G、2G向WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000等3G技術再經(jīng)過LTE并向4G發(fā)展；第二條線涵蓋了WLAN、WiFi、WiMax等技術的發(fā)展。這些技術都是朝向寬帶化、移動化、高速率的方向發(fā)展[4]。

       2 主要通信技術介紹

       (1) 2G技術

　     2G技術可以分為兩種。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。

       第二代手機通信技術主要包括以下幾個標準。

       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，是美國獨有的系統(tǒng)。被美國電信系統(tǒng)商Nextell使用。

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

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

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

       (2)3G技術

       3G(3rd-generation)是第三代移動通信技術的簡稱，是指支持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動通信技術。3G服務能夠同時傳送聲音及數(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，速率一般在幾百kb/s以上。目前3G存在4種標準，有TD-SCDMA、CDMA、WCDMA以及WiMax。

       在2009年，我國工信部就為移動、電信和聯(lián)通三家運營商發(fā)放了3G牌照，這就意味著從此我國進入3G時代。下面對主要3G標準作簡要介紹。

       ①TD-SCDMA。TD-SCDMA(Time Division-Synchronous CDMA)，意為時分同步CDMA，該標準是由中國研究制定的3G標準，由我國向國際電信聯(lián)盟在1999年6月29日提出，不過，這項技術的發(fā)明者是西門子公司。由于TD-SCDMA具有輻射低的特點，得到業(yè)界的贊譽，被稱為是綠色的3G標準。在該標準中，融合了CDMA和智能無線等國際領先的通信技術，有著極好的頻譜利用率，頻率靈活性比其他標準更突出。另外，由于我國人口眾多，其市場空間和潛力都很大，從它發(fā)布之日起，就得到各大電信運營商及設備廠商的重視，在全球幾乎超過一半的設備廠商都宣布可以支持TD-SCDMA標準。

       ②W-CDMA。通常也稱作WCDMA，它的全稱是Wideband CDMA，含義為寬頻分碼多重存取，它是根據(jù)GSM網(wǎng)發(fā)展而來的3G通信標準，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，著名的有愛立信、諾基亞、朗訊以及日本的富士通、夏普等。

       ③CDMA2000。CDMA2000標準由窄帶CDMAIS95 技術發(fā)展而來，屬于一種寬帶CDMA技術。它最初是由美國提出，隨后相繼有摩托羅拉、三星等積極加入其中，并且韓國已成為這個技術標準的主要倡導者，還因為建設成本低廉，使得推廣和應用范圍不斷擴大。

       (3)4G技術

　     第四代移動通信技術4G(4th generation)是第四代移動通信標準，是根據(jù)歐洲標準而確定的頻率范圍在900～1800 MHz之間的數(shù)字移動電話系統(tǒng)。4G集3G與WLAN于一體，并能夠傳輸高質量視頻圖像。4G通信系統(tǒng)至少能夠以100 Mb/s的速度下載，上傳速度也能達到20 Mb/s，是3G移動電話速率的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設施中的一個紐帶。4G的優(yōu)勢體現(xiàn)在以下幾個方面[5]。

　     ①通信速度快。第一代無線通信是模擬通信系統(tǒng)，只能夠提供語音功能；發(fā)展到第二代時成為數(shù)字式系統(tǒng)，這時的數(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，通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸能夠達到2 Mb/s；對于剛剛開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到100 Mb/s，這種速度相當于2009年最新手機傳輸速度的1萬倍左右,是第三代手機傳輸速度的50倍。

       ②網(wǎng)絡頻譜寬。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。為實現(xiàn)這樣的快速傳輸，需要在現(xiàn)有3G通信系統(tǒng)的基礎上，在技術、安全性等各方面進行研究和改進，在眾多的技術改進項目中，通信網(wǎng)絡的頻譜有很大提升，可以達到3G網(wǎng)絡的20倍。

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

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

　     ⑤兼容性好。4G通信系統(tǒng)不但功能強大，還具備全球漫游、接口開放、與多種網(wǎng)絡互聯(lián)、終端多樣化以及能從第二代平穩(wěn)過渡等特點。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渡到4G通信。

　     ⑥通信質量高。第四代移動通信系統(tǒng)可以被稱為多媒體移動通信，相比3G技術，4G技術在開發(fā)研制過程中使用和引入許多功能強大的突破性技術，例如一些光纖通信產(chǎn)品公司為了進一步提高無線因特網(wǎng)的主干帶寬寬度，引入了交換層級技術，即第四代主要是運用路由技術為主的網(wǎng)絡架構，這種技術能同時涵蓋不同類型的通信接口。由于利用了幾項不同的技術，所以無線頻率的使用相比3G系統(tǒng)有很大的提高,充分保證了通信的質量。

    　 2013年12月4日，工業(yè)和信息化部向中國聯(lián)通、中國電信、中國移動正式發(fā)放了第四代移動通信業(yè)務牌照，中國移動、中國電信、中國聯(lián)通三家均獲得TD-LTE牌照，此舉標志著中國電信產(chǎn)業(yè)正式進入了4G時代。

　     以中國移動通信系統(tǒng)為例，2013年以來，中國移動啟動了20萬個基站的建設和100萬部終端的采購，體驗用戶接近4萬人。2013年10月，中國移動獲準在全國326個城市開展TD-LTE擴大規(guī)模試驗。中國移動稱，該公司已在全國范圍內(nèi)啟動了TD-LTE的商用部署工作，將建成全球規(guī)模最大的4G網(wǎng)絡，并將努力推動4G的融合發(fā)展。按照中國移動的計劃，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、上海、天津、沈陽、成都等城市的用戶提供4G服務。

　     下面對4G的主要標準作簡要介紹。

　     ①LTE-Advanced。LTE(Long Term Evolution)是在3G系統(tǒng)的基礎上發(fā)展而來。主要是對原來的空中接入技術進行了改進,改進后在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。可以看出，相對于3G網(wǎng)絡系統(tǒng)，大大地提高了網(wǎng)絡系統(tǒng)運行容量，同時將網(wǎng)絡延遲大大降低,內(nèi)部單向傳輸時延低于5 ms，控制從睡眠狀態(tài)到激活狀態(tài)遷移時間低于50 ms，從駐留狀態(tài)到激活狀態(tài)的遷移時間小于100 ms，使網(wǎng)絡瀏覽速度得到極大提升。

　   　簡單地說，LTE-Advanced就是LTE技術的升級版，它的正式名稱為 Further Advancements for E-UTRA，它滿足國際電信聯(lián)盟無線通信部IMT-Advanced技術需求，是一個后向兼容的技術，完全兼容LTE，具有超帶寬、傳輸速度快、網(wǎng)絡頻譜寬、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，是我國具有自主知識產(chǎn)權的新一代移動通信技術。它吸納了TD-SCDMA的主要技術元素，體現(xiàn)了我國通信產(chǎn)業(yè)界在寬帶無線移動通信領域的最新自主創(chuàng)新成果。2004年，中國在標準化組織3GPP提出了第三代移動通信TD-SCDMA的后續(xù)演進技術TD-LTE，主導完成了相關技術標準。TD-LTE-Advanced技術是我國具有自主知識產(chǎn)權的國際4G標準之一，由TD-SCDMA技術演進而來，采用了OFDM和MIMO作為基本技術，還大量采用了目前移動通信領域最先進的技術和設計理念。相比于3G技術，TD-LTE-Advanced通信速率有了更大的提高，頻譜效率和服務質量也同時得到了提高，且降低了無線網(wǎng)絡時延，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)同運作。它吸納了3G標準TD-SCDMA的主要技術元素,體現(xiàn)了我國通信產(chǎn)業(yè)界在寬帶無線移動通信領域的最新自主創(chuàng)新成果[6]。

       與3G相比，4G技術在網(wǎng)絡容量、覆蓋范圍、移動性能以及通信質量等方面都有很大提高，可以說發(fā)生了質的改變，單從數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣染涂梢缘玫阶C明。未來的無線通信技術將會向超寬帶、高速、泛在化的方向發(fā)展，窄帶、低速的網(wǎng)絡會逐漸被寬帶網(wǎng)絡所取代，用戶可以在任何時間、任何地點實現(xiàn)網(wǎng)絡連接，同時數(shù)據(jù)的傳輸速率會越來越高，無論上傳還是下載，都不需要用戶過多等待，盡情享受無所不在的網(wǎng)絡資源。

參考文獻

[1] 汪濤.無線網(wǎng)絡技術導論(第二版)[M]. 北京：清華大學出版社，2012.

[2] 袁津生. 計算機網(wǎng)絡與應用技術[M].北京：清華大學出版社，2012.

[3] 陳政然.淺談移動IPv6技術的應用與發(fā)展[J].大眾科技，2011(3):44-46.

[4] 葉劍春.一種基于改進遺傳算法的無線網(wǎng)絡覆蓋研究[J]. 微型機與應用，2011，30(22):59-61,64.

[5] 張少軍，譚志.計算機網(wǎng)絡與通信技術[M].北京：清華大學出版社，2012. 

[6] 金光,江先亮.無線網(wǎng)絡技術教程——原理、應用與仿真實驗[M]. 北京：人民郵電出版社，2012.