移动通信技术的发展历程备课讲稿.docx

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移动通信技术的发展历程备课讲稿

移动通信技术的发展历程

第一代

第一代移动通信技术（1G）是指最初的模拟、仅限语音的蜂窝电话标准，制定于上世纪80年代。

Nordic移动电话（NMT）就是这样一种标准，应用于Nordic国家、东欧以及俄罗斯。

其它还包括美国的高级移动电话系统（AMPS），英国的总访问通信系统（TACS）以及日本的JTAGS，西德的C-Netz，法国的Radiocom2000和意大利的RTMI。

第一代移动通信主要采用的是模拟技术和频分多址（FDMA）技术。

在FDMA系统中，分配给用户一个信道，即一对频谱，一个频谱用作前向信道即基站向移动台方向的信道，另一个则用作反向信道即移动台向基站方向的信道。

这种通信系统的基站必须同时发射和接收多个不同频率的信号，任意两个移动用户之间进行通信都必须经过基站的中转，因而必须同时占用2个信道（2对频谱）才能实现双工通信。

频分多址（FDMA）是采用调频的多址技术。

业务信道在不同的频段分配给不同的用户。

如TACS系统、AMPS系统等。

频分多址是把通信系统的总频段划分成若干个等间隔的频道（也称信道）分配给不同的用户使用。

这些频道互不交叠，其宽度应能传输一路数字话音信息，而在相邻频道之间无明显的串扰。

第一代移动通信有多种制式，我国主要采用的是TACS。

第一代移动通信有很多不足之处，如容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通话质量不高、不能提供数据业务和不能提供自动漫游等。

由于受到传输带宽的限制，不能进行移动通信的长途漫游，只能是一种区域性的移动通信系统，模拟蜂窝服务在许多地方正被逐步淘汰。

第二代

与第一代模拟蜂窝移动通信相比，第二代移动通信系统采用了数字化，具有保密性强、频谱利用率高、能提供丰富的业务、标准化程度高等特点，使得移动通信得到了空前的发展，从过去的补充地位跃居通信的主导地位。

我国目前应用的第二代蜂窝系统为欧洲的GSM系统以及北美的窄带CDMA系统。

GSM（GlobalSystemforMobileCommunications），即全球移动通讯系统，起源于欧洲的移动通信技术标准，是第二代移动通信技术，其开发目的是让全球各地可以共同使用一个移动电话网络标准，让用户使用一部手机就能行遍全球。

1、GSM无线电接口

GSM是一个蜂窝网络，也就是说移动电话要连接到它能搜索到的最近的蜂窝单元区域。

GSM网络运行在多个不同的无线电频率上。

GSM网络一共有4种不同的蜂窝单元尺寸：

巨蜂窝，微蜂窝，微微蜂窝和伞蜂窝。

覆盖面积因不同的环境而不同。

巨蜂窝可以被看作那种基站天线安装在天线杆或者建筑物顶上那种；微蜂窝则是那些天线高度低于平均建筑高度的那些，一般用于市区内；微微蜂窝则是那种很小的蜂窝只覆盖几十米的范围，主要用于室内，伞蜂窝则是用于覆盖更小的蜂窝网的盲区，填补蜂窝之间的信号空白区域。

蜂窝半径范围根据天线高度、增益和传播条件可以从百米以下数十公里。

实际使用的最长距离GSM规范支持到35公里。

还有个扩展蜂窝的概念，蜂窝半径可以增加一倍甚至更多。

GSM同样支持室内覆盖，通过功率分配器可以把室外天线的功率分配到室内天线分布系统上。

这是一种典型的配置方案，用于满足室内高密度通话要求，在购物中心和机场十分常见。

然而这并不是必须的，因为室内覆盖也可以通过无线信号穿越建筑物来实现，只是这样可以提高信号质量减少干扰和回声。

2、GSM网络结构

GSM系统后面的网络被人们看作是极其庞大和复杂的，这样就可以提供所有的所需的服务。

它被分成很多的部分，每一部分负责其中的一个功能。

（1）基站系统（基站和相关控制器）。

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（2）网络和交换系统（网络的每一部分都要与其他部分无缝衔接）。

有时也被叫做核心网。

　　（3）GPRS核心网（可选部分，用于基于报文的互联网连接）。

　　（4）所有的系统元素组合出许多的象语音通话和短信这样的GSM服务。

　　（5）身份识别Module。

GSM的一个关键特征就是用户身份模块（SIM）,也叫SIM卡。

SIM卡是一个保存用户数据和电话本的可拆卸智能卡IC。

用户就可以更换手机後还能保存自己的信息。

换句话说用户也可以使用现在的手机而使用不同运营商的SIM卡。

有些运营商为了防止用户转换到别的网络在手机上做手脚，使得它只能用一个特定的SIM卡，或者同一个网络的SIM卡，这就是众所周知的SIM卡封锁，这在某些国家并不合法。

3、GSM安全

　　GSM被设计具有中等安全水平。

系统设计使用共享密钥用户认证。

用户与基站之间的通讯可以被加密。

ThedevelopmentofUMTSintroducesanoptionalUSIM,that使用更长鉴别密钥保证更好的安全以及网络和用户的双向验证。

GSM只有网络到用户的验证（而且还不是vicaversa）.虽然安全模块提供了保密和鉴别功能，但是鉴别能力有限而且可以伪造。

　　GSM为了安全使用多种加密算法。

A5/1和A5/2两种串流密码用于保证在空中语音的保密性。

A5/1是在欧洲范围使用的强力算法，而A5/2则是在其他国家使用的弱强度算法。

在两种算法中严重漏洞都已经被发现，例如一个单一密文攻击可能实时的中断掉A5/2.但是系统支持多个不同算法，这样运营商就可以换一个安全等级更强的。

4、GSM的技术特点

（1）频谱效率

　　由于采用了高效调制器、信道编码、交织、均衡和语音编码技术，使系统具有高频谱效率。

（2）容量

　　由于每个信道传输带宽增加，使同频复用栽干比要求降低至9dB，故GSM系统的同频复用模式可以缩小到4/12或3/9甚至更小（模拟系统为7/21）；加上半速率话音编码的引入和自动话务分配以减少越区切换的次数，使GSM系统的容量效率（每兆赫每小区的信道数）比TACS系统高3～5倍。

　　（3）话音质量

　　鉴于数字传输技术的特点以及GSM规范中有关空中接口和话音编码的定义，在门限值以上时，话音质量总是达到相同的水平而与无线传输质量无关。

　　（4）开放的接口

　　GSM标准所提供的开放性接口，不仅限于空中接口，而且报刊网络直接以及网络中各设备实体之间，例如A接口和Abis接口。

　　（5）安全性

　　通过鉴权、加密和TMSI号码的使用，达到安全的目的。

鉴权用来验证用户的入网权利。

加密用于空中接口，由SIM卡和网络AUC的密钥决定。

TMSI是一个由业务网络给用户指定的临时识别号，以防止有人跟踪而泄漏其地理位置。

　　（6）与ISDN、PSTN等的互连

　　与其他网络的互连通常利用现有的接口，如ISUP或TUP等。

在SIM卡基础上实现漫游。

漫游是移动通信的重要特征，它标志着用户可以从一个网络自动进入另一个网络。

全球移动通信系统可以提供全球漫游，当然也需要网络运营者之间的某些协议，例如计费。

第二代半

第二代半无线通信技术即2.5G，是指介于2G和3G之间的（过渡性）移动通信技术。

2.5G移动通信技术是从2G迈向3G的衔接性技术，由于3G是个相当浩大的工程，所牵扯的层面多且复杂，要从目前的2G迈向3G不可能一下就衔接得上，因此出现了介于2G和3G之间的2.5G。

HSCSD、WAP、EDGE、蓝牙（Bluetooth）、EPOC等技术都是2.5G技术。

1、高速电路交换数据服务

这是GSM网络的升级版本，HSCSD（HighSpeedCircuitSwitchedData）能够透过多重时分同时进行传输，而不是只有单一时分而已，因此能够将传输速度大幅提升到平常的二至三倍。

目前新加坡M1与新加坡电讯的移动电话都采用HSCSD系统，其传输速度能够达到57.6kbps。

2、整合封包无线服务

GPRS（GeneralPacketRadioSystem）是封包交换数据的标准技术。

由于具备立即联机的特性，对于使用者而言，可说是随时都在上线的状态。

GPRS技术也让服务业者能够依据数据传输量来收费，而不是单纯的以联机时间计费。

这项技术系与GSM网络配合，传输速度可以达到115kbps。

3、全球增强型数据提升率

完全以目前的GSM标准为架构，EDGE（EnhancedDataratesforGlobalEvolution）不但能够将GPRS的功能发挥到极限，还可以透过目前的无线网络提供宽频多媒体的服务。

EDGE的传输速度可以达到384kbps，可以应用在诸如无线多媒体、电子邮件、网络信息娱乐以及电视会议上。

4、无线应用通讯协议

WAP（WirelessApplicationProtocol）是移动通信与互联网结合的第一阶段性产物。

这项技术让使用者可以用手机之类的无线装置上网，透过小型屏幕遨游在各个网站之间。

而这些网站也必须以WML（无线标记语言）编写，相当于国际互联网上的HTML（超文件标记语言）。

5、蓝牙

蓝牙是一种短距的无线通讯技术，电子装置彼此可以透过蓝牙而连接起来，传统的电线在这里就毫无用武之地了。

透过芯片上的无线接收器，配有蓝牙技术的电子产品能够在十公尺的距离内彼此相通，传输速度可以达到每秒钟1兆字节。

以往红外线接口的传输技术需要电子装置在视线之内的距离，而现在有了蓝牙技术，这样的麻烦也可以免除了。

6、EPOC

由Symbian所开发的EPOC是一种能够让移动电话摇身一变成为无线信息装置（例如智能电话）的操作系统，满足使用者对于数据的需求。

它支持信息传送、网页浏览、办公室作业、公用事业以及个人信息管理（PIM）的应用，也有软件可以和个人计算机与服务器作同步的沟通。

第三代

第三代移动通信技术（3rd-generation，3G），是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术，指将无线通信与国际互联网等多媒体通信相结合的新一代移动通信系统。

3G服务能够同时传送声音及数据信息，速率一般在几百kbps以上。

它能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。

目前3G存在四种标准：

CDMA2000，WCDMA，TD-SCDMA，WiMAX。

1、3G标准

它们分别是WCDMA（欧洲版）、CDMA2000（美国版）和TD-SCDMA（中国版）。

国际电信联盟（ITU）在2000年5月确定WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA三大主流无线接口标准，写入3G技术指导性文件《2000年国际移动通讯计划》（简称IMT—2000）；2007年，WiMAX亦被接受为3G标准之一。

CDMA是CodeDivisionMultipleAccess（码分多址）的缩写，是第三代移动通信系统的技术基础。

第一代移动通信系统采用频分多址（FDMA）的模拟调制方式，这种系统的主要缺点是频谱利用率低，信令干扰话音业务。

第二代移动通信系统主要采用时分多址（TDMA）的数字调制方式，提高了系统容量，并采用独立信道传送信令，使系统性能大大改善，但TDMA的系统容量仍然有限，越区切换性能仍不完善。

CDMA系统以其频率规划简单、系统容量大、频率复用系数高、抗多径能力强、通信质量好、软容量、软切换等特点显示出巨大的发展潜力。

下面分别介绍一下3G的几种标准：

（1）W-CDMA

也称为WCDMA，全称为WidebandCDMA，也称为CDMADirectSpread，意为宽频分码多重存取，这是基于GSM网发展出来的3G技术规范，是欧洲提出的宽带CDMA技术，它与日本提出的宽带CDMA技术基本相同，目前正在进一步融合。

W-CDMA的支持者主要是以GSM系统为主的欧洲厂商，日本公司也或多或少参与其中，包括欧美的爱立信、阿尔卡特、诺基亚、朗讯、北电，以及日本的NTT、富士通、夏普等厂商。

该标准提出了GSM（2G）-GPRS-EDGE-WCDMA（3G）的演进策略。

这套系统能够架设在现有的GSM网络上，对于系统提供商而言可以较轻易地过渡。

预计在GSM系统相当普及的亚洲，对这套新技术的接受度会相当高。

因此W-CDMA具有先天的市场优势。

（2）CDMA2000

CDMA2000是由窄带CDMA（CDMAIS95）技术发展而来的宽带CDMA技术，也称为CDMAMulti-Carrier，它是由美国高通北美公司为主导提出，摩托罗拉、Lucent和后来加入的韩国三星都有参与，韩国现在成为该标准的主导者。

这套系统是从窄频CDMAOne数字标准衍生出来的，可以从原有的CDMAOne结构直接升级到3G，建设成本低廉。

但目前使用CDMA的地区只有日、韩和北美，所以CDMA2000的支持者不如W-CDMA多。

不过CDMA2000的研发技术却是目前各标准中进度最快的，许多3G手机已经率先面世。

该标准提出了从CDMAIS95（2G）-CDMA20001x-CDMA20003x（3G）的演进策略。

CDMA20001x被称为2.5代移动通信技术。

CDMA20003x与CDMA20001x的主要区别在于应用了多路载波技术，通过采用三载波使带宽提高。

目前中国电信正在采用这一方案向3G过渡，并已建成了CDMAIS95网络。

（3）TD-SCDMA

全称为TimeDivision-SynchronousCDMA（时分同步CDMA），该标准是由中国大陆独自制定的3G标准，1999年6月29日，中国原邮电部电信科学技术研究院（大唐电信）向ITU提出，但技术发明始于西门子公司，TD-SCDMA具有辐射低的特点，被誉为绿色3G。

该标准将智能无线、同步CDMA和软件无线电等当今国际领先技术融于其中，在频谱利用率、对业务支持具有灵活性、频率灵活性及成本等方面的独特优势。

另外，由于中国内地庞大的市场，该标准受到各大主要电信设备厂商的重视，全球一半以上的设备厂商都宣布可以支持TD—SCDMA标准。

该标准提出不经过2.5代的中间环节，直接向3G过渡，非常适用于GSM系统向3G升级。

军用通信网也是TD-SCDMA的核心任务。

（4）WiMAX

WiMAX的全名是微波存取全球互通（WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess），又称为802·16无线城域网，是又一种为企业和家庭用户提供“最后一英里”的宽带无线连接方案。

将此技术与需要授权或免授权的微波设备相结合之后，由于成本较低，将扩大宽带无线市场，改善企业与服务供应商的认知度。

2007年10月19日，在国际电信联盟在日内瓦举行的无线通信全体会议上，经过多数国家投票通过，WiMAX正式被批准成为继WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA之后的第四个全球3G标准。

2、3G在中国的发展

3G中国是中国最大的专业化3G手机网络商务服务平台的注册商标。

3G中国包括行业、企业、产品、服务和贸易功能等，是企业在3G网络上实现wap网站建设、行业新媒体传播、移动商务运营、无线及时沟通的集成型系统服务平台，其行业整合的推广理念和3G网络无线通讯的全新营销模式，形成一个的3G无线信息网络。

它的所有功能设置和增值服务，都为使用者提供完善、高效的3G体验，完美体现3G时代强势商务内涵。

中国已经成为全球最大的移动通信消费国，2008年中国移动通信用户已经超过6亿，手机新闻、手机博客、手机收发邮件等一系列移动互联网的新发展得到普及，然而这一切都仅仅被应用于个人，移动商务的应用需求越来越迫切，让企业通过移动互联网实现企业与用户之间的信息互动，并由此开展深层次、全方位应用是今天企业的最大需求，伴随工业和信息化部的成立，“3G中国”的启动成为下一步“以信息化带动工业化”的重要举措。

2008年6月2日，中国电信、中国联通及中国网通H股公司均发公告，公布了电信重组细节，而此时，距离5月23日上述运营商由于电信重组停牌，刚刚过去6个半交易日。

随着电信重组方案的确定：

中国移动铁通=中国移动，中国联通（CDMA网）中国电信=中国电信，中国联通（GSM网）中国网通=中国联通,从而中国电信运营商形成了三足鼎立之势。

在本次电信重组中，中国铁通被并入中国移动集团，变成了中国移动一家全资子公司。

那么此前中国铁通无论是固定电话用户还是宽带用户都被转成中国移动的用户。

伴随着“六合三”的改革重组完成后，3张3G牌照也将发放，当时就有专家估计，按进度国家或将在今年第四季发放3G牌，最快明年第三季中国将步入第三代移动通信时代。

将发放的3张3G牌基本采用三个不同标准，TD－SCDMA（时分同步码分多址）为中国自主研发的3G标准，目前已被国际电信联盟接受，与WCDMA（宽带码分多址）和CDMA2000合称世界3G的三大主流标准。

根据电信业重组方案，3G牌照的发放方式是：

新中国移动获得TD－SCDMA牌照，新中国电信获得CDMA2000牌照，中国联通获得WCDMA牌照。

国务院总理温家宝2008年12月31日主持召开国务院常务会议，同意启动第三代移动通信牌照发放工作。

会议指出，TD-SCDMA作为第三代移动通信国际标准，是我国科技自主创新的重要标志，国家将继续支持研发、产业化和应用推广。

发放第三代移动通信牌照对于拉动内需，优化电信市场竞争结构，促进TD-SCDMA产业链成熟，具有重要作用。

电信企业改革重组工作基本完成，已具备发放第三代移动通信TD-SCDMA和WCDMA、CDMA2000牌照的条件。

会议同意工业和信息化部按照程序，启动牌照发放工作。

2009年1月7日14:

30，工业和信息化部为中国移动、中国电信和中国联通发放3张第三代移动通信（3G）牌照，此举标志着我国正式进入3G时代。

其中，批准：

中国移动增加基于TD-SCDMA技术制式的3G牌照（TD-SCDMA为我国拥有自主产权的3G技术标准）；中国电信增加基于CDMA2000技术制式的3G牌照；中国联通增加了基于WCDMA技术制式的3G牌照。

第四代

就在3G通信技术正处于酝酿之中时，更高的技术应用已经在实验室进行研发。

因此在人们期待第三代移动通信系统所带来的优质服务的同时，第四代移动通信系统的最新技术也在实验室悄然进行当中。

那么到底什么是4G通信呢？

1、4G的概念

到2009年为止人们还无法对4G通信进行精确地定义，有人说4G通信的概念来自其他无线服务的技术，从无线应用协定、全球袖珍型无线服务到3G；有人说4G通信是一个超越2010年以外的研究主题，4G通信是系统中的系统，可利用各种不同的无线技术；但不管人们对4G通信怎样进行定义，有一点人们能够肯定的是4G通信可能是一个比3G通信更完美的新无线世界，它可创造出许多消费者难以想象的应用。

4G最大的数据传输速率超过100Mbit/s，这个速率是移动电话数据传输速率的1万倍，也是3G移动电话速率的50倍。

4G手机可以提供高性能的汇流媒体内容，并通过ID应用程序成为个人身份鉴定设备。

它也可以接受高分辨率的电影和电视节目，从而成为合并广播和通信的新基础设施中的一个纽带。

此外，4G的无线即时连接等某些服务费用会比3G便宜。

还有，4G有望集成不同模式的无线通信——从无线局域网和蓝牙等室内网络、蜂窝信号、广播电视到卫星通信，移动用户可以自由地从一个标准漫游到另一个标准。

4G通信技术并没有脱离以前的通信技术，而是以传统通信技术为基础，并利用了一些新的通信技术，来不断提高无线通信的网络效率和功能的。

如果说3G能为人们提供一个高速传输的无线通信环境的话，那么4G通信会是一种超高速无线网络，一种不需要电缆的信息超级高速公路，这种新网络可使电话用户以无线及三维空间虚拟实境连线。

与传统的通信技术相比，4G通信技术最明显的优势在于通话质量及数据通信速度。

然而，在通话品质方面，移动电话消费者还是能接受的。

随着技术的发展与应用，现有移动电话网中手机的通话质量还在进一步提高。

数据通信速度的高速化的确是一个很大优点，它的最大数据传输速率达到100Mbit/s，简直是不可思议的事情。

另外由于技术的先进性确保了成本投资的大大减少，未来的4G通信费用也要比2009年通信费用低。

4G通信技术是继第三代以后的又一次无线通信技术演进，其开发更加具有明确的目标性：

提高移动装置无线访问互联网的速度--据3G市场分三个阶段走的的发展计划，3G的多媒体服务在10年后进入第三个发展阶段，此时覆盖全球的3G网络已经基本建成，全球25%以上人口使用第三代移动通信系统。

在发达国家，3G服务的普及率更超过60%，那么这时就需要有更新一代的系统来进一步提升服务质量。

为了充分利用4G通信给人们带来的先进服务，人们还必须借助各种各样的4G终端才能实现，而不少通信营运商正是看到了未来通信的巨大市场潜力，他们已经开始把眼光瞄准到生产4G通信终端产品上，例如生产具有高速分组通信功能的小型终端、生产对应配备摄像机的可视电话以及电影电视的影像发送服务的终端，或者是生产与计算机相匹配的卡式数据通信专用终端。

有了这些通信终端后，人们手机用户就可以随心所欲的漫游了，随时随地的享受高质量的通信了。

2、4G系统网络结构

4G移动系统网络结构可分为三层：

物理网络层、中间环境层、应用网络层。

物理网络层提供接入和路由选择功能，它们由无线和核心网的结合格式完成。

中间环境层的功能有QoS映射、地址变换和完全性管理等。

物理网络层与中间环境层及其应用环境之间的接口是开放的，它使发展和提供新的应用及服务变得更为容易，提供无缝高数据率的无线服务，并运行于多个频带。

这一服务能自适应多个无线标准及多模终端能力，跨越多个运营者和服务，提供大范围服务。

3、4G的关键技术

第四代移动通信系统的关键技术包括信道传输；抗干扰性强的高速接入技术；信息传输技术；高性能、小型化和低成本的自适应阵列智能天线；大容量、低成本的无线接口和光接口；系统管理资源；软件无线电、网络结构协议等。

第四代移动通信系统主要是以正交频分复用（OFDM）为技术核心。

OFDM技术的特点是网络结构高度可扩展，具有良好的抗噪声性能和抗多信道干扰能力，可以提供无线数据技术质量更高（速率高、时延小）的服务和更好的性能价格比，能为4G无线网提供更好的方案。

例如无线区域环路（WLL）、数字音讯广播（DAB）等，预计都采用OFDM技术。

4G移动通信对加速增长的广带无线连接的要求提供技术上的回应，对跨越公众的和专用的、室内和室外的多种无线系统和网络保证提供无缝的服务。

通过对最适合的可用网络提供用户所需求的最佳服务，能应付基于因特网通信所期望的增长，增添新的频段，使频谱资源大扩展，提供不同类型的通信接口，运用路由技术为主的网络架构，以傅利叶变换来发展硬件架构实现第四代网络架构。

移动通信会向数据化，高速化、宽带化、频段更高化方向发展，移动数据、移动IP预计会成为未来移动网的主流业务。

4、4G的五大技术标准

国际电信联盟（ITU）已经将WiMax、HSPA+、LTE正式纳入到4G标准里，加上之前就已经确定的LTE-Advanced和WirelessMAN-Advanced这两种标准，目前4G标准已经达到了5种。

（1）LTE：

LTE（LongTermEvolution,长期演进）项目是3G的演进，它改进并增强了3G的空中接入技术，采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准。

主要特点是在20MHz频谱带宽下能够提供下行100Mbit/s与上行50Mbit/s的峰值速率，相对于3G网络大大的提高了小区的容量，同时将网络延迟大大降低：

内部单向传输时延低于5ms，控制平面从睡眠状态到激活状态迁移时间低于50ms，从驻留状态到激活状态的迁移时间小于100ms。

并且这一标准也是3GPP长期演进（LTE）项目，是近两年来3GPP启动的最大的新技术研发项目，其演进的历史如下：

GSM-->GPRS-->EDGE-->WCDMA-->HSDPA/HSUPA-->HSDPA+/HSUPA+-->LTE长期演进

GSM：

9K-->GPRS:

42K-->EDGE:

172K--